化工工艺设计学期末考试总结.docx

化工工艺学"
一、填空题
1. 空间速度的大小影响甲醇合成反响的选择性和转化率。
2. 由一氧化碳和氢气等气体组成的混合物称为合成气。
3. 芳烃系列化工产品的生产就是以苯、甲苯和二甲苯为主要原料生产它们的衍生物。
4. 石油烃热裂解的操作条件宜采用高温、短停留时间、低烃分压。
5. 脱除酸性气体的方法有碱洗法和乙醇胺水溶液吸附法。
6. 天然气转化催化剂，其原始活性组分是NiO,需经复原生成山才具有活性。
7. 按照对目的产品的不同要求，工业催化重整装置分为生产芳烃为主的化工型，以生产高辛烷值汽油为主的燃料型和包括副产氢气的利用与化工燃料两种产品兼顾的综合型三种。
8. 高含量的烷烃，低含量的烯烃和芳烃是理想的裂解原料。
9. 氨合成工艺包括原料气制备、原料气净化、原料气压缩和合成。
10. 原油的常减压蒸馏过程只是坐过程，并不发生化学变化，所以得到的轻质燃料无论是数量和质量都不能满足要求。
11. 变换工段原则流程构成应包括：参加蒸汽和热量回收系统。
12. 传统蒸汽转化法制得的粗原料气应满足:剩余甲烷含量小于0.5%、〔H2+CO〕/N 2 在 2.8~3.1。
13. 以空气为气化剂与碳反响生成的气体称为空气煤气。
14. 低温甲醇洗涤法脱碳过程中，甲醇富液的再生有闪蒸再生、_汽提再生一、_热再生一三种。
15. 石油烃热裂解的操作条件宜采用高温、短停留时间和低烃分压。
16. 有机化工原料来源主要有 天然气、石油、煤、农副产品。
18. 乙烯直接氧化过程的主副反响都是强烈的放热反响，且副反响〔深度氧化〕防热量是主反响的十几倍。
19. 第二换热网络是指以―为介质将变换、精炼和氨合成三个工序联系起来，以更合理充分利用变换和氨合成反响热，到达节能降耗的目的。
20. 天然气转化制气，一段转化炉中猪尾管的作用是一缓冲形变应力？。
21. 单位时间、单位体积催化剂处理的气量称为反响器空速。
22. 生产中根据物质的冷凝温度随压力增加而增加的规律，可对裂解气加压，从而使各组分的冷凝点升高，即提高深冷别离的操作温度，这既有利于别离，又可节约冷量。
23. 裂解原料中含有高含量的烷烃，低含量的烯烃和芳烃是理想的裂解原料。
24. 目前具有代表性三种裂解气别离流程是：顺序别离流程，前脱乙烷别离流程，前脱丙烷别离流程。
25. 催化重整是生产高辛烷值汽油和石油芳烃的主要工艺过程，是炼油和石油化工的重要生产工艺之一。
26. 对于一个可逆放热反响，如果反响温度、压力和原料组成，可求出该条件下的反响平衡常数，从而计算出该条件下的反响平衡组成。
27. 氨水中和法脱除合成氨原料气中的竺，即是合成氨原料气体的净化过程，又是产品碳酸氢铵的制备过程。
28. 甲烷转化催化剂和甲烷化催化剂的活性组分一样，都是兰，但其含量不同。
二、单项选择题
1下面哪一种催化剂为氨合成催化剂。（A ）
A. A110 B. B117 C. C207 D. Z107
2 NHD法脱除CO 2是依据CO 2在NHD溶液中有的特点，通过高压低温
吸收、加温降压再生来实现溶液的循环利用。（D ）
A.可逆反响B.不可逆反响C.低温反响D.较大的溶解度，而氢气、氮气
在其中的溶解度很小
3 脱硫工艺中，为了加快溶液的脱硫、再生速度，减轻溶液对设备的腐蚀，
可在脱硫液中参加。（A ）
A.栲胶、V2O 5 B.ADA、KNO 3 C. NH 3、NaNO 3 D. PDS、二乙醇胺
4间歇式固定床制气过程中，二次上吹阶段进展的反响是，其目的是制备
水煤气。（A ）
A.碳和水蒸汽的反响B.碳和氧气的反响
C. 碳和氮气反响D. 碳和氢气的反响
5甲烷化反响是指在催化剂作用下。（A）
A. 一氧化碳转化为甲烷的过程B. 一氧化碳转为二氧化碳的过程C. 一
氧化碳发生歧化反响生成碳和二氧化碳的过程D. 一氧化碳制备甲酸的过程
6变换反响的特点之一是。(B )
A.体积缩小B.放热 C.不可逆 D.体积增加
7间歇法制取合成氨粗原料气过程中，氮气的参加是在进展的。(A )
A.吹风阶段B. 一次上吹C.空气吹净阶段 D.下吹阶段
8一不会导致耐硫变换催化剂中毒。(C )
A. As B. H2S C. O2 D. P
9氧化铁法脱除硫化物属于干法脱硫中的。( A )
A.吸附法B接触氧化法C转化法 D以上都不是
10是指用氧气或含氧气化剂对煤或焦炭进展热加工的过程。(A )
A.固体燃料气化 B. 一氧化碳转变换 C.天然气转化 D.甲烷化
11氨合成反响的特点之一是。(D )
A.体积不变B.吸热 C.不可逆 D.摩尔数减小
12甲烷转化制合成氨粗原料气过程中，氮气的参加是在中进展。(C )
A.燃烧室 B. 一段转化炉C.二段转化炉 D.以上都有
三、判断题〔正确/,错误X〕
1. MTO合成路线是以天然气或煤为主要原料，制备合成气，合成气再转化成甲醇
然后经甲醇生产烯烃的路线，完全不依赖于石油。〔/〕
2. 石油烃热裂解中不采用抽真空降总压的方式是因为经济上不合理。(x)
3. 压缩和冷冻系统的任务是加压、降温，以保证别离过程顺利进展。（/）
4. 甲醇合成反响的原料中含有一定量的二氧化碳，可以增高反响峰值温度。〔x〕
5. 裂解原料中，氢含量越高，乙烯收率越高。〔x〕
6. 芳构化反响的烷烃异构化及环化脱氢反响都是吸热和体积增大的反响。〔x〕
7. 硫化氢可使中温变换催化剂暂时中毒、低温变换催化剂永久中毒。〔〕
8. 低温甲醇洗法脱碳中，向原料气体中参加少量甲醇，目的是防止冷凝的水在低温下结冰堵塞管道。〔/〕
9. 甲烷化过程是在一定温度、压力和催化剂作用下完成CH「H 2O ==CO+H 2反响。
〔x 〕
10. 在以铜氨液法净化合成氨原料气工艺中，铜氨液吸收一氧化碳能力随吸收溶液温度的提高而增加。〔X 〕
11. 热钾碱法脱碳溶液中参加活化剂的目的是提高碳酸钾溶液吸收二氧化碳的速度。E〕
12. 氨合成工序，放空气的排放，应设在惰性气含量高、氨含量较低的部位。〔〕
13. 以煤为原料采用固定床制气的气化过程中，在不致使炉结疤的前提下，为提高反响速度和提高CO含量，反响应尽量在较高温度下进展。〔〕
14. 浓氨水吸收二氧化碳是放热反响，碳化塔冷却水箱的作用是及时移出反响热，以有利于碳酸氢铵的生产。〔/〕
15. 石油中主要含烯烃、环烷烃和芳烃，一般不含烷烃。〔X〕
16. 合成甲醇时原料气中有二氧化碳，可降低二甲醚的生成。〔〕
17. 乙烯生产乙醛的过程中有氧气参与，但金属钯的氧化不需要氧。〔/〕
18. 生物质的加工方法有：发酵，水解。〔〕
19. 低温变换催化剂的活性组分是氧化铜，使用前可用H2或CO将其复原。〔/〕
20. 脱硫液再生时参加的空气量越大，溶液再生越彻底，能到达降低碳酸钠消耗的目的"〕
21. 饱和热水塔的水循环量越大，饱和塔出的气体温度会越高，外供蒸汽越少，有利于节能。〔〕
22. 热碳酸钾溶液中参加活化剂的目的是提高碳酸钾溶液吸收二氧化碳的速度。
E〕
23. 影响氨合成的工艺条件有：温度、压力、空速、氢氮比、惰性气含量和初始氨含量。当其它条件一定时，进塔气体中氨含量越高，氨净值越小，生产能力越低。
〔〕
24. 灰熔聚气化工艺流程包括：水煤浆的制备及输送，气化过程，废热回收，煤气冷却等局部。〔〕
四、简答题。
1. 裂解气深冷别离为何采用多段压缩技术？
答：裂解气经压缩后，不仅会使压力升高，而且气体温度也会升高，为防止压缩过程温升过大造成裂解气中双烯烃尤其是丁二烯之类的二烯烃在较高的温度下发生大量的聚合，以至形成聚合物堵塞叶轮流道和密封件，裂解气压缩后
的气体温度必须要限制，压缩机出温度一般不能超过1 °C,在生产上主要是通过裂解气的多段压缩和段间冷却相结合的方法来实现。采用多段压缩可以节省压缩做功的能量，效率也可提高，根据深冷别离法对裂解气的压力要求及裂解气压缩过程中的特点，目前工业上对裂解气大多采用三段至五段压缩。同时，压缩机采用多段压缩可减少压缩比，也便于在压缩段之间进展净化与别离，
2. 试举例说出芳烃转化时发生了哪几种类型的化学反响，写出反响方程式。
答：〔1〕脱烷基化反响一以甲苯加氢脱烷基制苯为例
甲苯加氢脱烷基制苯是20世纪60年代以后，由于对苯的需要量增长很快，为了调整苯的供需平衡而开展起来的增产苯的途径之一。
主反响如下所示。
副反响
〔2〕芳烃的歧化与烷基转移
芳烃的歧化是指两个一样芳烃分子在酸性催化剂作用下，一个芳烃分子上的侧链烷基转移到另一个芳烃分子上去的反响，例如
烷基转移反响是指两个不同芳烃分子之间发生烷基转移的过程，例如
〔3〕C8芳烃的异构化
〔4〕芳烃的烷基化
3. 乙烯氧化生产环氧乙烷时为什么要参加抑制剂"
答：乙烯直接氧化过程中，如何抑制深度氧化的产生，以提高环氧化物的选择性，是一个关键问题。生产中除采用优良催化剂，控制适宜的转化率以及有效移走反响热外，在反响系统中还使用适量的副反响抑制剂。
4. 写出合成气制甲醇的主反响及主要副反响方程式。
答：
主反响：
CO +2H 2 一^ CH 3OH
当有二氧化碳存在时，二氧化碳按以下反响生成甲醇:
CO 2 + % CO + H 2O
CO + 2H 2―土 CH 3OH
两步反响的总反响式为：
CO 2 + 3H2 —- CH 3OH+ H 2O
副反响：
〔1〕平行副反响
CO + 3H —
2
—CH
4
+ H2O
2CO + 2H __
—CO
+ CH
2

24
4CO + 8H =
—C
H OH+3 H O
2
4
92
2CO + 4H =
—CH
OCH + H O
2332

当有金属铁、钻、镍等存在时，还可以发生生碳反响。
〔2〕连串副反响
2CH y —CH 3OCH 3 + H2O
CH 3OH + nCO +2nHH 2+1 CH 2OH + nH 2O
CH 3OH + nCO +2〔n-1〕H 2 H 2 +1 COOH + Cn-1：H 2O
5. 简述热碳酸钾法脱除二氧化碳的原理？
答：
6. 简述温度、蒸汽用量对CO平衡变换率的影响。
7. 简述栲胶法脱硫工艺流程。
8. 分析停留时间与裂解温度的关系。
答：停留时间的选择主要取决于裂解温度，当停留时间在适宜的围，乙烯的生成量较大，而乙烯的损失较小，即有一个最高的乙烯收率称为峰值收率。不同的裂解温度，所对应的峰值收率不同，温度越高，乙烯的峰值收率越高，相对应的最适宜的停留时间越短，在一定的反响温度下，每一种裂解原料，都有它最适宜的停留时间，如裂解原料较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可选择稍长一些。
9. 从热力学的角度分析合成甲醇的工艺条件。
答：（1）反响温度和压力
从热力学分析，合成甲醇是体积缩小的反响，增加压力有利于甲醇平衡产率的提高，另一方面，压力升高的程度与反响温度有关，反响温度较高时，如Zn-Cr催化剂，则采用的压力也较高（30MPa），当反响温度较低时，如Cu-Zn-Al催化剂，则压力可降低至5〜10MPa 。工业合成甲醇从高压法转向低压法是合成甲醇技术的一次重大突破，使得合成甲醇工艺大为简化，操作条件变得温和，单程转化率也有所提高。但从整体效益来看，当日产超过20t时，由于处理的气体量大，设备相应庞大，不紧凑，带来制造和运输的困难，能耗也相应提高。故提出中压法，操作压力为10〜15MPa 。温度在230〜350 °C，其投资费和总能量费用可以到达最低限度。
⑵空速
从理论上讲空速高，反响气体与催化剂接触的时间短，转化率相应降低，而速低，转化率相应提高。对合成甲醇来说，由于副反响多，空速过低，促进副反响增加，降低合成甲醇的选择性和生产能力。当然空速过高也是不利的，甲醇含量太低，增加产品的别离困难。选择适当的空速是有利的，可提高生产能力，减少副反响，提高甲醇
产品的纯度。
⑶合成甲醇原料气配比
H2/CO的化学计量比摩尔比)为2:1,而工业生产原料气除H2和CO夕卜，还有一定量的CO 2,2 常用H 2-CO 2 / (CO+CO 2)= 2.1±0. 1作为合成甲醇的新鲜原料气组成，实际上进人
合成塔之的混合气中H2/CO之值总是大于2。而实际进入合成塔的混合气中H2/CO>>2。2
其原因是，氢含量高可提高反响速率；降低副反响的发生；氢气的导热系数大，有利于反响热的导出，易于反响温度的控制。
此外，原料气中含有一定量的CO 2，可以减少反响热量的放出，利于床层温度控制，同时还能抑制二甲醚的生成。 2
原料气中除H2、CO和CO 2外，还有CH 4和Ar气等惰性气体，虽然新鲜气中它们的含量很少，由于循环积累的结果，其总量可达15 %〜20 %，使H2和CO的分压降低，导致合成甲醇转化率降低，为保持一定量的惰性气体，须排放一定量的循环气，造成原料气的浪费。
10. 乙烯生产环氧乙烷的原料配比中为什么要严格控制乙炔的含量？
答：在乙烯直接氧化过程中，乙炔是非常有毒的杂质，乙炔于反响过程中发生燃烧反响，产生大量的热量，使反响温度难以控制在反响条件下，乙炔还可能发生聚合而粘附在银催化剂外表、发生积炭而影响催化剂活性，要严格控制乙炔的含量。
11. 简述影响变换反响平衡组成的因素。
12. 简述空速对氨合成生产强度的影响。
答：空间速度直接影响氮合成系统的生产能力，空速太小，生产能力低，不能完成生产任务。空速过高，减少了气体在催化剂床层的停留时间，合成率降低，循环气量要增大，能耗增加，同时气体中氨含量下降，增加了别离产物的困难。过大的空速对催化剂床层稳定操作不利，导致温度下降，影响正常生产。故空速的选择〜般根据合成压力、反响器的构造和动力价格综合考虑。低压法常取50〜1h -1中压法取150 - 3h -1，而高压法可达6h -1。
五、计算题
1. 利用标准自由焓计算裂解反响
C2H 6 *-C2H 4+H 2
在10 oK下进展反响的平衡常数Kp和平衡转化率*〔裂解反响按常压处理〕。
标准自由焓：
H 2： 0. kJ/mol
C2H 6： 109.22 kJ/mol
C2H 4： 118.09 kJ/mol
2. 在*生产过程中，浓度为0.50mol/L的硫酸水溶液，以1.25m 3/min的流速进
入设备，溶液比重为1.03kg/L。
计算：a、硫酸的质量浓度kg/m 3； b、硫酸的质量流速kg/s ;
c、硫酸的质量分数kg/kg ; d、硫酸的摩尔分数mol/mol ; e、溶液的摩尔流速。
答：a〕质量浓度=0.5 x 10 x 98=490g/m3=49kg/m 3
b〕质量流速=1.25 x 1.03 x 10 3/60=21.46kg/s
c〕质量分数=49/1.03 x 10=4.757%
d〕摩尔分数=0.5/〔0.5+〔 1.03 X 10 3 - 49〕/18〕=0.909%
e〕摩尔流速=0.5 x 10 x 1.25/60=10.417mol/s
3、在裂解炉入气态烃混合物为20kg/h ，参加反响的原料为10 kg/h。
裂解后得到乙烯840 kg/h，以通入原料计，求乙烯收率和选择性。
答：忽略反响物与生成物之间的分子量变化，则有:
参加反应的反应物量
单程转化率=进入反应器的反应物量X 1%
10
=20 X 1%
= 50%
生成目的产物所消耗的原料量
单程收率=进入反应器的原料量X 1%
840
=20 x1%=42%
生成目的产物所消耗的原料量
产率〔或选择性］=参加反应的原料量X 1%
=单程收率！单程转化率
= 42% ^ 50%
=84 %
或者：
生成目的产物所消耗的原料量
产率〔或选择性］=参加反应的原料量X 1%
840=10 x1%
=84 %
六、画出热碳酸钾法脱除二氧化碳的一段吸收、一段再生流程。注明设备名称及其作用。
吸收塔作用：在该容器完成气体中的二氧化碳溶解在溶液中并和碳酸钾反响生成碳酸氢钾的过程。
再生塔的作用：在一定的温度下，碳酸氢钾溶液再生转化为碳酸钾，使溶液重新具有吸收能力。