化学工艺学.docx
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化学工艺学
化学工艺学
第一章
1化学工艺学定义、化学工艺学研究范畴、化学工艺学与工程的关系？
答：
化学工艺学是将化学工程学的先进技术运用到具体的生产过程中，以化工产品为目标的过程技术。
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，他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，特别释放大中的效应。
化学工艺学与化学工程学都是化学工业的基础科学。
化学工艺与化学工程相配合，可以解决化工过程开发、装置设计、流程组织、操作原理及方法方面的问题；此外，解决化工生产实际中的问题也需要这两门学科的理论指导。
2现代化学工业的特点？
答：
特点是：
（1）原料、生产方法和产品的多样性和复杂性；
（2）向大型化、综合化，精细化发展；（3）多学科合作、技术密集型生产；（4）重视能量的合理利用，积极采用节能工艺和方法；（5）资金密集，投资回收速度快，利润高；（6）安全与环境保护问题日益突出。
1.生产磷肥的方法是哪两类？
答：
生产磷肥的两种方法是：
（1）酸法它是用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。
硫酸与磷矿反应生成磷酸和硫酸钙结晶，
（2）热法利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。
2、 石油的主要组成是什么？
答：
石油的化合物可以分为烃类、非烃类以及胶质和沥青三大类。
烃类即碳氢化合物，在石油中占绝大部分。
非烃类指含有碳、氢及其他杂原子的有机化合物。
第二章
1.化工生产过程包括哪些？
答：
化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制。
2、化工生产过程的定义及工艺流程图是什么？
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。
工艺流程多采用图示方法来表达，称为工艺流程图。
5、进行工艺流程设计常用的三种方法是什么？
答：
三种方法是：
推论分析法、功能分析法、形态分析法。
第三章
1、结焦、生碳反应的途径如何？
答; 1.烯烃经过炔烃中间阶段而生碳2.经过芳烃中间阶段而结焦。
2、裂解反应机理如何？
答：
烃类裂解反应机理研究表明裂解时发生的基元反应大部分为自由基反应。
大部分烃类裂解过程包括链引发反应、链增长反应和链终止反应三个阶段。
链引发反应是自由基的产生过程；链增长反应是自由基的转变过程，在这个过程中一种自由基的消失伴随着另一种自由基的产生，反应前后均保持着自由基的存在；链终止是自由基消亡生成分子的过程。
3、什么是一次反应？
什么是二次反应？
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。
4、评价裂解原料性质的指标主要有哪些？
答：
①族组成——PONA值②氢含量③特性因数④关联指数（BMCI值）
5、温度-停留时间对裂解产品收率有何影响？
答：
从裂解反应的化学平衡也可以看出，提高裂解温度有利于生成乙烯的反应，并相对减少乙烯消失的反应，因而有利于提高裂解的选择性；根据裂解反应的动力学，提高温度有利于提高一次反应对二次反应的相对速度，提高乙烯收率。
从化学平衡来看，为获得尽可能多的烯烃，必须采用尽可能短的停留时间进行裂解反应；从动力学来看，由于有二次反应，对每种原料都有一个最大乙烯收率的适宜停留时间。
因此可以得出，短停留时间对生成烯烃有利。
①对于给定原料，相同裂解深度时，提高温度，缩短停留时间，可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。
②高温-短停留时间可抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低。
③高温-短停留时间可使炔烃收率明显增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的双烯烃/单烯烃的比增大。
答：
①高温裂解条件有利于裂解反应中一次反应的进行，而短停留时间又可抑制二次反应的进行。
因此，对给定裂解原料而言，在相同裂解深度条件下.高温一短停留时间的操作条件可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。
②高温一短停留时间的操作条件可以抑制芳烃生成的反应，对给定裂解原料而言，在相同裂解深度下以高温一短停留时间操作条件所得裂解汽油的收率相对较低。
③对给定裂解原料，在相同裂解深度下，高温一短停留时间的操作条件将使裂解产品中炔烃收率明显增加，并使乙烯／丙烯比及C4中的双烯烃／单烯烃的比增大。
6、裂解气预分馏的目的和任务分别是什么？
答：
裂解气预分馏的目的是：
①尽可能降低裂解气的温度；②尽可能分馏出裂解气的重组分；③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；④继续回收裂解气低能位热量。
裂解气预分馏的任务是：
①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，减少压缩分离系统的进料负荷；②大大减少污水排放量；③合理的热量回收，由急冷油回收的热量用于发生稀释蒸汽，由急冷水回收的热量用于分离系统的工艺加热。
7、裂解气的净化主要除掉哪几种组分？
为什么要除去？
答：
裂解气的净化主要除掉酸性气体（CO2，H2S和其他气态硫化物）、水、炔烃等杂质。
除去这些杂质的原因为：
这些杂质的含量虽不大，但对深冷分离过程是有害的。
对裂解气分离装置而言，CO2会在低温下结成干冰，造成深冷分离系统设备和管道堵塞，H2S将造成加氢脱炔催化剂和甲烷化催化剂中毒；对于下游加工装置而言，当氢气，乙烯，丙烯产品中的酸性气体含量不合格时，可使下游加工装置的聚合过程或催化反应过程的催化剂中毒，也可能严重影响产品质量，使产品达不到规定的标准。
原理分别如下：
⑴脱除酸性气体①碱洗法用NaOH作为吸收剂，通过化学吸收使NaOH与裂解气中的酸性气体发生化学反应，脱除酸性气体。
②乙醇胺法
用乙醇胺作为吸收剂，除去CO2和H2S，是一种物理吸收和化学吸收相结合的方法。
⑵脱水吸附法进行干燥，采用分子筛（离子型极性吸附剂）对极性分子特别是水有极大的亲和性，易于吸附。
⑶脱炔溶剂吸收和催化加氢将炔烃加氢成烷烃除去。
8、脱除酸性气体有哪2种方法？
各有什么优缺点？
答：
脱除酸性气体的方法有碱洗法和乙醇胺法两种。
碱洗法优点：
除酸彻底
缺点：
①碱不可再生，消耗量大；②适于酸含量低；③产生黄油问题；④废水处理量大
乙醇胺法优点：
①吸收剂可再生；②适用酸含量高
缺点：
①设备要求高；②吸收双烯烃，再生易聚合
9、裂解气分离流程中能耗最大的两个设备是什么？
答：
裂解气分离流程中能耗最大的两个分别是“脱甲烷”和“乙烯精馏”。
脱甲烷塔是脱除裂解气中的氢和甲烷，是裂解气分离装置中投资最大、能耗最多的环节，其冷冻功耗约占全装置冷冻功耗的50%以上。
由于乙烯塔温度仅次于脱甲烷塔，所以冷量消耗占总制冷量的比例也较大，约为38%～44%。
第四章
1、简述芳烃的的主要工业来源。
答:
芳烃最初主要来源于煤焦化工业，由于有机合成工业的迅速发展，煤焦化工业生产的芳烃在数量上、质量上都不能满足需要，逐渐发展成为以石油为原料生产石油芳烃。
石油芳烃成为芳烃的主要来源。
2、简述目前工业上实际应用的芳烃馏分的主要分离方法。
答：
芳烃馏分的分离方法主要有溶剂萃取法和萃取蒸馏法2种。
其原理分别如下：
溶剂萃取分离芳烃是利用一种或两种以上的溶剂（萃取剂）对芳烃和非芳烃选择溶解分离出芳烃。
对溶剂性能的基本要求：
对芳烃的溶解选择性好、溶解度高；与萃取原料密度差大；蒸发潜热与热容小、蒸汽压小；有良好的化学稳定性与热稳定性、腐蚀性小。
萃取蒸馏是利用极性溶剂与烃类混合时，能降低烃类蒸汽压使混合物初沸点提高的原理而设计的工艺过程，由于此种效应对芳烃的影响最大，对环烷烃的影响次之，对烷烃的影响最小，这样就有助于芳烃和非芳烃的分离。
答：
芳烃馏分都是由芳烃和非芳烃组成的混合物，目前工业上实际应用的主要是溶剂萃取法和萃取蒸馏法。
溶剂萃取法：
从宽馏分中分离苯、甲苯、二甲苯
萃取蒸馏法：
从窄馏分中分离纯度高的单一芳烃
3、简述芳烃转化的化学反应。
答：
1、芳烃的脱烷基化2、芳烃的歧化与烷基转移3、C8芳烃的异构化4、芳烃的烷基化
4、简述C8芳烃的分离方法。
答：
4种C8芳烃的分离方法如下：
①邻二甲苯的分离
沸点最高，与关键组分对二甲苯的沸点相差5.3℃精馏法分离。
②乙苯的分离
沸点最低，与关键组成对二甲苯的沸点仅差2.2℃精馏分离耗能大，在异构化装置中转化回收。
③对、间二甲苯的分离
由于对二甲苯与间二甲苯的沸点差只有0.75℃，难于采用精馏方法进行分离。
目前工业上采用的方法主要有深冷结晶分离法、络合萃取分离法、模拟移动床吸附分离法。
第五章
1、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？
答：
固定床间歇式气化制水煤气法：
优点是只用空气不用纯氧，成本和投资费用低。
固定床连续式气化制水煤气法：
优点是可连续制气，生产强度较高，而且煤
气质量也稳定。
流化床连续式气化制水煤气法：
优点是提高了单炉的生产能力，同时适应了采煤技术的发展，直接使用小颗粒碎煤为原料，并可利用褐煤等高灰分煤。
气流床连续式气化制水煤气法：
优点是扩散速率和反应速率均相当高，生产强度非常大，碳的转化率很高。
通过以上可以看出较先进的方法是固定床连续式气化制水煤气法、流化床连续式气化制水煤气法和气流床连续式气化制水煤气法。
2.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？
答：
变换反应的温度最好沿最佳反应温度曲线变化，反应初期，转化率低，最佳温度高；反应后期，转化率高，最佳温度低，但是CO变换反应是放热的，需要不断地将此热量排出体系才可能使温度下降。
在工程实际中，降温措施不可能完全符合最佳温度曲线，变换过程是采用分段冷却来降温，即反应一段时间后进行冷却，然后再反应，如此分段越多，操作温度越接近最佳温度曲线。
应特别注意的是，操作温度必须控制在催化剂活性温度范围内，低于此范围，催化剂活性太低，反应速率太慢；高于此范围，催化剂易过热而受损，失去活性。
反应器分段太多，流程和设备太复杂，过程上并不合理，也不经济。
具体段数由水煤气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，一般2-3段即可满足高转化率的要求。
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和水蒸气或冷凝水冷激式多段绝热反应器。
3.一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？
答：
铁铬系变换催化剂：
其化学组成以Fe2O3为主，促进剂有Cr2O3和K2CO3，反应前还原成Fe3O4才有活性。
适用温度范围300～530℃。
该类催化剂称为中温或高温变换催化剂，因为温度较高，反应后气体中残余CO含量最低为3%～4%。
铜基变换催化剂：
其化学组成以CuO为主，ZnO和Al2O3为促进剂和稳定剂，反应前也要还原成具有活性的细小铜晶粒。
该类催化剂另一弱点是易中毒，所以原料气中硫化物的体积分数不得超过0.1×10-6。
铜基催化剂适用温度范围180～
260℃，称为低温变换催化剂，反应后残余CO可降至0.2%～0.3%。
铜基催化剂活性高，若原料气中CO含量高时，应先经高温变换，将CO降至3%左右，再接低温变换，以防剧烈放热而烧坏低变催化剂。
钴钼系耐硫催化剂：
其化学组成是钴、钼氧化物并负载在氧化铝上，反应前将钴、钼氧化物转变为硫化物（预硫化）才有活性，反应中原料气必须含硫化物。
适用温度范围160～500℃，属宽温变换催化剂。
其特点是耐硫抗毒，使用寿命长。
4、工业上气体脱硫有哪些方法，各使用于什么场合？
答：
脱硫有干法和湿法两大类。
干法脱硫又分为吸附法和催化转化法：
吸附法是采用对硫化物有强吸附能力的固体来脱硫，吸附剂主要有氧化锌、活性炭、氧化铁、分子筛等；催化转化法是使用加氢脱硫催化剂，将烃类原料中所含的有机硫化合物氢解，转化成易于脱除的硫化氢，再用其他方法除之。
湿法脱硫剂为液体，一般用于含硫高、处理量大的气体的脱硫。
按其脱硫机理的不同又分为化学吸收法、物理吸收法、物理-化学吸收法和湿式氧化法。
化学吸收法是常用的湿式脱硫工艺。
有一乙醇胺法（MEA）、二乙醇胺法
（DEA）、二甘醇胺法（DGA）、二异丙醇胺法（DIPA）、以及近年来发展很快的改良甲基二乙醇胺法（MDEA）。
物理吸收法是利用有机溶剂在一定压力下进行物理吸收脱硫，然后减压而释放出硫化物气体，溶剂得以再生。
主要有冷甲醇法（Rectisol），此外还有碳酸丙烯酯法（Fluar）和N-甲基吡啶烷酮法（Purisol）等等。
冷甲醇法可以同时或分段脱除H2S、CO2和各种有机硫，还可以脱除HCN、C2H2、C3及C3以上气态烃、水蒸气等，能达到很高的净化度。
物理-化学吸收法是将具有物理吸收性能和化学吸收性能的两类溶液混合在一起，脱硫效率较高。
常用的吸收剂为环丁砜-烷基醇胺（例如甲基二乙醇胺）混合液，前者对硫化物是物理吸收，后者是化学吸收。
湿式氧化法脱硫的基本原理是利用含催化剂的碱性溶液吸收H2S，以催化剂作为载氧体，使H2S氧化成单质硫，催化剂本身被还原。
再生时通入空气将还原态的催化剂氧化复原，如此循环使用。
湿式氧化法一般只能脱除硫化氢，不能或只能少量脱除有机硫。
最常用的湿式氧化法有蒽醌法（ADA法）。
第六章
1、加氢反应规律如何？
答：
催化加氢反应是放热反应过程，由于有机化合物的官能团结构不同，加氢时放出的热量也不同。
影响加氢反应的因素有温度、压力以及反应物中氢的用量。
答：
催化加氢反应是可逆放热反应。
绝大多数的加氢反应平衡常数值都非常大，可看作为不可逆反应。
由于加氢反应是放热反应，其热效应△H<0，所以加氢反应的平衡常数Kp随温度的升高而减小。
加氢反应是分子数减少的反应，即加氢反应前后化学计量系数的变化△v<0，因此，增大反应压力，可以提高Kp值，从而提高加氢反应的平衡产率。
从化学平衡分析，提高反应物H2的用量，可以有利反应向右进行，以提高其平衡转化率，同时氢作为良好的载热体，及时移走反应热，有利于反应的进行。
但氢用量比也不能过大，以免造成产物浓度降低，大量氢气的循环，既消耗了动力，又增加了产物分离的困难。
对于热力学上十分有利的加氢反应，可视为不可逆反应，温度升高，反应速率常数k也升高，反应速率加快。
但温度升高会影响加氢反应的选择性，增加副产物的生成，加重产物分离的难度，甚至催化剂表面积炭，活性下降。
对于可逆加氢反应，反应速率常数k随温度升高而升高，但平衡常数则随温度的升高而下降。
其反应速率与温度的变化是:
当温度较低时，反应速率随温度的升高而加快，而在较高的温度下，平衡常数变得很小，反应速率随温度的升高反而下降，故有一个最适宜的温度，在该温度下反应速率最大。
提高氢分压和被加氢物质的分压均有利于反应速率的增加
一般总是采用氢过量。
氢过量不仅可以提高被加氢物质的平衡转化率和加快反应速率，且可提高传热系数，有利于导出反应热和延长催化剂的寿命。
但氢过量太多，导致产物浓度下降，增加分离难度。
2.合成氨生产中影响氨平衡浓度的因素有哪些？
答：
温度、压力、氢氮比和惰性气体含量
答：
①温度和压力温度降低或压力增高，都能使平衡常数及相应的平衡氨含量增大；②氢氮比当氢氮比为3时，平衡氨含量最大；③惰性气体惰性气体会使平衡氨含量明显下降。
3.惰性气体对氨合成反应的平衡浓度及反应速率的影响。
答：
惰性气体含量增加，会使反应速率下降，也使平衡氨浓度降低。
4、简述乙苯脱氢制苯乙烯生产过程中温度和空速对选择性的影响。
答：
乙笨脱氢反应是可逆吸热反应，温度升高有利于平衡转化率提高，也有利于反应速率的提高。
而温度升高也有利乙苯的裂解和加氢裂解，结果是随着温度的升高，乙苯的转化率增加，二苯乙烯的选择性下降。
而温度降低时，副反应虽然减少，有利于苯乙烯选择性的提高，但因反应速率下降，产率也不高。
乙苯脱氢反应是个复杂反应，空速低，接触时间增加，副反应加剧，选择性显著下降，故需采用较高的空速，以提高选择性，虽然转化率不是很高，末反应的原料气可以循环使用，必然造成能耗增加，因此需要综合考虑，选择最佳空速。
第七章
一、附图为丙烯氨氧化制丙烯腈工艺流程.请你回答下列题.
1.该工艺流程分为哪几部分?
答：
主要有三个部分，即丙烯腈合成部分、产品和副产品的回收部分、精制部分。
2.空气经过怎样的预处理?
答：
除尘、压缩。
空气经过过滤器去除灰尘和杂质后，用透平压缩机加压，在空气预热器与反应器出口物料进行热交换，预热。
3.空气、丙烯、氨应有怎样的配比?
答：
丙烯：
氨：
空气=1:
1:
10.2（摩尔比）
4.7#设备为何装置,有何特点和作用?
答:
7#设备为氨中和塔，也称急冷塔。
该设备的主要作用是除去氨，采用硫酸中和法，中和的过程也是反应物料的冷却过程，反应物料经急冷塔除去反应氨并冷却到40℃左右后，就进入回收系统。
5.9#设备的作用是什么?
答：
萃取精馏塔主要作用是分离丙烯腈和乙腈。
因为丙烯腈和乙腈的相对挥发度很接近，难于用一般的精馏方法分离，工业上用萃取精馏以水作萃取剂，以增大它们的相对挥发度。
在萃取塔塔顶蒸出氢氰酸和丙烯腈与水的共沸物，乙腈残留精馏塔釜。
6.15#设备为何塔?
答：
15##设备为丙烯腈精制塔。
主要作用是分离水和高沸点杂质。
在丙烯腈精制塔塔顶蒸出的是丙烯腈和水的共沸物，并含有微量丙烯醛、氢氰酸等杂质，经冷却、冷凝和分层后，油层丙烯腈回流入塔，水层分出。
成品聚合级丙烯腈自塔上部侧线出料。
7、丙烯氨氧化生产丙烯腈工艺流程主要包括哪几个部分？
请在图中画出。
8、丙烯氨氧化的主、反应有哪些？
附图：
丙烯氨氧化生产丙烯腈工艺流程示意图
1一空气压缩机；2一丙烯蒸发器；3一氨蒸发器；4一反应器；5一热交换器；6一冷却管补给水加热器；7一氨中和塔；8一水吸收塔；9一萃取精馏塔；10乙腈塔；11一贮罐；12.13—分层器14一脱氰塔:
15一丙烯腈
第八章
1、羰化反应如何分类？
答：
包括二大类：
不饱和化合物的羰化反应和甲醇的羰化反应。
不饱和化合物的羰化反应包括：
（1）烯烃的氢甲酰化
（2）烯烃衍生物的氢甲酰化
（3）不饱和化合物的氢羧基化
（4）不饱和化合物的氢酯化反应
（5）不对称合成某些结构的烯烃进行羰基合成反应能生成含有对映异构体的醛。
甲醇的羰化反应包括：
（1）甲醇羰化合成醋酸
（2）醋酸甲酯羰化合成醋酐
（3）甲醇羰化合成甲酸
（4）甲醇羰化氧化合成碳酸二甲酯、草酸或乙二醇
2、工业上采用的羰基合成催化剂有哪些，各有何特点？
答：
迄今为止，工业上采用的羰基合成催化剂，其中心原子只有钴和铑。
未经改性的羰基钴作催化剂，需要苛刻的反应条件，工业上采用的反应压力高达30MPa。
经配体改性后，反应压力可以降低，但催化剂活性下降很多，反应生成醛的选择性亦发生变化，故限制了其应用范围。
未改性的羰基铑同样需要高的反应压力，并且产物的区域选择性很差，未能在工业上采用。
经配体改性的羰基铑催化剂，反应条件缓和，在催化剂浓度很低的情况下，即有满意的反应速度，产物的化学选择性和区域选择性都大大优越于钴。
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