化工工艺学阶段练习题-2

化工工艺学 阶段练习题-2

（包括烃类热裂解、氯化两章内容）

第三章 烃类热裂解（13题）

一、为什么说以乙烯为首的低级烯烃在化工生产中有重要地位？

二、简述低级烯烃工业生产方法。

三、何为烃类热裂解的一次反应和二次反应？

四、烃类热裂解的二次反应对生产有哪些影响？

五、简述烃类热裂解在原料烃中混入水蒸气的主要作用和优点。

六、简述裂解温度对烃类热裂解反应的影响，一般裂解温度为多少？

七、简述油轻质油为原料，经热裂解过程制取裂解气（40℃）的工艺流程。

八、简述急冷换热器的结构和作用。

九、工业生产上有哪两种冷却方式？各有何有缺点？

十、经冷却后的裂解气中含有哪些组分？

十一、裂解气中有害杂质包括哪些物质？需将他们脱除的理由？脱除方法？

十二、烃类热裂解产物裂解气的分离采用何种方法？工业生产中选用哪些冷剂？

十三、简述脱甲烷塔在裂解气分离过程中的作用和地位。

第四章 氯化（7题）

一、何为氯化剂？工业上经常用到的氯化剂是哪些？

二、何谓平衡氧氯化法？工业上采用平衡氧氯化法生产氯乙烯有何特点？

三、平衡氧氯化法生产氯乙烯包括哪三步反应？写出化学反应式。

四、简述乙烯与氯气加成氯化制1,2-二氯乙烷的反应型式、工艺条件、催化剂、副反应、反应器等。

五、简述乙烯氧氯化制1,2-二氯乙烷的反应型式、副反应、工艺条件、催化剂。

六、乙烯氧氯化制1,2-二氯乙烷选择何种反应器？说明选择依据。反应温度如何控制和调节？

七、简述1,2-二氯乙烷裂解生成氯乙烯过程的反应型式、副反应、工艺条件、反应器和反应温度控制和调节方式。

参考答案

第三章 烃类热裂解（13题）

一、为什么说以乙烯为首的低级烯烃在化工生产中有重要地位？

在自然界中，没有烯烃存在。乙烯、丙烯、丁烯等低级不饱和烯烃具有双键，化学性质非常活泼，能合成多种化工产品。乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，而工业上所用的乙烯，大部分是从石油炼制工厂和石油化工厂所生产的气体里分离出来的，其中乙烯产品占石化产品的70%以上，在国民经济中占有重要的地位。

乙烯工业是石油化工的龙头，乙烯产量往往标志着一个国家化学工业发展的水平。

二、简述低级烯烃工业生产方法。

石油系烃类原料(天然气、轻质油，柴油等）经高温作用（注意：无催化剂），使之发生C-C键断裂或C-H键断裂（脱氢）反应，生成分子量较小的烯烃、烷烃和其它烃类。烃类热裂解采用的原料，目前主要是轻质烃，例如气态烃、石脑油、轻柴油、粗柴油和减压柴油等。

在工业上烃类热裂化最为重要，是生产低级烯烃（乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯）的主要方法。相应的生产装置已成为石油化学工业的基础。

三、何为烃类热裂解的一次反应和二次反应？

烃类热裂解的一次反应即由原料烃类热裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃的反应；烃类热裂解的二次反应主要是指由一次反应生成的低级烯烃进一步反应生成多种产物，直至最后生成焦或碳的反应。二次反应不仅降低了低级烯烃的收率，而且还会因生成的焦或碳堵塞管路及设备，破坏裂解操作的正常进行，因此二次反应在烃类热裂解中应设法加以抑制。

四、烃类热裂解的二次反应对生产有哪些影响？

烃类裂解过程中的二次反应不仅降低了低级烯烃的收率，而且还会因生成的焦或碳堵塞管路及设备，破坏裂解操作的正常进行，因此二次反应在烃类热裂解中应设法加以抑制。

五、简述烃类热裂解在原料烃中混入水蒸气的主要作用和优点。

1、水蒸气价廉易得，易于产物分离； 2、水蒸气可事先预热到较高的温度，用作载热体将热量传递给原料烃，避免原料烃因预热温度过高，易在预热器中结焦； 3、水蒸气热容大，可稳定炉管温度，在一定程度上保护了炉管； 4、混入水蒸气有助于防止碳在炉管中的沉积。水蒸气在高温下可起清焦作用：C+H2O＝CO+H2； 5、加入水蒸气能有效抑制原料中的硫对金属裂解管的腐蚀作用； 6、水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，使金属表面的铁、镍形成氧化物薄膜，可减轻这些金属对烃类气体分解生碳的作用。

六、简述裂解温度对烃类热裂解反应的影响，一般裂解温度为多少？

裂解反应是强吸热反应，提高裂解温度，有利于乙烯产率的增加，但提高裂解温度也会带来下述问题：1、裂解温度已经很高了，如要再进一步提高裂解温度，对裂解管材质提出了更高的要求；；2、为了减少二次反应，在高的裂解温度下必须缩短烃类原料气在裂解管中的停留时间和改进急冷器（或废热锅炉）的结构，对裂解设备制造也增加了难度和成本；3、在高温下分解反应加剧，生成的碳量将明显增多，从而使裂解管更易堵塞，这对用诸如像煤油、粗柴油等作裂解原料时，矛盾将更为突出；4、还需考虑裂解产物的分布，裂解温度过高，乙烯产量虽有所增加，但丙烯和丁烯的收率则会下降。裂解温度通常为850℃左右。

七、简述油轻质油为原料，经热裂解过程制取裂解气（40℃）的工艺流程。

原料油经预热后进入裂解炉，在预热段（对流段）与稀释水蒸气混合后进入辐射段进行裂解，经裂解后出裂解炉的裂解气进入急冷换热器冷却，以终止裂解反应。

裂解气出急冷换热器，去油急冷器，与冷的急冷油混合以进一步降低温度，之后进入油洗塔（汽油初馏塔）。急冷油和裂解气混合物一起进入油洗塔，经急冷油从上部喷淋，H2、气态烃、裂解汽油和稀释水蒸气等低沸物由塔顶出来，进入水洗塔；

油洗塔塔釜出重质燃料油，经汽提除去轻组分后，大部分用作循环急冷油。脱除了重质油的裂解气进入水洗塔中，冷却水由塔顶上部向下喷淋，将裂解气中含的裂化汽油冷凝下来。经分离后，裂化汽油作产品送出。稀释水蒸气也在此同时冷凝下来，由底部排出，经处理后重新循环再使用。

除去绝大部分水和汽油的裂解气，温度约40℃，送分离装置进行各组分的分离。

八、简述急冷换热器的结构和作用。

急冷换热器，也称废热锅炉，列管换热式、裂解气走管程，壳程为高压热水，裂解气的热量由管壁传给高压热水，后者吸收热量后部分气化，属间接冷却方式。作用：迅速降低裂解气的温度到600℃以下，使裂解反应在骤冷下迅速终止，抑制二次反应，控制结焦；回收热量，发生蒸汽。主要工艺参数： 600℃以下，产生10.5-11.5Mpa的饱和高压蒸汽。

九、工业生产上有哪两种冷却方式？各有何有缺点？

工业生产上有直接冷却和间接冷却两种冷却方式。在直接冷却时，冷却剂和被冷却物质直接接触，冷却效果好，所用设备结构简单，通常为空塔或塔内装填部分填料以增加冷却剂和被冷却物的接触面积。但应用有局限性：会产生废液，有可能会污染被冷却物，被冷却物放出的热量不能利用。在间接冷却时，冷却剂和被冷却物质不直接接触，热量是通过管壁进行交换的，冷却效果较差，通常采用列管式换热器；使用较普遍，最大的优点是被冷却物放出的热量可以得到利用。

十、经冷却后的裂解气中含有哪些组分？

经冷却后的裂解气是一种气体混合物，像混合芳烃这样的产物，沸点比较高，裂解气冷却到100℃左右，它们就能从气相中凝析出来，形成液体产物，因此裂解气中要是 C5以下的烃类。

主要成分有有用组分：H2，CH4，C2H4，C2H6，C3H6，C3H8，C4及C5馏分等，还有需除去的有害杂质酸性气体（CO2和H2S、CS2等）、水、炔类（C2H2和C3H4）和CO。

十一、裂解气中有害杂质包括哪些物质？需将他们脱除的理由？脱除方法？

有害杂质包括酸性气体、水、炔类和CO。分别阐述。

酸性气体：主要是CO2和H2S、CS2等硫化物。脱除理由：酸性气体腐蚀设备管道，H2S等硫化物还会使脱炔催化剂中毒； CO2在深冷操作中会结成干冰，堵塞管道；脱除方法：碱洗法，用NaOH水溶液喷淋除去： 2NaOH+ CO2=Na2CO3 +H2O； 2NaOH+ H2S =Na2S+2H2O；

水：低温下水结冰，并与烃类形成在高压低温下很稳定的固体结晶水合物，结在管壁上，质地坚硬，很难除去。轻则增加动力消耗，重则堵塞管道。脱除方法：分子筛、硅胶、等吸水剂吸附水。

炔类：主要是乙炔、丙炔等。脱除理由：乙炔和丙炔的存在使乙烯和丙烯在聚合时催化剂中毒，影响聚合反应质量；炔类物质会在系统里自聚；乙炔积累过多时易引起爆炸。脱除方法：常用催化加氢方法脱除炔类： C2H2 + H2 == C2H4 该方法既可以将有害的炔类除掉，又可以增加乙烯生成量。

CO： CO会使炔类加氢催化剂中毒；采用方法：在催化剂作用下将CO转化成甲烷的方法将其除去，即常说的甲烷化法，也就是CH4制氢的逆反应 ： CO + 3H2== CH4 + H2O

十二、烃类热裂解产物裂解气的分离采用何种方法？工业生产中选用哪些冷剂？

净化后的裂解气分离采用深冷分离法，即在－100℃左右的低温下将烃类按沸点不同，逐个用精馏方法分离出来；这一方法产品收率高、质量好，是目前生产聚合级烯烃的主要方法，缺点是能耗较大、流程复杂。深冷分离中为获得≤－100℃的低温，需采用甲烷、乙烯和丙烯作制冷剂。

十三、简述脱甲烷塔在裂解气分离过程中的作用和地位。

脱甲烷塔是裂解气分离过程中重要设备，作用为 脱除裂解气中的氢和甲烷，是裂解气分离装置中投资最大，耗耗最多的环节。在深冷分离装置中。需要在-90℃以下的低温条件下进行氢和甲烷的脱除，其冷冻功耗约占全装量冷冻功耗的50％以上。其操作条件的确定及运行效果的好坏对整个分离过程都是很重要的，它在分离流程中占有很重要的地位。由于脱甲烷塔的操作温度极低，能耗消耗很大，该塔的分离效率直接影响乙烯收率和能量消耗

第四章 氯化（7题）

一、何为氯化剂？工业上经常用到的氯化剂是哪些？

能向作用物输送氯的试剂称为氯化剂。氯化反应常采用的氯化剂有Cl2、HCl、HOCl（即Cl2+H2O）及次氯酸盐、COCl2（光气）等； SOCl2、POCl3等也可作为氯化剂，但工业上较少使用；其中最重要、工业上经常用到的氯化剂是氯气、盐酸(氯化氢)、次氯酸和次氯酸盐。

二、何谓平衡氧氯化法？工业上采用平衡氧氯化法生产氯乙烯有何特点？

所谓平衡氧氯化法就是以乙烯、氯气和氧气为原料，把直接氯化与氧氯化结合起来，乙烯直接氯化生成1,2-二氯乙烷，然后进行热裂解得到氯乙烯和氯化氢，用分离出的氯化氢与氧气进行氧氯化反应，再生成1,2-二氯乙烷。在整个反应过程中氯化氢始终保持平衡，既不增加，也不减少。这种方法即称为平衡型氧氯化法，该法由乙烯、氯气、氧气为原料生产氯乙烯，整个工艺过程氯可全部利用。

平衡氧氯化法中氧氯化反应采用的氯化剂为氯化氢，它是热裂解过程的副产物，价格比氯低得多。平衡氧氯化法的开发成功，解决了氯化氢的利用问题。

三、平衡氧氯化法生产氯乙烯包括哪三步反应？写出化学反应式。

平衡氧氯化法生产氯乙烯包括以下三步反应：

乙烯加成氯化生产1,2-二氯乙烷：

乙烯氧氯化生产1,2-二氯乙烷：

1,2-二氯乙烷进行裂解，生产氯乙烯：

四、简述乙烯与氯气加成氯化制1,2-二氯乙烷的反应型式、工艺条件、催化剂、副反应、反应器等。 22222CHCHClClCHCHCl2222221CHCH2HClOClCHCHClHO22222ClCHCHCl2CHCHCl2HCl