化学工艺学试题答案

《化学工艺学》考查课期末试题
班级：08化工（1）班学号：08003028姓名：李强
1.现代化学工业的特点是什么？
答：1、原料、生产方法和产品的多样性与复杂性；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。

2.什么是转化率？什么是选择性？对于多反应体系，为什么要同时考
虑转化率和选择性两个指标？
答：1、转化率：指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率
或百分率，用符号X表示。

定义式为X=某一反应物的转化量/该反应物的起始量对于循环式流程转化率有单程转化率和全程转化率之分。

单程转化率：系指原料每次通过反应器的转化率
XA=组分A在反应器中的转化量/反应器进口物料中组分A的量
=组分A在反应器中的转化量/新鲜原料中组分A的量+循环物料中组分A的量全程转化率：系指新鲜原料进入反应系统到离开该系统所达到的转化率
XA,tot=组分A在反应器中的转化量/新鲜原料中组分A的量
2、选择性：用来评价反应过程的效率。

选择性系指体系中转化成目的产物的某
反应量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。

用符号S表示，
定义式S=转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的转化总量
或S=实际所得的目的产物量/按某反应物的转化总量计算应得到的目的产物理论量
3、因为对于复杂反应体系，同时存在着生成目的产物的主反应和生成副产物的
许多副反应，只用转化率来衡量是不够的。

因为，尽管有的反应体系原料转化率很高，但大多数转变成副产物，目的产物很少，意味着许多原料浪费了。

所以，需要用选择性这个指标来评价反应过程的效率。

3.催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产
中如何正确使用催化剂？
答：1、基本特征包括：催化剂是参与了反应的，但反应终止时，催化剂本身未
发生化学性质和数量的变化，因此催化剂在生成过程中可以在较长时间内使用；催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速反应），但不能改变平衡；催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。

2、作用：提高反应速率和选择性；改进操作条件；催化剂有助于开发新的反应
过程；发展新的化工技术；催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。

3、应该注意以下三点：Ⅰ、活性系指在给定温度下、压力和反应物流量下，
催化剂使原料转化的能力，活性越高则原料的转化率越高。

Ⅱ、选择性系指反
应所消耗的原料中有多少转化为目的产物，选择性越高，生产单位量目的产物的原料消耗定额越低，也越有利于产物的后处理。

Ⅲ、寿命系指其使用期限的长短，寿命表征生产单位量产品所消耗的催化剂量，或在满足生产要求的技术水平上催化剂能使用的时间长短。

4.烃类热裂解反应为什么不允许在负压下操作？
答：由于裂解是在高温下操作的，不宜与用抽真空减压的方法降低烃分压，这是因为高温密封困难，一旦空气漏入负压操作的裂解系统，与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险，而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利，要增加能量消耗。

5.简述芳烃的主要来源及主要生产过程？
答：1、主要来源芳烃最初全部来源于煤焦化工业。

后来由于有机合成工业的
迅速发展，煤焦化得到的芳烃不能满足需求。

许多工业发达国家开始发展以石油为原料生产石油芳烃，以弥补不足。

石油芳烃发展至今，已成为芳烃的主要来源。

石油芳烃主要来源于石脑油重整生成油及烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油。

2、主要生产过程Ⅰ、焦化芳烃生产在高温作用下，煤在焦炉碳化室内进行
干馏时，煤质发生一系列的物理化学变化生成焦炭和粗煤气。

粗煤气经初冷、脱氨、脱萘、终冷后，进行粗苯回收Ⅱ、石油芳烃生产以石脑油和裂解汽油为原
料生产芳烃的过程可分为反应、分离和转化三个部分。

反应包括催化重整生产芳烃、裂解汽油生产芳烃、轻烃芳构化与重芳烃的轻质化。

分离包括溶剂萃取、萃取蒸镏。

芳烃的转化包括芳烃转化反应的化学过程（主要有异构化、歧化与烷基转移、烷基化和脱烷基化等几类反应）和催化剂的选择和使用。

6.由渣油制合成气过程包括哪些类型？渣油气化的主要设备是什
么，有何结构特点？
答：1、渣油制合成气过程包括部分氧化法和蓄热炉深度裂解法两种类型。

2、渣油气化的主要设备是气化炉。

部分氧化法气化炉型式为受限射流反应器，
外形为圆形钢桶，内部结构有两类：与急冷流程配套的气化炉内部主要构件有喷嘴、气化室和冷激室；与废热锅炉流程配套的气化炉则只有喷嘴和气化室。

喷嘴是气化炉的核心，它有两种功能：一是雾化作用；二是形成合适的流场，加速热、质传递。

喷嘴为套管式结构。

气化室为一空桶，使出口端流体接近平推流状况，以减少停留时间短，物料所占的百分率。

7.氧化碳加氢合成甲醇的工艺中，为什么要采用氢气过量及加入一
定量的二氧化碳？
答：氢气过量可提高反应速率，降低副反应的生成，而且氢气的热导率大，有利于反应热的导出，易于反应温度的控制。

通入一定量的二氧化碳，可以减少反应热量的放出，利于床测温度控制，同时还能抑制二甲醚的生成;
8.非均相催化氧化反应机理有几种？各自描述的特点是什么？
答：1、氧化还原机理又称晶格氧作用机理。

该机理认为晶格氧参与了反应，
其模型描述是：反应物首先和催化剂的晶格氧结合，生成氧化产物，催化剂变成还原态；接着还原态的活性组分再与气相中的氧气反应，重新成为氧化态催化剂，由此氧化还原构成了有机物在催化剂上的氧化过程。

2、化学吸附氧化机理该
机理以Langmuir化学吸附模型为基础，假定氧是以吸附态形式化学吸附在催化
剂表面的活性中心上，再与烃分子反应。

3、混合反应机理该机理是化学吸附
和氧化还原机理的综合，假定首先化学吸附在催化剂表面含晶格氧的氧化态活性中心上，然后与氧化态活性中心在表面反应生成产物，同时氧化态的活性中心变为还原态，它们再与气相中的氧发生表面氧化反应，重新转化为氧化态活性中心。

9.为什么苯酐能在爆炸限内生产？应采取哪些安全措施？
答：对于一些爆炸威力不大，爆炸极限威力小的物系，在不高的压力只要处理得当，不会造成危险，目前苯酐的生产工艺都是在爆炸范围内操作，但必须有有效的安全措施。

最容易爆炸的地方是邻二甲苯与空气混合之处和进入装催化剂管之前的空间，所以要尽量减小这部分空间。

反应器壁厚稍微增大，并装备防爆膜、安全阀。

采用大热容催化剂，使用高线速、防静电等措施。

10.工业上氯乙烯的生产方法有哪几种，各有什么优点和缺点？
答：1、乙炔法Ⅰ、电石乙炔法它具有设备、工艺简单、投资低，可以小规
模经营的特点。

但存在耗电量大和汞污染问题。

Ⅱ、石油乙炔法是将石油或
天然气进行高温裂解得到含乙炔的裂解气，提纯裂解气得到高浓度乙炔，与氯化氢反应合成氯乙烯。

与电石乙炔法相比，原料来源容易，有利于生产大型化，缺点是基建投资费用较高。

2、联合法和烯炔法用乙烯和氯气经两步反应生成。

此方法生产氯乙烯，仅有
一半氯气用于生成氯乙烯，另一半生成氯化氢。

虽然氯化氢有许多用途，但需求量少，消耗不了大规模氯乙烯生成所产生的氯化氢，如果排放，不仅浪费大量的氯资源，而且污染环境。

Ⅰ、联合法它利用已有的电石资源和乙炔生产装置，
迅速提高氯乙烯的生产能力，但并不能完全摆脱电石原料。

Ⅱ、它摆脱了电石原料，省去了分离乙炔和乙烯的费用，但技术复杂，投资较大，成本较高。

3、平衡氧氯化法成功的解决了氯化氢的利用问题，使以乙烯和原料生产氯乙
烯的方法显出极大的优越性。

但我国乙烯资源匮乏，此法受限制。

副反应较多。