化工工艺学练习题
一、填空题
1. 化工生产过程一般可概括为 原料预处理、化学反应和产品分离及精
埜三大步骤。
2. 根据变质程度不同,煤可以分为
泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤 ;
随变质程度增加
碳含量增加,
氢和氧含量降低。化学工艺学是研
究由化工原料力口工成化工产品 的化学生产过程的一门科学,内容包括
生产方法、原理、 流程和 设备 。
3. 高含量的烷烃,低含量的烯烃和芳烃是理想的裂解原料。
4.
化工中常见的三烯指
乙烯、丙烯、丁二烯;三苯指苯、甲苯、
二甲苯。
5. 石油是由相对分子质量不同、 组成和结构不同、数量众多的化合物构成的 混合物。石油中的化合物可以分为
烷烃、环烷烃、芳香烃 三大类。
6. 为了充分利用宝贵的石油资源, 要对石油进行一次加工和二次加工。
一次
加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏;二次加工主要方法有: 催化重整、催 化裂化、加氢裂化和焦化等。
7. 辛烷值是衡量汽油抗爆震性能的指标, 十六烷值 是衡量柴油自燃
性能的指标。
8. 天然气的主要成分是
甲烷。
9.
天然气制合成气的方法有
蒸汽转化法和部分氧化法,主要反应分别是
CH 4+H 2O
8訓2
。
10.
硫酸生产以原料划分主要有
硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸
CH 4+I/2O 2
CO+2H 2
和石膏制酸等。
11.
工业气体或废气脱硫方法分为两种,高硫含量须采用
湿法脱硫,低硫
含量可以采用干法脱硫。
12. SO 氧化成SQ 反应是一个可逆、放热、 体积缩小的反应,因此,
降低温
度、 提高压力有利于平衡转化率的提高。
13.
接触法制硫酸工艺中主要设备包括 沸腾炉、接触室和 吸收塔 。 14. 硫酸生产工艺大致可以分为三步,包括
SO 2的制取和净化
、SO 2氧化成
SO 和
16.
浓硝酸生产方法有
直接法、间接法和 超共沸酸精馏法
。
仃.氨的主要用途是
生产化肥
和 硝酸。
18. 平衡氨浓度与温度、压力、氢氮比和惰性气体浓度有关。
当温度降低,
或压力升高时,都能使平衡氨浓度增大。
19. 目前合成氨生产的主要原料有两种,它们是 煤 和 天然气 。
20. 甲烷化反应是 CO+3H 2=CH+H 2O 。 21. 氯在氯碱厂主要用于生产 液氯和 盐酸 。
22.
氯碱厂的主要产品一般有
烧碱 、
盐酸 ___________ 、和
液氯 。
23. 食盐水电解阳极产物是 Cl 2 ,阴极产物是 NaOH 和H> 。
24.
食盐水电解制氯碱方法有
隔膜法、汞阴极法 和 离子交换膜
法 。
25.
氯碱生产工艺中,食盐电解槽是核心设备,已知有三种不同的电解槽,
它们是 离子膜电解槽 、
隔膜电解槽
、和 ____________
26.
铬铁矿焙烧主要有两种方法,它们是
有钙焙烧
和 无钙焙烧。有 钙焙烧生产铬盐的主要废物是
铬渣
,它含有致癌物
六价铬 。
27.
常见的铬盐产品主要有 重铬酸钠、重铬酸钾、铬酐和(铬绿)
Cr 2Q 。
28.
目前纯碱生产主要有三种方法,
它们是索尔维制碱法(氨碱法)、侯氏制
碱法(联碱法)和天然碱法
。
NH 3、CaCQ 与 NaCl 。
29.
索尔维制碱法主要原料是 30. 索尔维制碱法的总反应可以写成
2NaCl +CaCO 3=Na>CC 3+CaCl 2,则该反应
的原子利用度为
48.85% (已知原子量 Na : 23,C: 12,O: 16,Ca :
40,Cl :
35.5 )
。
31. 侯氏制碱法主要原料是 NH 3、CQ 与NaCl 。
32. 侯氏制碱法的主要产品是
Na 2CQ 和 NH 4Cl 。
33. 湿法磷酸生产的两种主要原料是 磷矿石和硫酸 。
34.
磷酸生产工艺主要是根据硫酸钙结晶形式划分的,硫酸钙常见有三种结
晶形式, 分别是 两水、半水 和 无水 。
35.
烷基化最典型的应用是
烷基化汽油生产
和
甲基叔丁基醚 (MTBE)
生产
。
36.
甲基叔丁基醚(MTBE )是常用的汽油添加剂,是通过烷基化
反应生
产的。
37. 氯化反应主要有三种类型, 分别是加成氯化、取代氯化和氧氯化。
38.
生产氯乙烯主要原料是 乙炔和
乙烯 。
39. 氯乙烯的主要生产方法有
乙烯氧氯化 和乙炔和氯化氢加成
。
40.
烃类热裂解中一次反应的主要产物为 乙烯和 丙烯 。
41. 烷烃热裂解主要反应为 脱氢反应 和
断链反应
。
42.
羰基化最典型的应用是 甲醇制醋酸
。
43. 催化剂一般由活性组分
、载体和助催化剂组成。
44. 乙烯环氧化制环氧乙烷催化剂的活性组分是 Ag 。
45. 丙烯腈的主要生产方法是 氨氧化,主要原料是 丙烯 和 氨 。 46.
环氧乙烷的主要生产方法是
乙烯环氧化 ,生产原料是
乙烯
和氧
,主要用途是
乙二醇
。
47.
皂化反应是指油脂在 碱性条件下的水解反应。
48.
煤的化工利用途径主要有三种,它们是
煤干馏 、 煤气化
和
煤液化
。
49.
已知有三种不同煤气化工艺, 它们是固定床
、流化床
、
和 气
流床。
50.
煤干馏产物有 焦炭、煤焦油和焦炉气。
51. 水煤气是以 水蒸气 为气化剂制得的煤气,主要成分是
CO 和 H 2 。
半水煤气是以空气和水蒸气作气化剂制得的煤气,主要成分是 CO 、
H 2和
N 2 。
52.
合成气的主要成分是 CO 和H 2 。
53.
煤气化发生炉中煤层分为
灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干
燥层 11.
乙烯环氧化制环氧乙烷工艺的催化剂的活性组分是:
54. 煤液化有两种工艺,它们是 直接液化和
间接液化
A. Cu
B. Ag
C. Al 2
O 3 D. Fe
55. 精细化学品是指 小吨位、高附加值、具有特定用途或功能的化工产 12.
乙烯氧氯化双组分催化剂中的
KCl 可视为:(B )
A. 活性组分之一
B.助催化剂
C.
抑制剂D.氧化促进剂 品 二、单选题 13. A 丙烷 14. A 丙烷 15.
烷基化汽油是由烯烃和
反应生成的(C
B 正丁烷
C 异丁烷
D 乙烷
下列分子发生热裂解反应,反应温度最高的是
B 正丁烷
C 异丁烷 D
下列醇中可以通过烯烃直接水合得到的是
A 正丙醇 16.
A. 17.
乙烷
B 正丁醇
C 甲醇 煤气化过程中温度最高的是:
( 灰渣层B.
氧化层C.还原层D. 制备多硝基化合物适宜的加料方法为
A 正加法
B 反加法
C 并加法
D 18. 高分子一般指相对分子量为
(D
A. 10 乙醇
干馏层和干燥层
都可以
)的化合
物。
2~104 B. 10 3~105 C. 10 4~105 D. 10
4~106
1. 转化率、选择性与收率是衡量一个化工过程的重要指标。下列关于转化 率、选择性与收率说法错误的是: (C ) A.转化率是针对反应物而言的; B.选择性是针对目的产物而言的; C.转化率越高,选择性也越高; D.收率等于转化率与选择性之积。
2. 下列油品中,沸程最低的是 (A ) A 汽油 B 煤油 C 柴油 D 润滑油
3. 下列哪种方法不能提高汽油辛烷值: (B ) A.降低烯烃含量; B.降低芳烃含量; C.提高氧含量; D.添加甲基叔丁基 醚。
4. SO ?的氧化反应是一个有催化剂存在下进行的可逆、 放热、体积缩小的反 应。下列措施中不能提高 SO 2平衡转化率的是:(D ) A.降低温度;B.提高压力; C.增加氧含量; D.提高温度。
5. 对CO 变换反应,下列说法正确的是: (B ) A .高温和高水碳比有利于平衡右移; B.变换反应是可逆放热反应; C.变换过程采用单反应器; D. 压力对平衡和反应速度都无影响。
6. 合成氨反应是:(A ) A.放热、体积减小反应 B.放热、体积增大反应 C.吸热、体积减小反应 D. 吸热、体积增大反应
7. 下列关于合成氨的熔铁催化剂 Fe a O 4-Al 2O 3-K 2O 说法错误的是:(D ) A. Fe 3O 4是活性组分; B. Al 2O 3是结构型助催化剂; C. KQ 是电子型助催化剂; D.使用前不需升温还原活化。
8.
在纯碱生产过程中,溶解度最低,最先析出的是
(B )
A. NaCl
B. NaHCO 3
C. NH 4CI
D. NH 4HCO 9. 下列关于煅烧与焙烧的说法正确的是: (C ) A.焙烧是在高于熔点的高温下进行; B.焙烧是物料分解失去结晶水或挥发 组分;C.煅烧是物料分解失去结晶水或挥发组分; D.煅烧是在高于熔点的 高温下进行。 10. 乙烯环氧化法制环氧乙烷生产中加入微量二氯乙烷是为了: ( A )
A 提高环氧乙烷的选择性 B
提高环氧化反应速率
19.
A. C. 20.
A. C. 21.
C 提高乙烯的转化率 以上都对 下列关于加聚反应单体,说法错误的是:
在一个加聚反应中单体必须相同; 在一个加聚反应中单体可以不同; B. D.
下列关于缩聚反应单体,说法错误的是:
在一个缩聚反应中单体可以相同; 在一个缩聚反应中单体可以不同; 己二胺和己二酸缩聚生成尼龙
A 相同
B 相近
C 不相同 B. D. 加聚反应单体必须含有不饱和键; 加聚反应单体可以含有特征官能团。
缩聚反应单体不能含有不饱和键; 缩聚反应单体应含有特征官能团。 -66 ,在其高分子中,结构单元与重复单元
D 无关
22.
聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而得,在其高分子中结构单元与重复单元
(A )。
A 相同
B 相近
C 不相同
D 无关 23.
下列化合物中不能发生聚合反应的是:
(D )
A.乙烯
B. 环氧丙烷
C. 己二胺
D. 乙醇
三、简答题
1. 简述化学工程与化学工艺的关系。
答:化学工程主要研究化工生产中的共性问题,单元操作,工程因素尤其是放 大效应。化学工艺指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程 ,包
括实现这一转变的全部措施。它主要研究化工生产中的个性问题,即研究具体 一个产品从初始原料到最终产品的整个过程以及系统优化。
两者相辅相承,密不可分:化学工程的最新成果要通过具体产品的化学工艺体 现出来,化学工艺的进步离不开化学工程的支撑。
2. 举例说明化工生产过程常用的节能降耗措施。
答:化工生产过程中节能措施很多,根据不同的生产工艺及其复杂程度可以采 用不同的方法。例如大多反应都是放热的,如何充分合理地利用反应热对节能 很重要。一般来说,蒸汽压力越高,其热效率越高,因此,如果反应温度高, 应尽可能产生高压蒸汽。另外,燃烧废气带有大量显热,应尽可能回收利用。 蒸汽加热的冷凝水要视其压力进一步充分利用。高压下的减压膨胀过程要设计 作功机械,避免过分的不可逆过程,造成能量浪费。要注意加强保温、保冷措 施,减少热量损失。精馏过程耗能很多,要充分重视换热措施,若有可能可以
采用热泵技术。
2. 简述化学工业发展方向。
答:清洁生产、可持续发展、精细化
具体包括:提高原料利用率、减少畐庐物;畐庐物循环利用;降低能耗;采用
可再生原料;加强环境保护、尽可能避免环境污染;加大研发力量和投入、开
发新产品,缩短工业化周期。
3. 简述我国化学工业面临的问题及机遇。
答:问题:规模小、能耗高、污染重、精细化率低、缺乏自主知识产权和创新能力。
机遇:国民经济持续稳定增长为化学工业发展提供了条件;改革开放为技术改
造提供了条件;国际合作更广泛;国际油价上涨为国内煤化工发展提供了机遇;
需求增长及政策支持为新技术、新产品开发提供了动力。
4. 对比国内外化学工业的现状。结合具体例子简述国内技术差距及努力方
向。
答:与国际先进水平相比,我国的化学工业还很落后,我国的化学工业产值只
占世界化学工业总产值的5%左右,这与我国的国际地位极不相称。总的来讲,我们工艺落后、能耗高、污染重、品种少,缺少自主知识产权。
以硫酸为例,发达国家主要以回收硫为原料,而国内大量采用硫铁矿,流程长,
设备多,污染重。同样,发达国家主要以天然气为原料合成氨,而我国大量采
用煤;食盐电解发达国家主要采用离子膜电解槽,而我国大量采用隔膜电解槽。
当然,其中有资源的问题,也同样有技术问题。比如煤气化炉,大型炉依然全
靠进口。
5. 简述氧化反应的特点。
答:(1).强放热反应;
(2).反应途径多样,副产物多;
(3).烃类易完全氧化成CQ和水。
6. 简述硫铁矿为原料制取硫酸的生产原理及主要设备。
答:硫酸生产包括三步,即二氧化硫制取、二氧化硫催化氧化为三氧化硫、水吸收三氧化硫制硫酸,主要反应为:
4FeS2+11Q2=2Fe2Q+8SQ2
2SQ+Q=2SQ
SQ+HQ二HSQ
主要设备包括:沸腾炉,接触室,吸收塔等。
6. 简述氨氧化生产稀硝酸的原理(主要反应)及工艺流程。
答:
7. 为什么常规的氨氧化工艺只能生产稀硝酸?怎样才能得到浓硝酸?简述
其中的一种流程。
答:因为二氧化氮的吸收制酸是化学吸收,由于化学平衡的限制,无法直接得
到浓硝酸。
生产浓硝酸可以采用三种方法:直接法、稀硝酸脱水法、超共沸酸法。硝酸镁
脱水法是常用方法之一,其大致流程为:
8. 简述浓硝酸的生产方法。
答:直接法、间接法和超共沸酸精馏法。直接法:NH3氧化制NO, NQ氧化为NQ,浓硝酸吸收NQ制发烟硝酸,发烟硝酸
解吸制NbQ, NQ4和水加压氧化反应得浓硝酸。
超共沸酸精馏法:使氧化气中水脱除较多,NQ直接生成超共沸酸,再蒸馏得浓
硝酸。
9. 简述直接法生产浓硝酸的步骤和原理。
答: (1). N H3氧化制NQ4NH 3+5O2=4NO+6H 20
(2). NO氧化为NO
:
2NO+O2=2NO2, NQ+2HNQ 3=3NQ2+H2Q
(3).浓硝酸吸收NO制发烟硝酸:NQ +HN Q =HNQ ?NQ
(4).发烟硝酸解吸制NO HN Q 3? NQ2=NQ 2+HNQ 3,2NO2N2O4
(5). N 2O4和水加压氧化反应得浓硝酸:2N2O4 +2H2O+O2=4HNQ 3
10. 简述以煤为原料合成氨的主要步骤及各步骤的主要作用
答:(1)制气:主要目的是制氢(2)净化:主要目的是除灰(3)脱硫:主要目的是脱出无机及有机硫(4)变换:主要目的是将CO转化为CQ,同时制
氢(5)脱碳:主要目的是除去二氧化碳(6)甲烷化:主要目的是进一步
脱除一氧化碳、二氧化碳及硫杂质(7)压缩:主要目的是将合成气加压
(8)
合成:主要目的是氢与氮反应得氨(9)分离:主要目的是将生成的氨分离
出来
11. 简述以煤为原料合成氨的原理(主要反应)及工艺流程。
答:
(1)制气:(2)变换:
C+Q CQ C+Q CQ C+H2O H2+CQ C+2I4O 2H2+CO2
CO+H2O CO2+H2
(
3
)
.氨合成:N 2+3H22NH 3
12. 简述合成氨的主要生产步骤答:煤和天然气生产合成氨工艺主要差别在造气和脱硫,但它们都包括:制合成气、脱硫、变换、脱碳、净化、合成、压缩、分离等步骤。
13. 目前合成氨生产的主要原料是什么?其原理(主要反应)及工艺流程主
要差别有哪些?答:煤、天然气。煤和天然气生产合成氨工艺主要差别在造气和脱硫,煤的主要成分是碳,造气反应主要包括煤燃烧、碳和水蒸汽反应。天然气主要成分是甲烷,造气主要反应是甲烷蒸汽转化。由于煤含硫量高,因此一般采用湿法脱硫,然后再干法脱硫;天然气含硫量低,一般是直接采用干法脱硫。
14. 比较几种食盐电解工艺的优缺点。
答:离子膜:代表发展方向,占地面积小、产品质量好,投资大、投资回收期
长;
隔膜:技术成熟、投资小,产品质量差;
水银:产品质量好,水银易造成环境污染,逐步淘汰。
15. 简述烷基化反应及羰基化反应的定义,分别举例说明其典型应用。
答:烷基化是指利用取代反应或加成反应,在有机化合物分子中的氮、氧、碳、
金属或非金属硅、硫等原子上引入烷基R-或芳烃基[如苄基(C6H5C巧-)]的反应。
典型应用为烷基化汽油生产和甲基叔丁醚生产。烷基化汽油生产原理为:
异丁烷+ C3-C5烯烃H^。4?HF异构烷烃
羰基合成泛指在有机化合物中引入羰基(:工?二补)的反应。产物除醛和醇外,还有酸、酯、酸酐和酰胺等。最典型的是甲醇羰基化制醋酸。
16. 简述两种主要的氯乙烯生产方法及其特点。
答:(1)乙烯氧氯化
成本低(取决于原油价格)、环境友好,但投资大、流程长。
HgCl /活性炭
(2)乙炔氯化氢加成HC CH+HCl 2CH2=CHCI
o
100~180 C
间接法:稀硝酸加脱水剂(硫酸或无机盐如硝酸镁)精馏成本高(取决于煤价和电价)、有污染,但投资小、工艺可靠
17. 乙烯氧氯化法生产氯乙烯由哪三大工艺组成,同时写出每步的主要反应。答:(1). 乙烯液相加成氯化生成1,2- 二氯乙烷,反应为:CH2=CH2+Cl2 ClCH2CH2Cl(2). 乙烯气相氧氯化生成1,2- 二氯
乙烷,反应为:
CH 2=CH 2+2HCl + 0.5O 2 ClCH 2CH 2Cl+H 2O
;
(3). 1,2- 二氯乙烷热裂解制氯乙烯,反应为:ClCH 2CH 2Cl CH 2=CHCl+HCl 。18. 简述煤化工利用的主要途径及相应产品。
答:(1) 焦化:焦炭、焦炉煤气、煤焦油。进一步加工可得上百种产品,如苯、酚、萘、蒽等。
(2) . 煤气化:制氢、合成氨、甲醇、二甲醚、汽油等。
(3) . 煤液化:汽油、柴油、蜡等。
19. 煤和石油在组成、结构及应用上有什么差别。
答:(1). 煤的H/C 原子比远低于石油,含氧量远高于石油;(2). 煤的主体是高分子聚合物,而石油的主体是小分子化合物;(3). 煤中矿物质较多。(4). 石油采用蒸馏、萃取、催化裂化和催化重整等简单的物理化学方法就可分离或改变结构,在化工中应用广泛。
(5) 煤须经焦化、气化或液化等深加工手段打破化学键,获得组成复杂的低相对分子量化合物,由于技术及成本原因限制了它在化工中的应用,目前主要是用于生产焦炭、制合成气、合成氨、甲醇等。
20. 间歇法水煤气工作循环由那几个阶段组成?
答:(1). 吹风阶段(2). 水蒸气吹净阶段(3). 上吹制气阶段(4). 下吹制气阶段(5). 二次上吹制气阶段(6). 空气吹净阶段。
1. 化学工业按生产的产品分类可分为那几大类?答:化学工业按产品分类可分为如下几大类:(1 无机化学工业(2 有机化学工业(3 精细化学品工业(4 高分子化学工业(5 生物化工工业。
2. 化学工业的主要资源包括那些?答:化学工业的主要资源包括:无机化学矿,石油,煤,天然气,生物质,再生资源,空气和水等。
3. 烃类热裂解产物中的有害物质有哪些?存在哪些危害?如何脱除?答:烃类热裂解产物中的有害物质包括:硫化氢等硫化物,二氧化碳,炔烃和水。
硫化氢的危害:硫化氢会腐蚀设备和管道,使干燥的分子筛的寿命缩短,使脱炔用的加氢催化剂中毒并使烯烃聚合催化剂中毒。
二氧化碳的危害:在深冷分离裂解气时,二氧化碳会结成干冰,堵塞管道
及设备,影响正常生产;对于烯烃聚合来说,是烯烃聚合过程的惰性组分,在烯烃
循环时造成积累,使烯烃的分压下降,从而影响聚合反应速度和聚合物的分子量。
炔烃的危害:炔烃使乙烯和丙烯聚合的催化剂中毒。
水的危害:在深冷分离时,温度可达-100 C,水在此时会结冰,并与甲烷,乙
烷等形成结晶化合物(CH4 ? 6H2O, C2H3 ? 7H2O, QHw,7H2O),这些结晶会堵塞
管道和设备。
脱除方法:硫化氢和二氧化碳用氢氧化钠碱液吸收来脱除;炔烃采用选择性加氢法
来脱除。水采用分子筛干燥法脱除。
4. 简述芳烃的主要来源。
答:芳烃的主要来源有:从煤焦化副产煤气所得粗苯和煤焦油中提取;从催化重整
汽油中提取;烃类热裂解制乙烯所得裂解汽油中提取;轻烃芳构化和重芳
烃轻质化制芳烃。
5. 举例说明芳烃转化催化剂有哪些?
答:芳烃转化所用催化剂包括:(1 酸性卤化物,如:AlCl 3、AlBr 3、BF3 等路易斯酸。(2 浸渍在载体上的质子酸,如:载于硅藻土或硅胶等载体上的硫酸、磷
酸及氢氟酸等。(3浸渍在载体上的路易斯酸,如载于Y -Al 2O3上的AlCl3、AlBr3、BF3、FeCl? ZnCb TiCl 4等。(4混合氧化物催化剂,如SQ2-AI 2Q等。(5贵金
属-氧化硅-氧化铝催化剂,如Pt/ SiO 2-Al 2C3等。(6分子筛催化剂,如经过改性的Y型分子筛、丝光沸石和ZSM系列分子筛等。
6. 工业上生产合成气的方法有哪些?其中哪种方法投资和成本最低?答:工业上生产合成气的方法有:以煤为原料的煤气化法。以天然气为原料的天然气蒸汽转化法。以重油或渣油为原料的部分氧化法。其中以天然气蒸汽转化法的投资和成本最低。
7. 合成气主要工业化用途有哪些?合成气的主要工业化用途包括:合成氨;合成甲醇;合成醋酸;烯烃的羰基合成;合成天然气、汽油和柴油。
8. 在乙烯直接氧化制环氧乙烷过程中,与空气氧化法相比较,氧气氧化法有
哪些优点?答:与空气氧化法相比,用氧气氧化乙烯制环氧乙烷具有如下优点:( 1 )空气
氧化法反应部分的工艺流程较为复杂,需要空气净化系统、排放气氧化和吸收
系统及催化燃烧系统,2~3 台氧化反应器。而氧气氧化法只需要一台反应器,不需要上述系统,仅多了一套脱碳系统,不包括空气分离装置时,氧气氧化法的
建厂费用和固定资产投资比空气氧化法省。( 2 )氧气氧化法的催化剂不会受空气污染,且氧化反应温度低,因此催化剂的寿命长。
度较高的乙烯,反应器的生产能力比空气氧化法高。耗定额和电力消耗比空气氧化法低。
9. 天然气蒸汽转化反应是体积增大的可逆反应,么还要加压操作?
答:从烃类蒸汽转化反应的平衡考虑,反应宜在低压下进行,但从20 世纪50年代开始,逐渐将压力提高到3.5~4.0MPa 下操作,现在的最高压力可达5MPa。
其原因如下:
( 1) 可以节省压缩功耗。烃类蒸汽转化为体积增大的反应,而气体的压缩功
与被压缩气体的体积成正比,所以压缩含烃原料和二段转化所需的空气的功耗
要比压缩转化气节省。同时由于氨是在高压下合成的,氢氮混和气压缩的功耗
与压缩前后压力比的对数成正比,这就是说,合成压缩机的
吸入压力越高,压缩功耗越低。尽管转化反应压力提高后,
原料气压缩和二段转化所用的空气压缩机的功耗要增加,但
单位产品氨的总功耗还是减少的。
( 2) 可以提高过量蒸汽余热的利用价值。由于转化是在过量
水蒸气条件下进行的,经一氧化碳变换冷却后,可以回收原
料气中大量余热。其中水蒸气的冷凝热占有相当大的比重,这部分热量与水蒸气的分压有直接关系,压力越高,水蒸汽的分压也越高,因此其冷凝温度(即露点)越高,在同一汽气比条件下,低变炉出口气体的露点随压力的升高而增加,蒸汽冷凝液利用价值也就越高,温度相同,压力越高,热效率越高,即回收的热量越多。
( 3) 可以减少原料气制备与净化系统的设备投资。转化压力提高,变换、净化以至到氢氮混和气压缩机前的全部设备的操作压力都随着提高,对于同样的生产规模,在一定程度上,可以减少设备投资,而且在加压条件下操作,可提高转化和变换的反应速率,可以减少催化剂用量。10. 在烃类热裂解的过程中,加入水蒸气作为稀释剂具有哪些优点?答:在烃类热裂解的过程中,加入水蒸汽作为稀释剂具有如下优点:(1 水蒸汽
的热容较大,能对炉管温度起稳定作用,因而保护了炉管( 2 水蒸汽价廉易得,且容易与裂解产物分离 ( 3 水蒸汽可以抑制原料中的硫化物对合金钢裂解炉管的腐蚀( 4 水蒸汽可以与裂解管中的焦炭发生水煤气反应而清焦( 5 水蒸汽对金属表面起一定的氧化作用,使金属表面的铁镍形成氧化膜,从而减轻了铁、镍对烃类气体分解生炭的催化作用。
11. 裂解气的压缩为什么采用多级压缩?确定压缩段数的依据是什么?答:;裂解气的采用多级压缩的优点: ( 1)节约压缩功耗,压缩机压缩气体的过程接近绝热压缩,功耗大于等温压缩,如果把压缩分为若干段进行,段间冷却移热,则可节省部分压缩功,段数越多,越接近等温压缩。 ( 2)裂解气中的二
烯烃易发生聚合反应,生成的聚合物沉积在压缩机内,严重危及操作的正常进行。而二烯烃的聚合速度与温度有关,温度越高,聚合速度越快,为了避免聚合现象的发生,必须控制每段压缩后
( 3)氧气氧化法可采用浓
( 4)氧气氧化法的乙烯消
加压对化学平衡不利,为什
气体温度不高于100C 。( 3)减少分离净
化负荷,裂解气经过压缩后段间冷凝,可除去大部分的水,减少干燥器的体积和干燥剂的用量,延长干燥器的再生周期;同时还可以从裂解气中分凝出部分C3 及C3 以上的重组分,减少进入深冷系统的负荷,从而节约了冷量。根据每段压缩后气体温度不高于100 C,避免二烯烃在压缩机内发生聚合反应,压缩机的
压缩比为2 左右,并依据气体的最初进口压力和最终出口压力来确定压缩机的段数。
12. 说明在裂解气的分离过程中,设置冷箱的作用及其特点。答:在烃类热裂解的裂解气分离的过程中,设置冷箱的作用提高乙烯的回收率。
冷箱的特点:(1用冷箱分出氢气(91.48%),使脱甲烷塔的CR/H2增加,从而使乙烯的回收率增加( 2 冷箱分出的富氢可作为炔烃加氢的原料
(3 冷箱采用逐级冷凝,分股进料,从而减轻脱甲烷塔的负荷( 4 流程通过节流
阀A B、C的节流制冷作为低温冷量的来源( 5冷箱适用于生产规模大,自动化
水平高,原料气组成稳定的流程。
13. 工业上氢气的来源有哪些?
答:工业上氢气的来源包括: ( 1 水电解制氢( 2 焦炉煤气、油品铂重整和烃类热裂解等副产氢气,经过变压吸附可制得纯氢 (3 煤气化制氢,工业煤经过水煤气反应或半水煤气反应可制得氢气( 4 气态烃或轻油 (石脑油) 经水蒸汽转化反
应可制氢。
15. 解释加氢和脱氢,加氢和脱氢的催化剂有哪几类?防止催化剂表面结焦采取哪些方法?加氢: 氢分子进入化合物内,使化合物还原,或提高不饱和有机化合物的饱和度的一种特殊类型的还原反应。脱氢:系指从化合物中除去氢原子的过程,是氧化反应的一个特殊类型。加氢催化剂有:金属催化剂,合金催化剂(骨架催化剂、熔铁催化剂两类) ,金属氧化物和硫化物催化剂以及均相配位催化剂;脱氢催化剂有:金属,金属氧化物,金属盐类;方法:①在催化剂中加入助催化剂,作用是: 稀释催化剂表面的脱氢活性中心,并将活性组分分割成较独立的微小区域;可中和一部分活性过强的活性中心,抑制裂解②在工业上也常采用降低原料气压力或添加水蒸气稀释反应物的办法。③降低产物在催化剂表面的停留时间
加氢裂化特点 ( 1)煤的反应活性使用的原料油范围广,连高硫、高氮、高芳烃的劣质重馏分都能加工,加氢裂化产品结构可根据市场调整 ( 2)产品收率高,质量好产品中含不饱和烃少,含重芳烃和非烃类杂质更少,故产品安定性好、无腐蚀。 ( 3)没有焦炭沉积,所以不需要再生催化剂,因而可以使用固定床反
应器;总过程是放热的,所以反应器需冷却,而不是加热。缺点是: 所得汽油辛
烷值比催化裂化低,操作费用高。
16. 烃类裂解有什么特点?
答:( 1)高温,吸热量大 (2)低烃分压,短停留时间,避免二次反应的发生 ( 3) 反应产物是复杂的混合物
17. 裂解供热方式有哪两种?
答:裂解供热方式有直接供热和间接供热两种。
18. 烃类热裂解的一次反应主要有哪几个?烃类热裂解的二次反应主要有哪几个?
答: (1)烃类热裂解的一次反应主要有:①脱氢反应②断链反应
(2)烃类热裂解的二次反应主要有:①烯烃的裂解②烯烃的聚合、环化和缩合
③烯烃的加氢和脱氢④积炭和结焦
19. 什么叫停留时间,停留时间与裂解产物分布有何影响?答:裂解反应的停留时间指从原料进入辐射段开始,到离开辐射段所经历的时间,即裂解原料在反应高温区内停留的时间。停留时间是影响裂解反应选择性、烯烃收率和结焦生炭的主要因素,并且与裂解温度有密切关系。20. 为什么要采用加入稀释剂的方法来实现减压的目的?在裂解反应中,工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是什么?
答:这是因为:
1) 裂解是在高温下进行的,如果系统在减压下操作,当某些管件连接不严密时,
可能漏入空气,不仅会使裂解原料和产物部分氧化而造成损失,更严重的是空
气与裂解气能形成爆炸混合物而导致爆炸;
2) 减压操作对后续分离部分的压缩操作也不利,要增加能耗。工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是:
1) 水蒸汽热容量大,能对炉管温度起稳定作用,在一定程度上保护了炉管;
2) 水蒸汽与产物易分离,与产物不起反应,对裂解气的质量无影响;
3) 水蒸汽可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用,可以保护裂解炉
管;
4) 水蒸气在高温下能与裂解管中的沉积焦炭发生如下反应:
C + H2O H2 + CO
具有对炉管的清焦作用;
5) 水蒸气对金属表面起一定的氧化作用,形成氧化物薄膜,减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用。
21. 为了提高烯烃收率裂解反应条件应如何控制?答:适量的提高裂解温度,减少停留时间,降低烃的分压,添加适量稀释剂。
22. 为什么要对裂解气急冷,急冷有哪两种?
用列解管出来的裂解气是富含烯烃的气体和大量的水蒸气,温度在800 度以上,
烯烃反应性很强,若放任它们在高温度下长时间停留,仍会继续发生二次反应,引起结焦和烯烃的损失、生成很多副产物,因此必须急冷终止反应。
急冷气有:直接急冷气间接急冷气两种
23. 裂解气净化分离的任务是什么?裂解气的分离方法有哪几种?答:裂解气是很复杂的混合气体,要从中分离出高纯度的乙烯和丙烯等产品,必须进行一系列的净化与分离过程。
24. 裂解器的分离方法有:深冷分离法油吸收精馏法
25. 裂解气净化:碱洗法除酸、吸附法脱水、加氢脱炔、甲烷法除CO
26. 25. 水在裂解气深冷分离中有什么危害?工业上常采用什么方法脱除裂解气中的水分?
27. 答:在低温下,水能冻结成冰,并且能和轻质烃类形成固体结晶水合物。冰和水合物凝结在管壁上,轻则增大动力消耗,重则堵塞管道,影响正常生产。
工业上采用吸附的方法脱水,用分子筛、活性氧化铝或者硅胶作吸附剂。
26. 什么叫分子筛?分子筛吸附有哪些特点,有哪些规律?答:狭义上讲,分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成
特点:吸附水含量高、脱水效能高、规律:分子筛吸附水蒸汽容量,随温度变化很敏感。分子筛吸附水释放热过程,所以低温有利于放热的吸附过程,高温则有利于吸热的托付过程。
27. 裂解气为什么要脱除乙炔和一氧化碳?工业上脱除炔烃的方法有哪些?答:聚合用的乙烯,应严格限制乙烯中乙炔的含量。乙炔会造成聚合催化剂的中毒,会降低乙烯的分压。在高压聚乙烯生产中,当乙炔积累过多后,会引起爆炸。工业上脱炔的主要是采用催化加氢法,少量用丙酮吸收法。
28. 什么叫前加氢流程?什么叫后加氢流程?各有什么优缺点?答:加氢过程设在脱甲烷塔以前进行加氢脱炔的叫做前加氢。前加氢又叫做自给加氢。设在脱甲烷塔以后进行加氢脱炔的叫做后加氢。前加氢流程的优点是氢气可以自给,缺点是氢气是过量的,氢气的分压比较高,会降低加氢的选择性,增大乙烯的损失。后加氢的优点是组分少,选择性高;催化剂寿命长;产品纯度高。缺点是能量利用不如前加氢流程,流程也比前加氢流程复杂。
29. 为什么裂解气要进行压缩?为什么要采用分段压缩?
答:裂解气压缩的目的是①使分离温度不太低②少耗冷量。
为了节省能量,降低压缩的功率,气体压缩一般都采用多段压缩,段与段段与段之间都设置中间冷却器。
裂解气分段压缩的合理段数主要由压缩机各段出口温度所限定。
30. 简述三种深冷分离流程并画简图,三种深冷分离流程有什么共同点和不同
点?脱丙塔塔底温度为什不能超过100 "C?
答:裂解气一压缩一碱洗一压缩一干燥-脱甲烷-脱乙烷-脱丙烷-脱丁烷- 乙烯精馏-丙烯精馏J J
脱炔脱炔(顺序分离流程)
1)顺序分离流程2)前脱乙烷分离流程3)前脱丙烷分离流程
共同点:①先将不同C源自顺分开,再分离同一C原子数的烷烃和烯烃②最终
出产品的乙烯塔和丙烯塔并联安排,且排在最后,作为二元组分的精馏处理。
不同点:①精馏塔的排列顺序不同,即脱甲烷塔,脱乙烷塔、脱丙烷塔;前脱
乙烷为2、1、3;前脱丙烷为3、1、2②加氢脱炔位置不同。前脱乙烷和前脱丙
烷为前加氢,顺序深冷为后加氢。③冷箱位置不同:顺序分离流程和前脱丙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之前。而前脱乙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之后.脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔,在塔顶分出C3馏分,塔底的液体为C4以
上馏分,液体里面含有二烯烃,二烯烃容易聚合结焦,所以脱丙烷塔塔底温度不宜超过100C 31. 工业上如何解决“热点”的危害?
答:①在原料气中加入微量抑制剂,使催化剂部分中毒以控制活性②在反应管进口段填用惰性载体西施的催化剂或部分老化的催化剂,以降低入口段的反应
32. 流化床反应器结构的优缺点?
答:优点:结构简单,催化剂装卸容易,空速大,有良好的传热速率,反应器内温度军一,温差小,反应温度易控制。缺点:返混现象严重,有些反应物停留时间短,有些又太长,串联副反应严重,转化率低,对催化剂强度要求高,需配备高效率的旋风分离器。
33. 固定床反应器结构的优缺点?答:优点:气体在床层内流动接近平推流,返混小;可抑制串联副反应的发生,提高选择性;对催化剂的强度和耐磨性能要求低。缺点:结构复杂,催化剂装卸困难,空速较小,生产能力比流化床反应器小。
34. 乙烯直接氧化生成环氧乙烷工业上采用什么形式反应器,所采用催化剂中各
组分作用是什么?影响乙烯环氧化反应有哪些因素?
答:⑴采用列管式固定床反应器;⑵所采用催化剂为银催化剂。载体作用:提高活性组分银的分散度,防止银的微小晶粒在高温下烧结。助催化剂作用(碱金属助催化剂):使载体表面酸性中心中毒,以减少副反应的进行。抑制剂的作用:使催化剂表面部分可逆中毒,使活性适当降低,减少深度氧化,提高选择性。活性组分银:高银含量催化剂,可提高催化剂的活性。
⑶影响乙烯环氧化反应的因素有:①反应温度②空速③反应压力④原料配比及致稳气⑤原料气浓度⑥乙烯转化率
35. 侯氏制碱法的优点和缺点:
优点(1 食盐的利用率高(2 与氨厂联合生产,即可使氨加工成盐,又克服了大量的废液废渣,使氨厂的二氧化碳得到了充分利用。缺点:(1 单位体积的母
液所制得的纯碱量少(2 由于需用精制盐粉,需要增设原料预处理系统( 3 设备腐蚀厉害
36. 非均相催化氧化反应的特点:
(1 反应原料、产物均为气态,催化剂为固态(2 传热情况复杂(3 非均相催化氧化一般采用固定床或流化床反应器。
37. 氢气的来源:电解水、电解食盐水、水蒸气转化法、部分氧化法、水煤气化法、烃类裂解生产乙烯装置复产氢气。
煤气化制合成气中间歇式制气法的6 个阶段:
(1 吹风阶段(2 水蒸气吹净阶段(3 上吹制气阶段(4 下吹制气阶段(5 二次
吹制气阶段(6 空气吹净阶段
38. CO 变换中变化器的类型有:
(1 中间间接冷却式多段绝热反应器(2 原料气冷激式多段绝热反应器(3 水蒸气或冷凝水冷激式多段绝热反应器。
39. 干法脱硫一般使用在硫含量较低的场合,如果硫含量较高,会造成再生频繁
和费用大增的不良后果。湿法脱硫一般用于含硫量高、处理量大的气体的脱硫,案其脱硫机理不同又分为化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法和湿式氧
化法。
40. 氨合成工艺条件的选择:
压力、温度、空速、气体组成
41.SO2 炉气净化中矿尘的清除:集尘器除尘、旋风除尘、电除尘净化原则:悬浮粒粒径分级逐段,先大后小,先易后难。悬浮粒密度大,先重
速率和放热速率③采用分段冷却法后轻
文尘管除尘:除尘、降温、除酸雾、
泡沫塔水洗除尘:吸收、降温、除尘、SO2脱洗
42.干燥酸以浓度93%-95%的勺H2SO4较合适,而且具有结晶温度较低的优点,可以避免在冬季的低温下,因结晶带来操作和储运上的麻烦。