372#化工工艺学.docx

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372#化工工艺学

化工工艺学试题

（1）

一、填空：

1.目前工业上对、间二甲苯的分离方法有-----低温结晶分离法----------------、--------络合分离法---和---模拟移动床吸附法-----------三种。

2.乙苯催化脱氢合成苯乙烯时脱氢部分常用------多管等温型反应器-------和----绝热型反应器-----两种类型反应器。

3、催化加氢反应所用的催化剂以催化剂的形态分有--金属催化剂-----、-----骨架催化剂-----、------金属氧化物------、-------金属硫化物------、-----金属络合物-----五种？

二、简答

1、煤的干馏和煤的气化的定义。

将煤隔绝空气加热，随着温度的升高，煤中有机物逐渐开始分解，其中挥发性物质呈气态逸出，残留下不挥物性产物主是焦炭或半焦，这种加工方法称煤的干馏。

煤、焦或半焦在高温常压或加压条件下，与气化剂反应转化为一氧化碳、氢等可燃性气体的过程，称为煤的气化。

2、什么叫烃类热裂解？

答：

烃类热裂解法是将石油系烃类原料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等）经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成分子量较小的烯烃、烷烃和其它分子量不同的轻质和重质烃类。

3、烃类热裂解的原料有哪些？

答：

最初始的原料都是石油原油,石油产品包含粗石油、轻油、煤油及重油等.1、粗石油为分馏温度较低、分子较小的成分,可做为燃料及汽油,如液化天然气（主要成份为甲烷,含少量乙烷、丙烷、丁烷、乙烯）或液化石油气（主要成份为丙烷、丁烷、丙烯、乙烯）等,也可作为溶剂,如己烷等。

2、轻油又称为石油脑,是沸点高于汽油而低于煤油的分馏混合物,可分为轻石油脑及重石油脑.石油脑经脱醇酸化反应后,可作为汽油及航空燃料油使用,轻石油脑可经媒组反应产生高辛烷质的汽油或石油化学原料,如苯、甲苯、二甲苯等,也可经裂解反应产生乙烯、丙烯、丁烯、戊烷、芳香烃及碳烟,或经由加氢裂解反应,生产汽油及液化石油气。

3、重油一般指燃料油或燃料油与柴油混合而成的中间油料.直接产品可概分为渔船用油及锅炉用燃油两种.加工处理后则可生产润滑油、柏油、石油焦、汽油、液化石油气及丙烯等产品。

所以,烃类的裂解原料是分子量相对大一些的烃类.

4、烃类热裂解过程有何特点？

①强吸热反应，且须在高温下进行，反应温度一般在750K以上；②存在二次反应，为了避免二次反应，停留时间很短，烃的分压要低；③反应产物是一复杂的混合物，除了气态烃和液态烃外，尚有固态焦的生成。

5、烃类热裂解制乙烯的分离过程中，裂解气为什么要进行压缩？

为什么要分段压缩？

答：

裂解气中许多组分在常压下都是气体，沸点很底，为了使分离温度不太底，可以适当提高分离压力。

多段压缩有如下好处：

节省压缩功；段与段中间可以进行降温，避免温度太高引起二烯烃的聚合；段与段中间也可便于进行净化和分离。

6、烃类裂解制乙烯的过程中，为什么要对裂解气进行脱酸性气体？

怎样进行脱除？

答：

酸性气体主要是指二氧化碳和硫化氢，另外还含有少量有机硫化物，这些酸性气体过多会对分离过程带来危害：

例如硫化氢会腐蚀管道和设备，使加氢脱炔催化剂中毒，使干燥用的分子筛寿命缩短，二氧化碳会结成干冰，会堵塞管道，他们对产物的进一步利用也有危害，所以必须脱除。

用碱洗法脱除；酸性气体量多时可以先用乙醇胺脱除，再用碱洗法彻底除去。

7、脱甲烷塔高压法和低压法有何优缺点？

答：

低压法分离效果好，乙烯收率高，能量消耗低。

低压法也有不利之处，如需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂。

高压法的脱甲烷塔顶温度为—96℃左右，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯冷剂即可，比甲烷冷冻系统简单。

此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投资和材质要求来看，高压法是有利的；但高压法因乙烯与甲烷相对挥发度接近而不易分离，运行能耗要高于低压法。

8、为了节省能量和简化流程，乙烯塔作了哪两项改进？

9、写出在裂解气分离中低压脱甲烷塔的塔顶需要－1400C左右的冷量，说明（或画图说明）如何获得这一级别的冷量？

10、芳烃烷基化反应中，工业生产上无水AlCl3催化剂应该怎样处理才具有活性？

11、分别写出由合成气制备甲醇、丙烯氨氧化制备丙烯腈以及过氧化氢异丙苯发生酸解的反应方程式。

12、简要回答以苯和乙烯为原料，我们怎样才能合成出苯乙烯。

以及苯乙烯在储存时应注意那些事项？

参考答案：

8、用中间再沸器的办法来回收冷量；不设第二脱甲烷塔，在乙烯塔塔顶脱甲烷，在精馏段侧线出产品乙烯，一个塔起两个塔的作用。

9、可采用甲烷、乙烯、丙烯三元复迭制冷循环，通过两个复迭换热器，使冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷就可向低于-140℃的冷量用户供冷。

或：

10、纯的无水AlCl3无催化活性，必须有助催化剂HCl或RCl同时存在，使其转化为络合物，工业生产上使用的AlCl3络合物是将无水AlCl3溶于芳烃中，并同时通入HCl（或加入少量水，使少量AlCl3水解产生HCl）配置而成芳烃·H+·AlCl4-的复合体。

AlCl3络合物催化剂活性甚高，可使反应在100℃左右进行，还具有使多烷基苯与苯发生烷基转移的作用。

但其呈强酸性，对设备、管道具有强腐蚀性。

11、CO+2H2CH3OH

C3H6＋NH3＋3/2O2→CH2=CH－CN（g）＋3H2O（g）

12、包括两步：

第一步苯与乙烯烷基化合成乙苯；第二步乙苯催化脱氢合成苯乙烯。

因苯乙烯活性高，容易聚合，因此贮存的苯乙烯要放在干燥而清洁的贮槽中，必须加阻聚剂，环境温度不宜高，保持期也不宜过长。

化工工艺学

（2）

一、填空：

1、衡量水质污染程度常用的指标是-----化学耗氧量--------和---生物耗氧量--。

2.烃类裂解制乙烯时，工业上采用吸附方式对裂解气脱水，用------分子筛---------、-----活性氧化铝-------或-------硅胶-------作吸附剂。

3、目前工业上对、间二甲苯的分离方法有----------------------------、-----------------------------和-----------------------------三种。

4、工业上常用的芳烃烷基化的烷基化剂主要有------烯烃--------和----卤代烷烃----两种，另外醇、醛、酮也可作为烷基化剂。

二、简答

1、烃类热裂解制乙烯的过程中，管式裂解炉的辐射管为什么用变径管（前细后粗）比用均径管有好处？

答：

反应初期用小管径有利于强化传热，使原料迅速升温，缩短停留时间；裂解管后部管径变粗，有利于减小烃分压，减少二次反应，而且也不会因二次反应生成的焦很快堵塞管道，因而延长了操作周期，提高了乙烯收率。

2、炔烃和烯烃在同一催化剂上加氢时，单独加氢和共同加氢时反应速

度有何不同，为什么？

答：

同一催化剂上当单独加氢是烯烃速度大于炔烃，但当共同加烃时炔烃速度大于烯烃，这是因为共同存存在时发生了吸附竞争，乙炔吸附能力最强，大部分活性中心被乙炔所覆盖，所以乙炔加氢速度快。

3、烃类热裂解制乙烯的分离过程中，裂解气为什么要进行压缩？

为什么要分段压缩？

答：

裂解气中许多组分在常压下都是气体，沸点很底，为了使分离温度不太底，可以适当提高分离压力。

多段压缩有如下好处：

节省压缩功；段间进行降温，避免温度太高引起二烯烃聚合；段间可便于进行净化和分离。

4、工业上苯的来源主要有哪5种？

答：

从炼焦副产粗笨中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取，从甲苯岐化获取或甲苯加氢脱甲基获取

5、芳烃脱烷基化有哪几种方法？

甲苯脱甲基工业化的是哪一种？

答：

①、烷基芳烃催化裂化脱烷基；②、烷基芳烃催化氧化脱烷基；③、烷基芳烃的加氢脱烷基；④、烷基苯的水蒸气脱烷基法。

甲苯脱甲基工业化的是第③种。

6、乙烯钯盐络合催化氧化过程中，由哪三个基本反应组成，写出方程式。

乙烯钯盐的络合：

钯的氧化：

氧化亚铜的氧化：

7、工业上获取丁二烯有哪三种方法？

目前主要是哪2种？

答：

（1）、从烃类热裂解制乙烯的联产物碳四馏分分离得到；

（2）、由丁烷或丁烯催化脱氢法制取；（3）、由丁烯氧化脱氢法制取。

目前主要是第一和第三种。

8、烃类热裂解制乙烯的过程中，为什么要对裂解气进行脱炔？

怎样进行脱除？

9、应当采取哪些措施，才能使多级循环制冷的能量得到合理利用？

10、芳烃烷基化反应中，工业生产上无水AlCl3催化剂应该怎样处理才

具有活性？

这种催化剂有何优缺点?

11、烃类热裂解过程中为什么常用水蒸气做稀释剂？

12、烃类热裂解制乙烯的过程中，结焦和生炭的机理有何不同？

13、烃类热裂解过程有那些工艺特点？

参考答案：

8、聚合用乙烯，为了保持聚合催化剂寿命，要严格限制乙炔含量。

在高压聚乙烯生产中由于乙炔的积累使乙烯的分压降低，所以必须提高总压力，当乙炔积累过多，乙炔分压过高，会引起爆炸，所以必须脱除少量乙炔。

其他以乙烯为原料的合成过程对乙炔的含量也有严格要求。

丙炔和丙二烯含于丙烯中，会影响以丙烯为原料的合成过程或聚合反应的顺利进行，所以丙炔和丙二烯也必须脱除。

脱除的方法是催化加氢脱乙炔或溶剂吸收法脱乙炔。

9、

（1）尽可能使各段引出的不同温度的蒸气，作不同温度级位的热剂，供工艺中相应温度级位的热量用户（如再沸器）的需要；

（2）尽可能使各段分出的不同温度的液体，作不同温度级位的冷剂，供工艺中相应温度级位的冷量用户（如冷凝器）之需要；（3）尽可能组织热交换，把液态冷剂进行过冷，在过冷状态下进行节流膨胀，能多获得供冷的低温液态冷剂，少产生气相冷剂，使节流膨胀后的气化率降低，以提高制冷能力。

10、纯的无水AlCl3无催化活性，必须有助催化剂HCl或RCl同时存在，使其转化为络合物，工业生产上使用的AlCl3络合物是将无水AlCl3溶于芳烃中，并同时通入HCl（或加入少量水，使少量AlCl3水解产生HCl）配置而成芳烃·H+·AlCl-的复合体。

AlCl3络合物催化剂活性甚高，可使反应在100℃左右进行，还具有使多烷基苯与苯发生烷基转移的作用。

但其呈强酸性，对设备、管道具有强腐蚀性。

11、水蒸气除了能降低烃分压外，还有如下优点：

热容大，能稳定炉温，保护炉管；易于分离，便宜易得；可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用；水蒸气在高温下有清焦作用；水蒸气的氧化性使金属表面的铁、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。

12、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．

13、①强吸热反应，且须在高温下进行，反应温度一般在750K以上；②存在二次反应，为了避免二次反应，停留时间很短，烃的分压要低；③反应产物是一复杂的混合物，除了气态烃和液态烃外，尚有固态焦的生成

化工工艺学考试题（3）

1、写出合成气制甲醇、甲烷化法脱CO、丙烯氨氧化制丙烯腈的化学方程式。

答：

CO+2H2CH3OH（1分）

2、描述如何实现低压脱甲烷塔塔顶-140℃的低温，注：

用丙烯、乙烯和甲烷三种制冷剂。

可采用甲烷、乙烯、丙烯三元复迭制冷循环，通过两个复迭换热器，使冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷就可向低于-140℃的冷量用户供冷。

3、说明催化裂化和烃类热裂解的异同点。

答：

相同点：

都是主要发生脱氢和断链反应；不同点：

①催化裂化温度低，裂解程度底，而烃类热裂解裂解程度高，②催化裂化主要目的是生产高辛烷值汽油，而烃类热裂解主要目的是准备乙烯、丙烯并联产丁二烯等，③催化裂化需要催化剂，烃类热裂解不需要催化剂。

4、烃类热裂解中，为何要加入水蒸气？

水蒸汽优点：

（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如下反应C+H2O=H2+CO实际上起了对炉管的清焦作用。

（5）水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，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。

5、高压和低压脱甲烷塔的优缺点。

答：

低压法分离效果好，乙烯收率高，能量消耗低。

低压法也有不利之处，如需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂。

高压法的脱甲烷塔顶温度为-96℃左右，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯冷剂即可，比甲烷冷冻系统简单。

此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投资和材质要求来看，高压法是有利的，但高压法的能耗要高。

6、描述烃类热裂解中，链烷烃、环烷烃、芳烃和烯烃的裂解规律。

答：

烷烃——正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，分子量愈小则烯烃的总收率愈高。

异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃。

随着分子量增大，这种差别就减小；环烷烃——在通常裂解条件下，环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。

含环烷烃较多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低；芳烃——无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃，主要是侧链逐步断裂及脱氢。

芳环倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。

烯烃——大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，但烯烃会发生二次反应，最后生成焦和碳。

所以含烯烃的原料如二次加工产品作为裂解原料不好。

7、写出“三烯”和“三苯”的主要来源。

答：

“三烯”主要来源：

炼厂气分离，烃类热裂解制备；“三苯”主要来源：

从炼焦副产粗笨中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取。

8、芳烃的脱烷基化有哪四种方式？

甲苯脱甲基常用哪种方式？

答：

①烷基芳烃催化裂化脱烷基，②烷基芳烃的催化氧化脱烷基，③烷基芳烃的加氢脱烷基，④烷基苯的水蒸气脱烷基法；⑤甲苯脱甲基常用第三种

9催化加氢反应用的催化剂，写出在150℃以下、150℃～200℃之间、高于250℃以及防止硫中毒各分别通常用哪一种或几种催化剂？

10、工业上苯乙烯的主要来源有哪三种？

储存苯乙烯时有哪些注意事项？

11、氯醇法生产环氧乙烷分哪两步进行？

有何优缺点？

目前环氧乙烷的主要生产方法什么？

12、简要回答以石脑油为原料，我们怎样才能合成出苯酚和丙酮。

13、什么是一碳化学？

试简要分析我国目前一碳化学的发展。

14、、烃类热裂解制乙烯的过程中，管式裂解炉的辐射管为什么用变径管（前细后粗）比用均径管有好处？

参考答案：

9、通常反应温度在150℃以下，多用Pt、Pd等贵金属催化剂，以及用活性很高的骨架镍催化剂；而在150～200℃的反应温度区间，用Ni、Cu以及它们的合金催化剂；在温度高于250℃时，多用金属及金属氧化物催化剂。

为防止硫中毒则用金属硫化物催化剂，通常都是在高温下进行加氢。

10、烃类裂解制乙烯所得副产裂解汽油中分离；乙苯脱氢法制得；以乙苯和丙烯为原料联产苯乙烯和环氧丙烷的新工艺，称为哈尔康（Halcon）法。

贮存的苯乙烯要放在干燥而清洁的贮槽中，必须加阻聚剂，环境温度不宜高，保持期也不宜过长。

11、

该法优点对乙烯纯度要求不高，反应条件较缓和，其主要缺点是要消耗大量氯气和石灰，反应介质有强腐蚀性，且有大量含氯化钙的污水要排放处理。

目前环氧乙烷的主要生产方法乙烯直接环氧化制备环氧乙烷。

12、（方法一）原油常减压蒸馏得到石脑油，石脑油热裂解并分离得到苯和丙烯，苯和丙烯烷基化得到异丙苯，异丙苯催化自氧化得到过氧化氢异丙苯，过氧化氢异丙苯酸性条件下分解得到苯酚和丙酮。

13、所谓一碳化学技术，就是将含有一个碳原子的化合物（主要是一氧化碳和甲醇）为原料，通过化学加工合成含有两个或两个以上碳原子的基本有机化工产品的技术。

对我国作为煤炭大国来说更有意义，但由于存在着经济性和原料输送等问题，本世纪我国主要原料仍将是石油，但一碳化学也将会有较大的发展。

14、反应初期用小管有利于强化传热，使原料迅速升温，缩短停留时间；裂解管后部管径变粗，有利于减小烃分压，减少二次反应，而且也不会因二次反应生成的焦很快堵塞管道，因而延长了操作周期，提高了乙烯收率．