化學(xué)工藝學(xué)答案米鎮(zhèn)濤

1、2 章化學(xué)工藝根底為什么說石油、自然氣和煤是現(xiàn)代化學(xué) 工業(yè)的重要原料資源？它們的綜合利用途 徑有哪些？20 50 90%90%左右的有機(jī)化工產(chǎn)品上游原料可歸結(jié)為三烯乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔、萘和甲 醇。其生物質(zhì)和再生資源的利用前景如何？生物質(zhì)能源會(huì)開頭漸漸走入人們的視線何謂化工生產(chǎn)工藝流程？舉例說明工藝流程是如何組織的？答：化工生產(chǎn)工藝流程將原料轉(zhuǎn)變成化工產(chǎn)品的工藝流程。教材上有2 個(gè)例子。何謂循環(huán)式工藝流程？它有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：循環(huán)流程的特點(diǎn)：未反響的反響物從產(chǎn)物中分別出來，再返回反響器。對(duì)環(huán)境的污染。何謂轉(zhuǎn)化率？何謂選擇性？對(duì)于多反響體系，為什么要同時(shí)考慮轉(zhuǎn)化率和選擇性兩個(gè)指標(biāo)？答：轉(zhuǎn)化率

2、是指某一反響物參與反響而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反響物起始量的百分率。選擇性是指體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反響物量與參與全部反響而轉(zhuǎn)化的該反響物總量之比。是否合理。的產(chǎn)物的收率最高。催化劑有哪些根本特征？它在化工生產(chǎn)中起到什么作用？在生產(chǎn)中如何正確使用催化劑？答：三個(gè)根本特征：催化劑是參與了反響的，但反響終了時(shí)，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化。催化劑只能縮短到達(dá)化學(xué)平衡的時(shí)間，但不能轉(zhuǎn)變平衡。催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反響。 在化工生產(chǎn)中的作用主要表達(dá)在以下幾方面：化工技術(shù)。催化劑在能源開發(fā)和消退污染中可發(fā)揮重要作用。在生產(chǎn)中必需正確操作和把握反響參數(shù)，防止損害催化劑。作規(guī)程

3、進(jìn)展活化，才能保證催化劑發(fā)揮良好的作用。碳性能高的催化劑。 要均勻，避開“架橋”現(xiàn)象，以防止反響工況惡化；很多催化劑使用后，在停工卸出之前， 需要進(jìn)展鈍化處理，以免燒壞催化劑和設(shè)備。2-10 假設(shè)某自然氣全是甲烷，將其燃燒來加熱一個(gè)管式爐，燃燒后煙道氣的摩爾分?jǐn)?shù)組成干基為 86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。試計(jì)算自然氣與空氣的摩爾比，并列出物料收支平衡表。解：設(shè)煙道氣干基的量為 100mol。反響式：CH4+ 2O2CO2 + 2H2O分子量：16324418反響轉(zhuǎn)化的量： 9.429.49.429.4則產(chǎn)物的量為：N2：86.4mol282419.2 gO2：4.2mol3213

4、4.4 gCO2：9.4mol44413.6 gH2O ：29.4mol18338.4 g原料的量為：N2：86.4mol282419.2 gO4.2+9.4mo3736 gCH4：9.4mol16150.4gCH4/摩爾比9.4/86.4+231008.6%列物料衡算表得組分輸入輸出 mol mol% g Wtmol mol% gWtN2 86.4 72.7 2419.2 73.2 86.4 72.7 2419.2 73.2 O2 23 19.4 736 22.3 4.2 3.5 134.4 4.1 H2O18.8 15.8 338.4 10.2 CH4 9.4 7.9 150.4 4.5C

5、O29.4 7.9 413.6 12.5118.8 100.0 3305.6 100.0 118.8 99.9 3305.6 100.02-13 一氧化碳與水蒸氣發(fā)生的變換反響為COH2O CO2H2為 H2OCO21，反響在 500進(jìn)展，此溫度下反響的平衡常數(shù) KpP(CO2)P(H2)P (H2O)P(CO)4.88，求反響后混合物的平衡組成和 CO COn1mol2HOn2mol，到達(dá)平衡時(shí)，CO 轉(zhuǎn)化了m mol。由CO H2O CO2H2 轉(zhuǎn)化量mmmm 平衡時(shí) COn1m 2HOn=2m生成 2COn2nHm產(chǎn)物總量n in3iiPyP ，平衡時(shí)CO1y(1)3m2HO1y(2)3

6、m2COy2Hym/3由 4.88 222COHCOHOy.y.y.y.PPPP (1)(2)mmm m0.865 Xco0.865/186.5%平衡組成: COy0.0452HOy0.3782COy2 Hy0.2882-15 將純乙烷進(jìn)展裂解制取乙烯，乙烷的單程轉(zhuǎn)化率為60%，假設(shè)每 100Kg 進(jìn)裂解器的乙烷可獲得 46.4Kg 乙烯，裂解氣經(jīng)分別后，未反響的乙烷大局部循環(huán)回裂解器設(shè)循環(huán)氣只是乙烷在產(chǎn)物中除乙烯及其他氣體外，尚含有 4Kg 乙烷。求生成乙烯的選擇性、乙烷的全程轉(zhuǎn)化率、乙烯的單程收率、乙烯全程收率和全程質(zhì)量收率。 解：進(jìn)反響器的乙烷量=100/30=3.333 kmol產(chǎn)物中

7、乙烷量=4/30=0.133 kmol 46.4 所轉(zhuǎn)化的乙烷量=46.4/28=1.657 kmol 轉(zhuǎn)化的乙烷量=60%3.333=2.000 kmol =3.333-2.000=1.333 kmol 設(shè)未反響的乙烷除 了 有 0.133 kmol 1.333-0.133=1.2 kmol則穎乙烷量=3.333-1.2=2.133 kmol 乙烯選擇性=1.657/2.0=82.9%乙烷的全程轉(zhuǎn)化率=2.0/2.133=93.8%，乙烯的單程收=1.657/3.333=49.7%乙烯全程收率=1.657/2.133=77.7% ， 乙烯全程質(zhì)量收率=46.4/302.133=72.5%3-

8、1 依據(jù)熱力學(xué)反響標(biāo)準(zhǔn)自由焓和化學(xué)鍵如何推斷不同烴類的裂解反響難易程度、可能發(fā)生 主要反響是哪些？3-3 各種鍵能比較的數(shù)據(jù)可看出：同碳數(shù)的烷烴C-H 鍵能大于C-C 鍵能，斷鏈比脫氫簡(jiǎn)潔；烷烴的相對(duì)穩(wěn)定性隨碳鏈的增長(zhǎng)而降低;3 發(fā)生脫氫或斷鏈。3-4 數(shù)值，可看出：1 烷烴裂解是強(qiáng)吸熱反響，脫氫反響比斷鏈反響吸熱值更高；斷鏈反響的標(biāo)準(zhǔn)自由焓有較大 受化學(xué)平衡的限制；2 乙烷不發(fā)生斷鏈反響，只發(fā)生脫氫反響，生成乙烯；甲烷在一般裂解溫度下不發(fā)生變化。RCH2CH2+H2斷鏈反響：RCH2-CH2-RRCHCH2+RH 不同烷烴脫氫和斷鏈的難易，可以從分子構(gòu)造中鍵能數(shù)值的大小來推斷。a 同碳數(shù)的烷

9、烴，斷鏈比脫氫簡(jiǎn)潔；b 烷烴的相對(duì)穩(wěn)定性隨碳鏈的增長(zhǎng)而降低;c 脫氫難易與烷烴的分子構(gòu)造有關(guān)，叔氫最易脫去，仲氫次之，伯氫最難；環(huán)烷烴裂解的規(guī)律：a 側(cè)鏈烷基比烴環(huán)易裂解，乙烯收率高。b 環(huán)烷烴脫氫比開環(huán)反響簡(jiǎn)潔，生成芳烴可能性大。c 長(zhǎng)側(cè)鏈的環(huán)烷烴斷側(cè)鏈時(shí)，首先在側(cè)鏈的中心斷裂，至烴環(huán)不帶側(cè)鏈為止；五元環(huán)比六元環(huán)較難開環(huán)。d 環(huán)烷烴裂解反響難易程度：側(cè)鏈環(huán)烷烴烴環(huán)，脫氫開環(huán)。原料中環(huán)烷烴含量增加，則乙烯收率下降，丙烯、丁二烯、芳烴收率增加。芳香烴熱裂解的規(guī)律：a 芳烴的脫氫縮合反響，生成稠環(huán)芳烴甚至結(jié)焦；b 烷基芳烴的側(cè)鏈發(fā)生斷裂或脫氫反響，生成苯、甲苯和二甲苯；c 芳香烴不宜作為裂解原料，

10、由于不能提高乙烯收率，反而易結(jié)焦縮短運(yùn)轉(zhuǎn)周期；d 各族烴(六元環(huán)五元環(huán))芳烴。造成裂解過程結(jié)焦生碳的主要反響：1 烯烴經(jīng)過炔烴中間階段而生碳CH2=CH HCH2=CH HCC HCC HCC 2 經(jīng)過芳烴中間階段而結(jié)焦萘 H H H。 3-3 在原料確定的狀況下，從裂解過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)動(dòng)身，為了獵取最正確裂解效果，應(yīng)選擇什么樣的工藝參數(shù)停留時(shí)間、溫度、壓力，為什么？P72-7答：應(yīng)選擇的工藝參數(shù)有裂解溫度、停留時(shí)間、烴分壓、稀釋劑及裂解深度。應(yīng)選擇高溫短停留時(shí)間和較低烴分壓。提高反響溫度的技術(shù)關(guān)鍵在何處？應(yīng)解決什么問題才能最大限度提高裂解溫度？答：裂解反響的技術(shù)關(guān)鍵之一是承受高溫-短停留

11、時(shí)間的工藝技術(shù)。提高裂解溫度，必需提溫度的技術(shù)關(guān)鍵。實(shí)際上是削減管程數(shù) 比外表積來提高傳熱面積，使壁溫下降，提高了盤管的平均傳熱強(qiáng)度，由此到達(dá)高溫-短停 留時(shí)間的操作條件。P7答：裂解反響后通過急冷即可實(shí)現(xiàn)稀釋劑與裂解氣的分別，不會(huì)增加裂解氣的分別負(fù)荷和困 管的鐵和鎳能催化烴類氣體的生碳反響。試爭(zhēng)辯影響熱裂解的主要因素有哪些？答：1 裂解條件(如溫度、壓力、烴分壓)2 裂解爐的型式和構(gòu)造；3 原料特性。設(shè)計(jì)一個(gè)間接急冷換熱器其關(guān)鍵指標(biāo)是什么？如何評(píng)價(jià)一個(gè)急冷換熱器的優(yōu)劣？答：裂解氣出口的急冷操作目的：從裂解管出來的裂解氣含有烯烴和大量的水蒸氣，溫度 為 727927，烯烴反響性強(qiáng)假設(shè)任它們?cè)诟?/p>

12、溫下長(zhǎng)時(shí)間停留，會(huì)連續(xù)發(fā)生二次反響，引 急冷，一種是間接急冷。我認(rèn)為間接急冷好，由于直接急冷是用急冷劑與裂解氣直接接觸， 急冷劑用油或水，急冷下來的油、水密度相差不大，分別苦難，污水量大，不能回收高品位 氣、乙烯、丙稀的壓縮機(jī)，汽輪機(jī)及高壓水閥等機(jī)械，同時(shí)終止二次反響 。設(shè)計(jì)一個(gè)間接急0.04s 以內(nèi)；二是裂解氣出口溫度，要求高于裂解氣的露點(diǎn)。急冷換熱器是裂解裝置中五大關(guān)鍵設(shè)溫度高;降溫快，熱強(qiáng)度高，內(nèi)外溫差高。裂解氣進(jìn)展預(yù)分別的目的和任務(wù)是什么？裂解氣中要嚴(yán)格把握的雜質(zhì)有哪些？這些雜質(zhì)存在的害處？用什么方法除掉這些雜質(zhì)，這些處理方法的原理是什么？P85，87-92餾過程中連續(xù)回收裂解氣低能位

13、熱量。需嚴(yán)格把握的雜質(zhì)有H2S，CO2，H2O，C2H2，CO 等氣體。這些雜質(zhì)量不大，但對(duì)深冷分別 水用吸附枯燥法。炔烴脫除有催化加氫法和溶劑吸取法。壓縮氣的壓縮為什么承受多級(jí)壓縮，確定段數(shù)的依據(jù)是什么？P95-96降低出口溫度、削減分別凈化負(fù)荷，氣體壓縮承受多級(jí)壓縮。-115，依據(jù)乙烯 裝置中消滅的原料、產(chǎn)品，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠供給這樣低溫的制冷系統(tǒng)，繪出制冷循環(huán)示意圖。230。答： 3-12 裂解氣分別流程各有不同，其共同點(diǎn)是什么？這兩個(gè)主要產(chǎn)品純度，同時(shí)也削減分別損失，提高烯烴收率。對(duì)于一已有的甲烷塔，H2/CH4 對(duì)乙烯回收率有何影響？承受前冷工藝對(duì)甲烷塔分別有何好處？答：一樣壓力一樣溫度

14、下，乙烯在塔頂尾氣中的含量，隨H2/CH4 比增加而增加，即乙烯的 H2/CH4 比下降，提高了乙烯的回收率，削減了甲烷塔的進(jìn)料量，節(jié)約能耗。何謂非絕熱精餾？何種狀況下承受中間冷凝器或中間再沸器？分析其利弊？ 答：非絕熱精餾在塔中間對(duì)塔內(nèi)物料進(jìn)展冷卻和加熱的過程。使用條件：對(duì)于頂溫低于環(huán)境溫度、底溫高于環(huán)境溫度，且頂?shù)诇夭钶^大的精餾塔。餾段塔徑。增加設(shè)備投資。依據(jù)本章所學(xué)學(xué)問，試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔的流程表述烴類熱裂解從原料到產(chǎn)品所經(jīng)受的主要工序及彼此的關(guān)系。答：原料熱裂解預(yù)分別裂解汽油芳烴裂解氣凈化脫酸、脫水、脫炔 深冷壓縮系統(tǒng)分別精餾系統(tǒng)第五章5-1 有哪些原料可生產(chǎn)合成氣？合成氣的生產(chǎn)方法有哪些

15、？近年來消滅哪些生產(chǎn)合成氣的方法？它們與原有生產(chǎn)方法相比有什么優(yōu)點(diǎn)？答：原料：煤、自然氣、石油餾分、農(nóng)林廢料、城市垃圾等。合成氣的生產(chǎn)方法：1.以自然氣為原料的生產(chǎn)方法：主要有轉(zhuǎn)化法和局部氧化法。2.以重油或渣油為原料的生產(chǎn)方法： 主要承受局部氧化法 3.以煤為原料的生產(chǎn)方法：有間歇式和連續(xù)式兩種操作方式。以上幾種方法的比較：1.以自然氣為原料制合成氣的本錢最低；2.重質(zhì)油與煤炭制造合成氣的本錢差不多，重油和渣油制合成氣可以使石油資源得到充分的綜合利用；3.輕質(zhì)油價(jià)格很貴，用成氣路線。其他含碳原料(包括各種含碳廢料)制合成氣在工業(yè)上尚未形成大規(guī)模生產(chǎn)，隨著再生資源的開發(fā)、二次原料的廣泛利用，今

16、后會(huì)快速進(jìn)展起來的。H2/CO 比值易于調(diào)整， 轉(zhuǎn)化法的爭(zhēng)辯，有些公司和爭(zhēng)辯者已進(jìn)展了中間規(guī)模和工業(yè)化的擴(kuò)大試驗(yàn)。5-3 哪些要求？從動(dòng)力學(xué)角度考慮又有哪些要求？P161，165-168答：甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反響CH4H2O = CO3H2CO 變換反響COH2O =CO2H2析碳反響CH4 = C2H28003.5 2MPa 左右。 更要提高溫度來彌補(bǔ)、壓力在反響初期，增加系統(tǒng)壓力，相當(dāng)于增加了反響物分壓，反 應(yīng)速率加快；但到反響后期，反響接近平衡，反響物濃度很低，而產(chǎn)物濃度高，加壓反而會(huì)降低反響速率，所以從化學(xué)角度看，壓力不宜過高、組分。5-5 自然氣-水蒸氣轉(zhuǎn)化法制合成氣過程有哪些步驟？為什么

17、自然氣要預(yù)先脫硫才能進(jìn)展轉(zhuǎn)化？用哪些方法較好？P169，181-182不同選擇是否進(jìn)展變換反響、脫除合成氣中的二氧化碳，使成品氣中只含有CO 和H2。由于變成硫化氫，催化劑外表吸附硫化氫后反響生成硫化鎳，發(fā)生臨時(shí)性中毒，在稍微中毒后， 性明顯降低，時(shí)間不長(zhǎng)就完全失活，所以必需先脫硫才能進(jìn)展轉(zhuǎn)化。用自然氣制合成氣時(shí)， 先將原料氣徹底脫硫，使總含硫量體積分?jǐn)?shù)小于0.1 10-6，則承受鈷鉬加氫轉(zhuǎn)化-氧化鋅組合法較好。緣由是： 體積分?jǐn)?shù)可0.1 10-6以下，符合要求。5.6 為什么自然氣水蒸氣轉(zhuǎn)化過程中需要供熱？供熱形式是什么？一段轉(zhuǎn)化爐有哪些型式？答：從熱力學(xué)角度看，高溫下甲烷濃度低，從動(dòng)力學(xué)看

18、，高溫使反響速率加快，所以出口剩余甲烷含量低。因加壓對(duì)平衡的不利影響，更要提高溫度來補(bǔ)償。甲烷與水蒸氣反響生成 CO H2 是吸熱的可逆反響，高溫對(duì)平衡有利，即H2 CO 的平衡產(chǎn)率高，CH4 平衡含 化碳岐化和復(fù)原析碳的副反響。但是，溫度過高，會(huì)有利于甲烷裂解，當(dāng)高于700時(shí)，甲 烷均相裂解速率很快，會(huì)大量析出碳，并沉積在催化劑和器壁上。一段轉(zhuǎn)化承受管間供熱；二段轉(zhuǎn)化則是溫度在800左右的一段轉(zhuǎn)化氣絕熱進(jìn)入二段爐，同時(shí)補(bǔ)入氧氣，氧與轉(zhuǎn)化氣中甲烷燃燒放熱進(jìn)展供熱。是以丹麥托普索公司為代表所承受的側(cè)燒爐。轉(zhuǎn)化法。濕法分為化學(xué)吸取法、物理吸取法、物理-化學(xué)吸取法和濕式氧化法。5-7 為什么說一段轉(zhuǎn)

19、化管是變溫反響器？為什么自然氣-的產(chǎn)生條件，承受把握反響溫度沿爐管軸向分布不同的方法，以削減析碳反響的發(fā)生。 A.在入口處，由于甲烷含量最高，在高溫下70應(yīng)著重降低裂解速率，降低溫度500，因存在催化劑，故反響速率不會(huì)太低，且析出的 碳少量也準(zhǔn)時(shí)氣化，不會(huì)積碳。B.1/3 處，溫度必需嚴(yán)格把握在650，使甲烷充分反響，削減裂解反響的產(chǎn)生。C. 離入口 1/3 650，此時(shí)，生成的氫氣，可抑制甲烷的裂解析碳反響；同時(shí)溫度逐步上升副反響放熱，加熱爐供熱，故有利于逆反響的發(fā)生消碳反響速率增加，不行能積碳。明顯，一段轉(zhuǎn)化爐是變溫反響器，同時(shí)也說明白必需承受變溫反響器。由煤制合成氣有哪些生產(chǎn)方法？這些方

20、法相比較各有什么優(yōu)點(diǎn)？較先進(jìn)的方法是什么？P156-159連續(xù)式氣化法。固定床間歇式氣化法優(yōu)點(diǎn)：只用空氣而不用純氧，本錢和投資費(fèi)用低。N2 存在，不需放空，故可連續(xù)制氣，生產(chǎn)強(qiáng)度較高，而且煤氣質(zhì)量也穩(wěn)定。粒碎煤為原料，并可利用褐煤等高灰分煤。強(qiáng)度格外大。一氧化碳變換的反響是什么？影響該反響的平衡和速度的因素有哪些？如何影響？為什么該反響存在最正確反響溫度？最正確反響溫度與哪些參數(shù)有關(guān)？P175-177CO 變換反響COH2OCO2H2影響平衡因素有溫度、水碳比、原料氣中CO2 含量等。影響速度因素有壓力加壓可以提高反響物分壓，在 3.0MPa 以下，反響速率與壓力的平方根成正比，壓力再高，影響

21、就不明顯了、溫度CO 的變換反響為可逆放熱反響，所以存在最正確反響溫度To、水蒸氣水蒸氣的用量打算了 H2O/CO 4 時(shí)，提高水碳比，可使反響速率增長(zhǎng)較4 后，反響速率的增長(zhǎng)不明顯，故一般選用H2O/CO 4 左右。因該反響為可逆放熱反響，所以存在最正確反響溫度Top，Top 與氣體原始組成、轉(zhuǎn)化率及催化劑有關(guān)。為什么一氧化碳變換過程要分段進(jìn)展，要用多段反響器？段數(shù)的選定依據(jù)是什么？有哪些形式的反響器？P178-179CO 含量、所要到達(dá)的轉(zhuǎn)化率、催化劑 激式多段絕熱反響器、水蒸氣或冷凝水冷激式多段絕熱反響器等。5.12 一氧化碳變換催化劑有哪些類型？各適用于什么場(chǎng)合？使用中留意哪些事項(xiàng)？

22、答：鐵Fe2O3 Cr2O3 和 K2CO3，反響前復(fù)原成Fe3O4 才有活性。適用溫度范圍 300530。該類催化劑稱為中溫或高溫變換催化劑，由于溫度較高，反響后氣體中剩余CO3%4%。銅基變換催化劑：其化學(xué)組成以CuO 為主，ZnO 和Al2O3 分?jǐn)?shù)不得超過 0.110-6。銅基催化劑適用溫度范圍180260，稱為低溫變換催化劑，反響后剩余 CO 可降至 0.2%0.3%。銅基催化劑活性高，假設(shè)原料氣中CO 含量高時(shí)，應(yīng)先經(jīng)高溫變換，將CO 降至 3%左右，再接低溫變換，以防猛烈放熱而燒壞低變催化劑。鈷鉬系耐硫催化劑 ：其化學(xué)組成是鈷、鉬氧化物并負(fù)載在氧化鋁上，反響前將鈷、鉬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧镱A(yù)硫化才有活性，反響中原料氣必需含硫化物。適用溫度范圍 160500，屬寬溫變換催化劑。其特點(diǎn)是耐硫抗毒，使用壽命長(zhǎng)。5.14 在合成氣制造過程中，為什么要有脫碳CO2步驟？通常有哪些脫碳方法，各適用于什么場(chǎng)合？答：在將氣、液、固原料經(jīng)轉(zhuǎn)化或氣化制造合成氣過程中會(huì)生成肯定量的 CO2，尤其當(dāng)有一氧化碳變換過程時(shí)，生成更多的CO2，其含量可高達(dá)28%30%。因此也需要脫除CO2， 回收的CO2 可加以利用。脫除二氧化碳的過程通常簡(jiǎn)稱為脫碳。脫除二氧化碳法。CO2 的速率和