化学工艺学思考题和部分答案

《化学工艺学》

第二版

米田涛主编

部分思考题答案

课后习题

增加部分英语题型专业（词汇）

催化裂化，catalytic cracking

加氢裂化，hydrocracking

延迟焦化，delayed coking

凝析油（Natural gasoline）、

石脑油(Naphtha)、

轻柴油(Atmospheric gas oil)、

粗柴油(Vacuum gas oil)、

加氢裂化尾油(Hydrogenated tail oil) 苯（Benzene, ），

甲苯(Toluene, )，

二甲苯(Xylene, )；

乙烯，ethylene

丙烯，propylene

丁二烯，butadiene

邻二甲苯（Ortho-xylene,）、

对二甲苯（Para-xylene,）、

间二甲苯(Met-xylene,)

聚乙烯， polyethylene;

聚氯乙烯， polyvinylchlorid

聚苯乙烯， polystyrene

第三章

3-1根据热力学反应标准自由焓和化学键如何判断不同烃类的裂解反应难易程度、可能发生的裂解位置及裂解产物；解释烷烃、环烷烃及芳烃裂解反应规律。造成裂解过程结焦生碳的主要反应是哪些？

答：由表3-3 各种键能比较的数据可看出：○1同碳数的烷烃C-H键能大于C-C键能，断链比脱氢容易；○2烷烃的相对稳定性随碳链的增长而降低;○3异构烷烃的键能小于正构烷烃，异构烷烃更容易发生脱氢或断链。

由表3-4数值，可看出：○1烷烃裂解是强吸热反应，脱氢反应比断链反应吸热值更高；断链反应的标准自由焓有较大的负值，是不可逆过程，脱氢反应的标准自由焓是正值或为绝对值较小的负值，是可逆过程，受化学平衡的限制；○2乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应，生成乙烯；甲烷在一般裂解温度下不发生变化。

烷烃热裂解的规律：烷烃热裂解的一次反应主要有：①脱氢反应：RCH2-CH3↔CH＝CH2+H2②断链反应：RCH2-CH2-R′↔RCH＝CH2+R′H不同烷烃脱氢和断链的难易，可以从分子结构中键能数值的大小来判断。

a 同碳数的烷烃，断链比脱氢容易；

b烷烃的相对稳定性随碳链的增长而降低; c脱氢难易与烷烃的分子结构有关，叔氢最易脱去，仲氢次之，伯氢最难；

环烷烃裂解的规律：

a侧链烷基比烃环易裂解，乙烯收率高。

b环烷烃脱氢比开环反应容易，生成芳烃可能性大。

c长侧链的环烷烃断侧链时，首先在侧链的中央断裂，至烃环不带侧链为止；五元环比六元环较难开环。

d环烷烃裂解反应难易程度：侧链环烷烃＞烃环，脱氢＞开环。原料中环烷烃含量增加，则乙烯收率下降，丙烯、丁二烯、芳烃收率增加。

芳香烃热裂解的规律：

a芳烃的脱氢缩合反应，生成稠环芳烃甚至

结焦；

b 烷基芳烃的侧链发生断裂或脱氢反应，生成苯、甲苯和二甲苯；

c 芳香烃不宜作为裂解原料，因为不能提高乙烯收率，反而易结焦缩短运转周期；

d 各族烃的裂解难易程度：正构烷烃＞异构烷烃＞环烷烃(六元环＞五元环)＞芳烃。 造成裂解过程结焦生碳的主要反应： ○

1烯烃经过炔烃中间阶段而生碳CH 2=CH 2−−→

−H —CH 2=CH ·−−→−H —CH ≡CH −−→−H —CH ≡C ·−−→

−H —·C ≡C ·−→−C n ○

2经过芳烃中间阶段而结焦 萘−−→−H —二联萘−−→−H —三联萘−−→−H

—焦。

3-3在原料确定的情况下，从裂解过程的热力学和动力学出发，为了获取最佳裂解效果，应选择什么样的工艺参数（停留时间、温度、压力……），为什么？（P 72-75） 答：应选择的工艺参数有裂解温度、停留时间、烃分压、稀释剂及裂解深度。应选择高温短停留时间和较低烃分压。

3-5为了降低烃分压，通常加入稀释剂，试分析稀释剂加入量确定的原则是什么？

（P75）

答：①裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷和困难。②水蒸气热容量大，使系统有较大热惯性，当操作供热不平衡时，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。③抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀。④脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。

3-6试讨论影响热裂解的主要因素有哪些？答：○1裂解条件(如温度、压力、烃分压)；

○2裂解炉的型式和结构；○3原料特性。

3-8裂解气出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有几种，你认为哪种好，为什么？若设计一个间接急冷换热器其关键指标是什么？如何评价一个急冷换热器的优劣？

答：裂解气出口的急冷操作目的：从裂解管出来的裂解气含有烯烃和大量的水蒸气，温度为727—927℃，烯烃反应性强．若任它们在高温下长时间停留，会继

续发生二次反应，引起结焦和烯烃的损失，因此必须使裂解气急冷以终止反应。急冷的方法有两种，一种是直接急冷，一种是间接急冷。我认为间接急冷好，因为直接急冷是用急冷剂与裂解气直接接触，急冷剂用油或水，急冷下来的油、水密度相差不大，分离苦难，污水量大，不能回收高品位的热量。采用间接急冷的目的是回收高品位的热量，产生高压水蒸气作动力能源以驱动裂解气、乙烯、丙稀的压缩机，汽轮机及高压水阀等机械，同时终止二次反应。设计一个间接急冷换热器其关键指标是：为减少结焦倾向，应控制两个指标．一是停留时间，一般控制在0.04s 以内；二是裂解气出口温度，要求高于裂解气的露点。急冷换热器是裂解装置中五大关键设备之一，是间接急冷的关键设备。急冷换热器的结构，必须满足裂解气急冷的特殊条件：①温度高;②降温快，热强度高，内外温差高。

3-9裂解气进行预分离的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制的杂质有哪些？