化学工艺学考题

第一章1.化学工艺学的研究目的？答：创立技术先进、经济合理、生产安全、环境无害的生产过程。2.化学工艺学涉及的内容？答：化学工艺学所涉及的内容一般包括原料的选择和预处理；生产方法的选择及方法原理；设备（反应器和其它）的选择、结构和操作；催化剂的选择和使用；操作条件的影响和选定；流程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和利用；对不同工艺路线和流程的技术经济评价等问题。3.化学工艺学与化学工程学的分工？答：化学工艺学是以过程为研究目的，是将化学工程学的先进技术运用到具体生产过程中，以化工产品为目标的过程技术，重点解决整个生产过程（流程）的组织、优化；将各单项化学工程技术在以产品为目标的前提下集成，解决各单元间的匹配、链接；在确保产品质量条件下，实现全系统的能量、物料及安全污染诸因素的最优化。化学工程学主要研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律，它的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是放大中的效应。第二章2-1石油的综合利用途径有哪些？（P14-19）答：Ⅰ常压蒸馏Ⅱ减压蒸馏Ⅲ催化重整Ⅳ催化裂化Ⅴ催化加氢裂化Ⅵ烃类热裂解2-3何为化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的？（P24-25）答：将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程。化工生产工艺流程的组织可运用推论分析、功能分析、形态分析等方法论来进行流程的设计。如“洋葱”模型。2-4何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？（P25-26）答：循环流程是指未反应的反应物从产物中分离出来，再返回反应器。循环流程的主要优点是能显著地提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了对环境的污染。其缺点是动力消耗大，惰性物料影响反应速率及产品收率。2-5何谓转化率？何谓选择性？何谓收率？对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？（P28-29）答：转化率指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分率，用X表示；选择性是指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比，用S表示；收率。通常使转化率提高的反应条件往往会使选择性降低，所以不能单纯追求高转化率或高选择性，而要兼顾两者，使目的产物的收率最高。补4.无机化学矿产量最大的两个产品分别是什么？如何加工利用？（P12-13）答：磷矿和硫铁矿。磷矿的加工利用方法有酸法和热法，主要是生产磷肥。硫铁矿用于制硫酸。化工工艺过程的“洋葱”模型补5.石油的蒸馏与一般的精馏相比，有哪些特点？答：石油蒸馏的特点有⑴根据一定的沸点范围收集馏出物，不是分离出纯组分⑵从塔的不同高度出料⑶原油的加热在塔外加热炉中进行（主要是避免长时间加热分解）。补6.简述化工生产过程的三大步骤。（P24）答：⑴原料预处理主要目的是使初始原料达到反应所需要的状态和规格。⑵化学反应通过该步骤完成由原料到产物的转变，是化工生产过程的核心。⑶产品的分离和精制目的是获取符合规格的产品，并回收、利用副产物。补8.何谓生产能力？何谓生产强度？（P27）答：生产能力是指一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内处理的原料量。生产强度为设备单位特征几何量的生产能力，即设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。补9.对于可逆放热反应，净反应速率随温度变化的规律如何？（P31）答：对可逆放热反应，净速率随温度变化有三种可能性，即，当温度较低时，净反应速率随温度的升高而增高；当温度超过某一值后，净反应速率开始随着温度的升高而下降。因此存在最佳反应温度Top。第三章3-3在原料确定的情况下，从裂解过程的热力学和动力学出发，为了获取最佳裂解效果，应选择什么样的工艺参数（停留时间、温度、压力……），为什么？（P72-75）答：应选择的工艺参数有裂解温度、停留时间、烃分压、稀释剂及裂解深度。应选择高温短停留时间和较低烃分压。3-5为了降低烃分压，通常加入稀释剂，试分析稀释剂加入量确定的原则是什么？（P75）答：①裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷和困难。②水蒸气热容量大，使系统有较大热惯性，当操作供热不平衡时，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。③抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀。④脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。3-9裂解气进行预分离的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制的杂质有哪些？这些杂质存在的害处？用什么方法除掉这些杂质，这些处理方法的原理是什么？（P85，87-92）答：目的和任务：①经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度，从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗。②裂解气经预分馏处理，尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的负荷。③在裂解气的预分馏过程中将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再发生稀释蒸汽，从而大大减少污水排放量。④在裂解气的预分馏过程中继续回收裂解气低能位热量。需严格控制的杂质有H2S，CO2，H2O，C2H2，CO等气体。这些杂质量不大，但对深冷分离过程是有害的，而且会使产品达不到规定的标准。酸性气体的脱除有碱洗法和醇胺法。脱水用吸附干燥法。炔烃脱除有催化加氢法和溶剂吸收法。3-10裂解气的压缩为什么采用多级压缩，确定段数的依据是什么？（P95-96）答：裂解气压缩基本上是一个绝热过程，气体压力升高后，温度也上升。为了节约压缩功耗、降低出口温度、减少分离净化负荷，气体压缩采用多级压缩。3-12裂解气分离流程各有不同，其共同点是什么？试绘出顺序分离流程、前脱乙烷后加氢流程，前脱丙烷后加氢流程简图，指出各流程特点、适用范围和优缺点。（P101）答：共同点是裂解气分离装置都是主要由精馏分离系统、压缩和制冷系统、净化系统所组成。顺序分离流程的特点是分离流程是按C1、C2、C3……顺序进行切割分馏。（流程图见尾页）补10.正构烷烃热裂解过程的主要反应通式？（P54-55）答：补11.在烃类热裂解过程中，何谓一次反应？何谓二次反应？（P64）答：一次反应是指原料烃在裂解过程中首先发生的原料烃的裂解反应，二次反应则是指一次反应产物继续发生的后继反应。补12.试分别简述直馏汽油、重整汽油、催化裂化汽油和裂解汽油的生产过程。答：直馏汽油是以原油为原料经常压蒸馏得到沸程为175℃～275℃的C9～C16烃类。重整汽油是以直馏汽油为原料经催化重整制得的芳烃或异构烷烃等高辛烷值汽油。催化裂化汽油是以重质油为原料在450～530℃，0.1～0.3MPa下经催化裂化得到的汽油。裂解汽油是以各种烃类为原料的裂解产物C5～C9汽油。第四章4-1简述芳烃的主要来源及主要生产过程。（P114-119）答：芳烃的主要来源为焦化芳烃和石油芳烃。焦化芳烃生产过程为在高温作用下，煤在焦炉炭室内进行干馏得到粗苯，粗苯再经分离精制得到苯、甲苯和二甲苯等芳烃。石油芳烃是以石脑油和裂解汽油为原料经反应、分离和转化生产苯、甲苯和二甲苯等芳烃的过程。4-3试论芳烃转化的必要性与意义，主要的芳烃转化反应有哪些？（P123-124）答：开发芳烃的转化是为了依据市场的供求调节和平衡各种芳烃的产量，解决供需不平衡的矛盾。主要的芳烃转化反应如下第五章5-2合成气可用来制造什么化工产品？为什么近年来合成气的生产和应用受到重视？（P152-153）答：合成气可用来合成氨，合成甲醇，合成醋酸，合成烯烃的氢甲酰化产品，合成天然气、汽油和柴油。5-3以天然气为原料生产合成气的过程有哪些主要反应？从热力学角度考虑，对反应条件有哪些要求？从动力学角度考虑又有哪些要求？（P161，165-168）答：甲烷蒸汽转化反应CH4＋H2OCO＋3H2CO变换反应CO＋H2OCO2＋H2析碳反应CH4C＋2H2热力学：温度800℃以上，水碳比3.5以上，压力2MPa左右。动力学：温度、压力、组分。5-5天然气-水蒸气转化法制合成气过程有哪些步骤？为什么天然气要预先脱硫才能进行转化？用哪些方法较好？（P169，181-182）答：预先脱硫是为了避免蒸汽转化催化剂中毒。脱硫方法有干法和湿法。干法分为吸附法和催化转化法。湿法分为化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法和湿式氧化法。5-9由煤制合成气有哪些生产方法？这些方法相比较各有什么优点？较先进的方法是什么？（P156-159）答：生产方法有固定床间歇式气化法、固定床连续式气化法、流化床连续式气化法、气流床连续式气化法。5-10一氧化碳变换的反应是什么？影响该反应的平衡和速度的因素有哪些？如何影响？为什么该反应存在最佳反应温度？最佳反应温度与哪些参数有关？（P175-177）答：CO变换反应CO＋H2OCO2＋H2影响平衡因素有温度、水碳比、原料气中CO2含量等。影响速度因素有压力、温度、水蒸气。因该反应为可逆放热反应，所以存在最佳反应温度Top，Top与气体原始组成、转化率及催化剂有关。5-11为什么一氧化碳变换过程要分段进行，要用多段反应器？段数的选定依据是什么？有哪些形式的反应器？（P178-179）答：在工程实际中，降温措施不可能完全符合最佳温度曲线，因此采用分段冷却，段数越多操作温度越接近最佳温度曲线。具体段数由水煤气中CO含量、所要达到的转化率、催化剂活性温度范围等因素决定。变换反应器的类型有中间间接冷却式多段绝热反应器、原料气冷激式多段绝热反应器、水蒸气或冷凝水冷激式多段绝热反应器等。5-12一氧化碳变换催化剂有哪些类型？各适用于什么场合？使用中注意哪些事项？（P176）答：一氧化碳变换催化剂有三大类，①铁铬系变换催化剂，反应前还原成Fe3O4才有活性，适用温度为300～530℃，为中温或高温变换催化剂；②铜基变换催化剂，反应前要还原成具有活性的小铜晶粒，适用温度为180～260℃，为低温变换催化剂；③钴钼系耐硫催化剂，反应前将钴、钼氧化物转变为硫化物才有活性，适用温度为160～500℃，为宽温变换催化剂。5-14在合成气制造过程中，为什么要有脱碳（CO2）步骤？通常有哪些脱碳方法，各适用于什么场合？（P183-185）答：在将气、液、固原料经转化或气化制造合成气过程中会生成一定量的CO2，尤其当有一氧化碳变换过程时，生成更多的CO2，因此需要脱除CO2。通常脱碳方法有化学吸收法（本菲尔法、复合催化法、空间位阻胺促进法、氨基乙酸法）、物理吸收法（低温甲醇洗涤法、聚乙二醇二甲醚法、碳酸丙烯酯法）、物理-化学吸收法、变压吸附法。5-15工业上气体脱硫有哪些方法，各适用于哪些场合？（P181-182）答：见5-5。补13.何谓合成气？何谓C1化工？（P152）答：合成气是指一氧化碳和氢气的混合气。凡包含一个碳原子的化合物参与反应的化学称为C1化学，涉及C1化学反应的工艺过程和技术称为C1化工。补14.甲烷水蒸气转化体系中的独立反应？（P160-161）答：甲烷蒸汽转化反应CH4＋H2OCO＋3H2CO变换反应CO＋H2OCO2＋H2析碳反应CH4C＋2H2补15.如何计算吸热反应或放热反应的平衡温距？答：补16.变换反应器的类型有哪些？画出相应操作过程的T-X图。（P178-179）答：略。第六章6-1脱氢反应对催化剂有什么要求？（P192）答：首先是具有良好的活性和选择性，能够尽量在较低的温度条件下进行反应；其次催化剂的热稳定性好，能耐较高的操作温度而不失活；第三是化学稳定性好，金属氧化物在氢气的存在下不被还原成金属态，同时在大量的水蒸气下催化剂颗粒能长期运转而不粉碎，保持足够的机械强度；第四是有良好的抗结焦性和易再生性能。6-2以煤为原料和以天然气为原料合成氨生产过程有什么不同之处？答：脱硫位置不同，造气原理也不同。6-5影响氨平衡浓度的因素有哪些？（P195）答：温度和压力的影响、氢氮比的影响、惰性气体的影响。6-11合成氨与合成甲醇有哪些相似的地方？答：都是气固相催化反应、都采用固定床反应器、都需加H2、都要进行粗产品冷凝、都要进行循环压缩、都需排气以维持惰气平衡、都是可逆放热反应。6-14乙苯脱氢制苯乙烯生产过程中温