化工工艺学完美打印版

第一章绪论

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4化工生产的起始原料主要有矿物资源，生物资源，空气和水四类。化学工业中，设备投资所占比例最大的是产品提纯设备。一个化学生产过程，可分为原料预处理，化学反应，产品分离与精制三个步骤。天然气主要由甲烷，乙烷，丙烷和丁烷组成。

第二章化学工艺基础

1用原油炼制燃料油，一次加工时，原油首先经过的加工设备是常压塔。

2常压蒸馏和减压蒸馏是对石油的一次加工。

3汽油品质最重要的指标是辛烷值。

4在石油催化裂化中，正碳离子中最容易断裂的键是β键。

5石油一次加工过程的主要任务是将原油分离成不同沸点范围的馏分，所用的设备是常压蒸馏塔，减压蒸馏塔。

6常，减压蒸馏塔获得的产品都是混合物。

7原油经过初馏塔，从初馏塔塔顶蒸出的轻汽油，也称石脑油。

8原油在蒸馏前，一般经过脱盐脱水处理。

第三章烃类热裂解

1石油中所含烃类有烷烃，环烷烃和芳香烃。

2石油裂解制取乙烯等所用的反应器是管式裂解炉。

3按顺序深冷分离法分离裂解气，裂解气首先进入的设备（塔）是甲烷塔。

4烃类热裂解的后续深冷分离工序之前，要进行裂解气的净化，主要包括：脱除酸性气体，脱水和脱炔三步。

5工业上控制石油深度的措施是控制停留时间。

6裂解气分离的工艺采用用深冷分离法，其中甲烷塔技术含量最高。

7裂解原料的含氢量越高，裂解产物中乙烯收率越高。

第四章芳烃转化过程

1工业上已用于苯烷基化工艺的催化剂是酸性催化剂。

第五章合成气的生产过程

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5合成气的CO变换的主要目的是使CO变成CO2便于除去。通过CO变换可产生更多氢气和降低CO含量.干法脱硫中，能把大部分有机硫转化为无机硫的方法是钴—钼加氢法。合成气净化过程中的脱碳是指去除CO2

为了脱除合成气中极少的残渣，最适合的脱硫法措施是氯化锌法。

第六章加氢与脱氢过程

1可使合成氨催化剂永久性中毒的是二氧化硫。

2N2与H2合成氨所用的催化剂是Fe3O4。

3用于氨合成的熔铁催化剂，必须升温还原活化。

4不论是脱氢反应或是断链反应，都是热效应很大的吸热反应。

5氨合成塔的设计的原理是套筒设计，里层耐高温，外层耐高压。

第七章烃类选择性氧化

1乙烯直接氧化生产环氧乙烷所用的催化剂为Ag。

2乙烯与空气可生成环氧乙烷，反应方程式为CH2=CH2+0.5O2=C2H4O

3丙烯氨和空气反应生成丙烯腈，反应方程式为CH2=CHCH3+NH3+1.5O2=CH2=CHCN+3H2O

4固定床反应器常用于气固非均相类型的反应。

5目前，工业上生产苯乙烯的主要生产方法是乙苯脱氢法，工业上生产环氧乙烷的主要生产方法是乙烯的环氧化法，工业上生产丙烯腈的主要方法是丙烯氨氧化法。

6丙烯氨氧化制丙烯腈是一强放热反应，反应温度较高，工业上大多采用流化床反应器。7丙烯氨氧化制丙烯腈工艺流程回收部分设置急冷器，是为了防止丙烯腈，HCN等副产物聚合。

简答题

1烃类热裂解制乙烯过程中，结焦和生炭的机理有何不同？

答：结焦是在较低的温度下（〈1200K〉通过芳烃缩合而成；生碳是在较高的温度下(>1200K)通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠合的碳原子。

2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：(1)降低烃分压，有利于一次反应，抑制二次反应。

(2)水蒸气的热容较大，水蒸气升温时虽然耗热较多，但能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管。

(3)易于从裂解产物中分离，对裂解气的质量无影响，且水蒸气便宜易得。

(4)可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用。水蒸气在高温下与裂解管中沉积的焦碳发生反应。C+H2O=H2+CO实际对炉管起清焦作用。

(5)水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，使金属表面的铁、镍形成氧化薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用

3在裂解气的深冷分离流程中，乙烯损失的主要部位有那几处？

答：（1）冷箱尾气中带出损失；

（2）乙烯塔釜液乙完中带出损失；

（3）脱乙烷塔釜液C3馏分中带出损失；

（4）压缩段间凝液带出损失。

4对裂解气进行深冷分离包括那三大部分？每部分作用是什么？裂解气为什么要进行压缩？为什么要分段压缩？

答：（1）气体净化系统——脱酸性气体、脱水、脱炔、脱一氧化碳。

压缩和冷冻系统——加压降温。

精馏分离系统——精馏塔、分离甲烷、乙烯、丙烯、C4馏分及C5馏分。

（2）裂解气压缩的目的是：①使分离温度不太低

②少耗冷量。

（3）分段压缩的原因：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。

5工业上苯的来源主要有哪五种？

答：（1）从炼焦副产粗笨中获取;

（2）从裂解汽油中获取;

（3）从重整汽油中获取;

（4）从甲苯岐化获取;

（5）甲苯加氢脱甲基获取。

6写出“三烯”“三苯”的主要来源。

答：（1）“三烯”主要来源：主要来源于石油（炼厂气分离，烃类热裂解制备）；

（2）“三苯”主要来源：石油、天然气和煤（从炼焦副产粗苯中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取）。

7天然气水蒸气转化生产合成气过程为何分二段进行？

答:一段生产无法达到对天然气转化的要求：残余甲烷含量低于0.5%，H2/N2=3/1。二段转化可以满足上述要求，同时还可以提供后续合成所需氮气。

8天然气—水蒸汽转化工艺回答下列问题：为何要向二段转化器中引入经预热器至450度左右的空气？此工艺的压力为何选3MPa？

答:引入经预热器至450度左右的空气降低二段转化的热负荷，提高二段转化催化剂的利用率。选3MPa有三大优点：可以节省压缩功消耗；提高过量蒸汽余热的利用价值；可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。

9氧化脱氢法与催化剂脱氢法相比有哪些优点。

答：①氧化脱氢反应温度较低；

②通常脱氢是吸热反应，而氧化脱氢却是放热的，可省去原先的供热设备；

③由于催化剂在较低温度和氧气气氛下工作，结焦极少，所以催化剂可以长期运转；④在通常脱氢反应中，压力对平衡转化率有很大影响，但在氧化脱氢时，压力影响甚微，所以减压或用水蒸气稀释并非一定必要；

⑤由于反应温度较低，有可能让转化率及选择性都获得提高。而在通常的脱氢法中，升高温度转化率可以提高，但选择性因副反应激烈往往是下降的。

10乙苯催化脱氢合成苯乙烯工艺中脱氢部分用那两种类型的反应器，各有哪些优缺点。

答：分为：等温反应器和绝热反应器。

●等温反应器：

优点：是出口温度高于进口，对动力学、热力学有利：采用等温反应器脱氢，乙苯转化率选择性都好，另外水仅作为稀释，用量为绝热的1/2。

缺点：是结构复杂，成本高；

●绝热反应器：

优点：是简单，生产能力大，成本低。

缺点：出口温度低于进口影响转化率，因此绝热反应器脱氢，不仅转化率较低，选择性也较低。

11合成氨与合成甲醇有哪些相似的地方？

答：原料路线相似、制气方法相似、净化工艺大部分相似、合成工艺原理、生产方法基本相同、公用工程基本相同。

12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：（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；

（3）氧气氧化法可采用浓度较高的乙烯，反应器的生产能力比空气氧化法高；

（4）氧气氧化法的乙烯消耗定额和电力消耗比空气氧化法低。

问答题

1轻柴油热裂解制乙烯的流程回答问题：

（1）说明管式裂解炉辐射段的作用

答：管式裂解炉辐射段里装有裂解炉管和烧嘴，作用是通过烧嘴内喷出的燃料燃烧供热，使裂解炉管内的轻柴油裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃。

（2）急冷换热器有什么作用？

答：急冷换热器的作用是通过裂解气与高压热水经列管换热器间接换热，在极短的时间内（0.01~0.1s）将裂解气由约800℃下降至550~600℃，并副产8.7~12MPa的高压水蒸气。

（3）油急冷器和油洗塔有什么作用？

答：从急冷换热器出来的裂解气在油急冷器中用急冷油喷淋降温，并与裂解气一起进入油洗塔塔顶用裂解汽油喷淋冷却，使裂解气中除氢气、气态烃、水蒸气和裂解汽油以外的馏分冷凝下来。

（4）水洗塔有什么作用？

答：从油洗塔出来的裂解产物进入水洗塔，在塔的顶部和中段用急冷水喷淋使裂解气冷却并使其中一部分稀释水蒸气和裂解汽油冷凝下来。

（5）管式裂解炉和急冷换热器在何种情况下需要清焦？

答：当管式裂解炉在出现下列情况之一时应停止进料，进行清焦：

1)裂解炉辐射盘管管壁温度超过设计规定值；

2)裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值；

3)当急冷换热器出现下列情况之一时应对急冷换热器进行清焦；

4)急冷换热器出口温度超过设计值；

5)急冷换热器进出口压差超过设计值。

2.氢氨气合成氨的Kellogg流程，.回答问题：

（1）设置甲烷化气—新鲜气换热器和水冷器的目的是什么？

答：在氢氮气合成压缩机的段间设置甲烷化气-新鲜气换热器和水冷器的目的在于，氢氮气合成压缩机的进口压力为2.7MPa，而压缩机的出口压力达到15MPa，如果采用一段压缩，其压缩比过大，而导致压缩功耗过大，在采用多级（段）压缩时，当被压缩的气体冷却后，气体的体积会因温度的下降而下降，而压缩功耗与气体的体积正相关，故而达到节省压缩功的目的。

（2）放空气在放空前为什么要设置放空气氨冷器和放空分离器？

答：如果不放空，必将造成惰性气体的积累，由于在Kellogg的流程中，放空的位置选在合成塔的出口，在此位置的氨含量最高，因此，设置了氨冷器和氨分离器，将放空气中的氨回收回来，防止氨的损失。

（3）设置开工炉的目的是什么？合成塔中通入冷激气的作用。

答：在流程中设置开工炉的目的是，开工之前的氨合成催化剂处于氧化态，需要还原，将

Fe3O4用氢气还原为α-Fe，再还原的过程中，需要用开工炉将还原的氢气加热到所需的还原温度，此外，还原完毕后，需要将氢氮气经开工炉加热到所需温度后，进入反应器的催化床层，待反应正常后，再关闭开工炉。氢氮气合成氨的反应是放热反应，在Kellogg流程中，氨合成塔采用绝热式反应器，为了控制反应温度，防止床层飞温而烧坏催化剂需要将冷的氢氮气通入反应器的各反应段间，使从反应床层的气体降温冷却，从而达到控制反应温度的目的。