化学工艺学复习题综述

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1、一、 简答题1. 化学工业按生产的产品分类可分为那几大类？答：化学工业按产品分类可分为如下几大类：（1） 无机化学工业。（2） 有机化学工业（3） 精细化学品工业（4） 高分子化学工业（5） 生物化工工业。2. 化学工业的主要资源包括那些？答：化学工业的主要资源包括：无机化学矿，石油，煤，天然气，生物质，再生资源，空气和水等。3. 烃类热裂解产物中的有害物质有哪些？存在哪些危害？如何脱除？答：烃类热裂解产物中的有害物质包括：硫化氢等硫化物，二氧化碳，炔烃和水。硫化氢的危害：硫化氢会腐蚀设备和管道，使干燥的分子筛的寿命缩短，使脱炔用的加氢催化剂中毒并使烯烃聚合催化剂中毒。二氧化碳的危害：在深冷分

2、离裂解气时，二氧化碳会结成干冰，堵塞管道及设备，影响正常生产；对于烯烃聚合来说，是烯烃聚合过程的惰性组分，在烯烃循环时造成积累，使烯烃的分压下降，从而影响聚合反应速度和聚合物的分子量。炔烃的危害：炔烃使乙烯和丙烯聚合的催化剂中毒。水的危害：在深冷分离时，温度可达-100，水在此时会结冰，并与甲烷，乙烷等形成结晶化合物（CH46H2O，C2H67H2O，C4H107H2O），这些结晶会堵塞管道和设备。脱除方法：硫化氢和二氧化碳用氢氧化钠碱液吸收来脱除；炔烃采用选择性加氢法来脱除。水采用分子筛干燥法脱除。4. 简述芳烃的主要来源。答：芳烃的主要来源有：（1） 从煤焦化副产煤气所得粗苯和煤焦油中提取

3、；（2） 从催化重整汽油中提取；（3） 从烃类热裂解制乙烯所得裂解汽油中提取；（4） 轻烃芳构化和重芳烃轻质化制芳烃。5. 举例说明芳烃转化催化剂有哪些？答：芳烃转化所用催化剂包括：（1） 酸性卤化物，如：AlCl3、AlBr3、BF3等路易斯酸。（2） 浸渍在载体上的质子酸，如：载于硅藻土或硅胶等载体上的硫酸、磷酸及氢氟酸等。（3） 浸渍在载体上的路易斯酸，如载于-Al2O3上的AlCl3、AlBr3、BF3、FeCl3、ZnCl2、TiCl4等。（4） 混合氧化物催化剂，如SiO2-Al2O3等。（5） 贵金属-氧化硅-氧化铝催化剂，如Pt/ SiO2-Al2O3等。（6） 分子筛催化剂，

4、如经过改性的Y型分子筛、丝光沸石和ZSM系列分子筛等。6. 工业上生产合成气的方法有哪些？其中哪种方法投资和成本最低？答：工业上生产合成气的方法有：（1） 以煤为原料的煤气化法。（2） 以天然气为原料的天然气蒸汽转化法。（3） 以重油或渣油为原料的部分氧化法。其中以天然气蒸汽转化法的投资和成本最低。7. 合成气主要工业化用途有哪些？合成气的主要工业化用途包括：（1） 合成氨；（2） 合成甲醇；（3） 合成醋酸；（4） 烯烃的羰基合成；（5） 合成天然气、汽油和柴油。8. 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：与空气氧化法相比，用氧气氧化乙烯制环氧乙烷具有

5、如下优点：（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，23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。9. 丁二烯的生产方法有哪些？答：丁二烯的工业生产方法包括：（1） 从烃类热裂解制乙烯副产的C4馏分得到。（2） 乙醇和成丁

6、二烯。（3） 由正丁烷和正丁烯脱氢得到。（4） 正丁烯氧化脱氢制丁二烯。10. 在丁二烯的生产过程中，加入水蒸气具有哪些作用？答：水蒸汽的作用包括：（1） 加入水蒸汽可以提高反应的选择性。（2） 加入水蒸汽可以提高反应速率。（3） 加入水蒸汽可以控制反应温度。（4） 加入水蒸汽可以利用水煤气反应达到清焦的作用。（5） 加入水蒸汽可以降低爆炸极限，达到防止爆炸的目的。11. 说明氨合成催化剂的组成及其作用。答：氨合成催化剂的组成包括Fe，Al2O3，K2O，CaO，MgO，SiO2等。（1） 氨氧化催化剂的活性组分是Fe，未还原时为FeO +Fe2O3，其中FeO占2438%，Fe2+/Fe3+

7、=0.5，一般在0.470.57之间，可视为Fe3O4，具有尖晶石结构。（2） Al2O3的作用：Al2O3与Fe3O4作用可形成FeAl2O4，具有尖晶石结构，当催化剂还原后，Fe3O4被还原为Fe，而未被还原的Al2O3仍保持着尖晶石结构，起到骨架作用，从而防止铁细晶的长大，使催化剂的比表面积增加，活性增加。因此，Al2O3为结构型助催化剂，氧化镁的作用与Al2O3的作用相似，也是结构型助催化剂。（3） K2O的作用：氧化钾是电子型助催化剂，在FeAl2O3催化剂中添加氧化钾后，可以使金属的电子逸出功下降，有助于氮的活性吸附。（4） CaO的作用：CaO的作用与K2O相似，也是电子型助催化

8、剂，同时，氧化钙能降低固熔体的熔点和粘度，有利于三氧化二铝和四氧化三铁固熔体的形成，提高催化剂的热稳定性。（5） Si2O的作用：二氧化硅是磁铁矿中的杂质，具有中和K2O和CaO的作用，此外，Si2O还具有提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能。12. 天然气蒸汽转化反应是体积增大的可逆反应，加压对化学平衡不利，为什么还要加压操作？答：从烃类蒸汽转化反应的平衡考虑，反应宜在低压下进行，但从20世纪50年代开始，逐渐将压力提高到3.54.0MPa下操作，现在的最高压力可达5MPa。其原因如下：（1） 可以节省压缩功耗。烃类蒸汽转化为体积增大的反应，而气体的压缩功与被压缩气体的体积成正比，所以压缩含烃原

9、料和二段转化所需的空气的功耗要比压缩转化气节省。同时由于氨是在高压下合成的，氢氮混和气压缩的功耗与压缩前后压力比的对数成正比，这就是说，合成压缩机的吸入压力越高，压缩功耗越低。尽管转化反应压力提高后，原料气压缩和二段转化所用的空气压缩机的功耗要增加，但单位产品氨的总功耗还是减少的。（2） 可以提高过量蒸汽余热的利用价值。由于转化是在过量水蒸气条件下进行的，经一氧化碳变换冷却后，可以回收原料气中大量余热。其中水蒸气的冷凝热占有相当大的比重，这部分热量与水蒸气的分压有直接关系，压力越高，水蒸汽的分压也越高，因此其冷凝温度（即露点）越高，在同一汽气比条件下，低变炉出口气体的露点随压力的升高而增加，蒸

10、汽冷凝液利用价值也就越高，温度相同，压力越高，热效率越高，即回收的热量越多。（3） 可以减少原料气制备与净化系统的设备投资。转化压力提高，变换、净化以至到氢氮混和气压缩机前的全部设备的操作压力都随着提高，对于同样的生产规模，在一定程度上，可以减少设备投资，而且在加压条件下操作，可提高转化和变换的反应速率，可以减少催化剂用量。13. 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：在烃类热裂解的过程中，加入水蒸汽作为稀释剂具有如下优点：（1） 水蒸汽的热容较大，能对炉管温度起稳定作用，因而保护了炉管。（2） 水蒸汽价廉易得，且容易与裂解产物分离。（3） 水蒸汽可以抑制原料中的硫化物对

11、合金钢裂解炉管的腐蚀。（4） 水蒸汽可以与裂解管中的焦炭发生水煤气反应而清焦。（5） 水蒸汽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膜，从而减轻了铁、镍对烃类气体分解生炭的催化作用。14. 裂解气的压缩为什么采用多级压缩？确定压缩段数的依据是什么？答：；裂解气的采用多级压缩的优点：（1） 节约压缩功耗，压缩机压缩气体的过程接近绝热压缩，功耗大于等温压缩，如果把压缩分为若干段进行，段间冷却移热，则可节省部分压缩功，段数越多，越接近等温压缩。（2） 裂解气中的二烯烃易发生聚合反应，生成的聚合物沉积在压缩机内，严重危及操作的正常进行。而二烯烃的聚合速度与温度有关，温度越高，聚合速度越快，

12、为了避免聚合现象的发生，必须控制每段压缩后气体温度不高于100 。（3） 减少分离净化负荷，裂解气经过压缩后段间冷凝，可除去大部分的水，减少干燥器的体积和干燥剂的用量，延长干燥器的再生周期；同时还可以从裂解气中分凝出部分C3及C3以上的重组分，减少进入深冷系统的负荷，从而节约了冷量。根据每段压缩后气体温度不高于100，避免二烯烃在压缩机内发生聚合反应，压缩机的压缩比为2左右，并依据气体的最初进口压力和最终出口压力来确定压缩机的段数。15. 说明在裂解气的分离过程中，设置冷箱的作用及其特点。答：在烃类热裂解的裂解气分离的过程中，设置冷箱的作用提高乙烯的回收率。冷箱的特点：（1） 用冷箱分出氢气（

13、91.48%），使脱甲烷塔的CH4/H2增加，从而使乙烯的回收率增加。（2） 冷箱分出的富氢可作为炔烃加氢的原料。（3） 冷箱采用逐级冷凝，分股进料，从而减轻脱甲烷塔的负荷。（4） 流程通过节流阀A、B、C的节流制冷作为低温冷量的来源。 冷箱适用于生产规模大，自动化水平高，原料气组成稳定的流程。16. 工业上氢气的来源有哪些？答：工业上氢气的来源包括：（1） 水电解制氢。（2） 焦炉煤气、油品铂重整和烃类热裂解等副产氢气，经过变压吸附可制得纯氢。（3） 煤气化制氢，工业煤经过水煤气反应或半水煤气反应可制得氢气。（4） 气态烃或轻油（石脑油）经水蒸汽转化反应可制氢。二、 写出下列过程的主要化学反

14、应，催化剂，反应压力和反应温度。1. 二氧化硫接触氧化制三氧化硫。（1）化学反应：SO2 + 1/2O2 SO3 （2）催化剂：活性组分：V2O5。载体：硅胶、硅藻土及其混合物。助催化剂：K2O、K2SO4、TiO2、MoO3等。（3）反应压力：常压。（4）反应温度：4006002. 双加压法氨接触氧化制一氧化氮。（1）化学反应：4NH3 + 5O2 4 NO + 6H2O（2）催化剂：Pt网。（3）反应压力：0.250.5MPa。（4）反应温度：8508603. 氧气氧化法乙烯环氧化制环氧乙烷。（1）化学反应：C2H4 + 1/2O2 C2H4O （2）催化剂：活性组分：Ag。载体：碳化硅，

15、Al2O3和含有少量SiO2的Al2O3，助催化剂：碳酸钾、碳酸钡和稀土元素化合物。（3）反应压力：1.03.0 MPa。（4）反应温度：2042704. 丙烯氨氧化制丙烯腈。（1）化学反应：CH2=CHCH3 + NH3 + 3/2O2 CH2=CHCN + 3H2O （2）催化剂：钼酸铋系：P-Mo-Bi-Fe-Co-Ni-K-O/Si2O；锑系：Sb-Fe-O。（3）反应压力：常压。（4）反应温度：最佳温度：440。5. 氢氮气合成氨（1）化学反应：N2 + 3H2 2NH3 （2）催化剂：Fe-Al2O3-MgO-K2O-CaO-SiO2（3）反应压力：15MPa。（4）反应温度：390520。6. 一氧化碳、氢气合成甲醇（1）化学反应：CO + 2H2 2CH3OH （2）催化剂：CuO-ZnO-Al2O3 。（3）反应压力：510MPa。（4）反应温度：230270。7. 乙苯脱氢