化工工艺学复习资料

第二章化学工艺基础1一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏二次加工，其方法主要是化学加工方法：2，化工生产过程：（1）原料预处理目的：使初始原料到产物转变（2）化学反应目的：完成原料到产物的转变（3）产品的分离和精制目的：获取复合规格的产品，并回收、利用副产物3，化工生产工艺流程的组织：推论分析法，功能分析法，形态分析法4、化工过程的主要效率指标：1）生产能力：指一个设备、一套装置或者一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内处理的原料量2）生产强度：为设备单位特征几何量的生产能力。

即设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。

3）原子经济性：美国的B.M.Trost教授首次提出，获得1998美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖。

反映了其合成工艺是否最大限度的利用了资源，避免废物产生和环境污染。

10,催化剂的使用性能1）活性指在给定的温度、压力和反应物流量（获空间速度）下，催化剂使原料转化的能力2）选择性指反应所消耗的原料中有多少转化为目的产物3）寿命指其使使用期限的长短，寿命的表征是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够使用时间的长短（1）化学稳定性（2）热稳定性（3）耐毒性中毒可分暂时性和永久性，暂时性中毒是可逆的，永久性中毒是不可逆的第三章烃类热裂解1、烃类热裂解定义：是将石油系烃类燃料经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃、烷烃和气体相对分子质量不同的轻质和重质烃类。

2、生碳结焦反应是典型的连串反应。

3、各族烃裂解难易程度的顺序：异烷烃＞正烷烃＞环烷烃（六碳环＞五碳环）＞芳烃4、烃类裂解的反应机理是：自由基反应。

大部分烃类裂解过程包括：链引发、链增长和链终止反应。

5、裂解原料性质及评价：1）族组成：按结构分为4大族，即链烷烃族、烯烃族、环烷烃族、和芳香族。

PONA值可以定性的评价液体燃料的裂解性能。

2）氢含量：裂解原料气氢含量越高，获得C4和C4以下的轻烃收率越高，相应的乙烯和丙烯收率一般也较高。

3）特性因数K：K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低，它反映了烃的饱和程度。

乙烯和丙烯的总体收率大体上随裂解原料特性因数的增大而增加。

4）关联指数BMCI值：表示油品的芳烃含量，关联指数越大，表明油品的芳烃含量越高，乙烯收率越小。

6、裂解反应的化学平衡两个特征：1）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。

2）提高裂解温度对生成烯烃是有利的。

7、裂解过程的工艺参数1）裂解温度：在一定温度内，提高裂解温度有利于提高一次反应所得乙烯和丙烯的收率2）停留时间：管式裂解炉中物料的停留时间是裂解原料经过辐射盘管的时间。

9、温度-停留时间对产品收率的影响：1）高温-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-短停留时间的操作条件可以抑制芳烃生成的反应，3）高温-短停留裂解时间的操作条件将使裂解产品中的炔烃收率明显增加。

10、采取添加稀释剂以降低烃分压是一个较好的方法。

降低压力对提高乙烯平衡组成有利。

11、稀释剂的类型：水蒸气、氢或任一种惰性气体。

13、裂解炉的改进措施：1）改进辐射盘管金属材质以适应高温——短停留时间2）改进辐射盘管的结构。

14、急冷的原因：1）裂解炉出口的高温裂解气在出口高温条件下降继续进行裂解反应，由于停留时间的增长，二次反应增加，烯烃损失随之增多。

为此，需要将裂解炉出口高温裂解气尽快冷却，通过急冷以终止其裂解反应。

2）回收热量。

15、急冷的方式：间接急冷和直接急冷比较：直接急冷设备费少，操作简单，系统阻力小。

由于冷却介质直接与裂解气接触，传热效果好。

但形成大量的含油污水，油水分离困难，且难以利用回收的热量。

而间接急冷对能量利用较合理，可回收裂解气被急冷时所释放的热量，经济性较好，且无污水产生，故工业上多采用间接急冷。

16、酸气来源：原料气中带来；裂解反应过程生成；裂解气处理过程引入。

17、酸性气体的脱除方法：1）碱洗法；2）乙醇胺法碱洗法的优点：化学平衡常数大、几乎不可逆、酸气脱除量大。

缺点：碱液不可再生、碱耗量较高。

比较乙醇胺法的优点：吸收剂可循环使用，当酸性气体含量较高时，从吸收液的消耗和废水处理来看，醇胺法明显优于碱洗法。

缺点：溶剂损失较大，对设备要求高，投资大，脱除酸性气体杂质不如碱洗法彻底。

17、脱水方法：吸附干燥；吸附剂：3A分子筛，离子型极性吸附剂。

18、脱炔的方法：1）催化加氢脱炔；前加氢：是在裂解气中氢气未分离出来之前，利用裂解气中的氢气对炔烃进行选择性加氢，以脱除其中炔烃。

后加氢：是指裂解气分离出C2馏分和C3馏分后，再分别对C2馏分和C3馏分进行催化加氢，以脱除乙炔，甲基乙炔和丙二烯。

前、后加氢的比较：前加氢：工艺流程简单，投资低，操作稳定性差。

大量氢气存在催化剂性能较差时，副反应剧烈，选择性差，不仅造成乙烯和丙烯损失，严重时还会导致反应温度失控，床层飞温，威胁生产安全。

后加氢：氢气定量供给，温度较易控制，不易发生飞温的问题。

2）溶剂吸收法脱除乙炔21、裂解气采用多级压缩，段间冷凝23、分离流程：书P10124、分离流程的相同点：1）在分离顺序上遵循先易后难的原则，先将不同碳原子数的烃分开，在分同一碳原子数的烯烃和烷烃。

2）生产乙烯的乙烯精馏塔和生产丙烯的丙烯精馏塔置于流程最后，这样物料组成接近二元系统，物料简单，可确保这两个主要产品的纯度，同时也可减少分离损失，提高烯烃收率。

25、分离流程的主要评价指标：1）乙烯回收率2）能量的综合利用水平26、中间冷凝器和中间再沸器的原因：在精馏段设置中间冷凝器，可用温度比塔顶回流冷凝器稍高的较廉价的冷剂做冷源，以代替一部分塔顶原来用的低温级冷剂提供冷量，可节省能量消耗。

同理，在提馏段设置中间再沸器，可用温度比塔釜再沸器稍低的较廉价的热剂做热源，同样可以节约能量消耗。

第四章芳烃转化过程1，芳烃来源：煤焦化工，石油化工石油芳烃生产：催化重整生产芳烃，裂解汽油，轻烃芳构化和重芳烃轻质化。

芳烃馏分分离：溶剂萃取，萃取蒸馏5，芳烃的转化反应：异构化，歧化与烷基转移，烷基化，脱烷基化。

芳烃转化的催化剂：酸性卤化物，固体酸6，在氢气存在下的有利抑制焦炭的生成，但在临氢脱烷基条件下也会发生深度加氢裂解副反应8，C8芳烃异构化：是以不含或少含对二甲苯的C8芳烃为原料，通过催化剂的作用，转化成浓度接近平衡浓度的C8芳烃，从而达到增产的目的9，C8芳烃异构化常用催化剂：无定形SiO2-Al2O3催化剂、铂/酸性载体催化剂、ZSM分子筛催化剂、HF-BF3催化剂10、C8芳烃异构化工业流程P138 图4-1313、对，间二甲苯的分离：深冷结晶分离法（凝固点差异），络合萃取分离法（形成配合物的稳定性）、吸附分离法（固体吸附剂对异构体吸附能力差别）第五章合成气的生产过程1、合成气的生产方法：（1)以煤为原料的生产方法；（2）以天然气为原料的生产方法；（3）以重油或渣油为原料的生产方法。

特点：以天然气为原料制合成气的成本最低；重质油与煤炭制造合成气的成本相仿，但重油和渣油制合成气可以使石油资源得到充分利用。

2、目前工业上由天然气制合成气的技术主要有：蒸汽转化法和部分氧化法。

3、影响天然气蒸汽转化过程的工艺条件有：压力、温度、水碳比和空速。

压力的影响：从热力学特征看，低压有利转化反应，从动力学看，反应初期，增加体系压力，反应速率加快，但到反应后期，反应接近平衡，反应浓度高，加压反而会降低反应速率，所以从化学角度看，压力不宜过高。

但从工程角度考虑，适当提高压力对传热有利，大的给热系数是强化传热的前提。

温度的影响：因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补。

为满足残余甲烷≤0.3%的要求，需要将转化过程分为两段进行。

第一段转化在多管反应器中进行，管间供热，最高温度（出口处）控制在800℃左右，出口残余甲烷10%（干基）左右。

第二段转化炉为大直径的钢制圆筒，内衬耐火材料，可耐1000℃以上高温。

4、天然气蒸汽转化流程：书P1705、CO变换：CO与H2O蒸汽反应生成氢和二氧化碳的过程。

CO+H2O(汽）→CO2+H2（可逆放热反应）CO变换常用的催化剂：铁铬系变换催化剂、铜基变换催化剂和钴钼系耐硫催化剂8、CO变换的操作条件：压力，水碳比，温度（变换反应的温度最好沿最佳反应温度曲线变化）第六章加氢与脱氢过程1、催化加氢：指有机化合物中一个或几个不饱和的官能团在催化剂作用下与氢气加成。

脱氢：在催化剂作用下，烃类脱氢生成两种或两种以上的新物质叫催化脱氢。

2、从热力学分析加氢反应的三种类型：（1）加氢反应在热力学上有利，在高温条件下，平衡常数仍很大。

（2）加氢反应的平衡常数随温度变化很大，反应温度较低时，平衡常数甚大，反应温度较低时，平衡常数降低，但数值仍很大。

为了达到较高的转化率，需要采用适当加压或氢过量的方法。

（3）加氢反应在热力学上不利，很低温度下才具有较大的平衡常数值，温度稍高，平衡常数变得很小，常采用高压方法来提高平衡转化率。

3、平衡氨含量与温度、压力、氮气比和惰性气体含量有关。

温度降低，或压力增高时，都能使平衡常数及相应的平衡氨含量增大。

当氮气比为3时平衡氨含量最大。

惰性气体的存在，会使平衡氨含量明显下降。

4、氨合成催化剂是以熔铁为主，主要成分是四氧化三铁，有磁性，另外添加Al2O3、K2O 等助催化剂。

Al2O3是结构型助剂，能增加催化剂的比表面，并防止还原后的铁微晶长大，从而提高催化剂的活性和稳定性。

K2O是电子型助剂，能促进电子转移过程，有利于氮分子的吸附和活化，也促进生成物氨的脱附，但K2O是在有Al2O3为助剂的基础上才起到进一步提高活性的作用。

5、氨合成塔：外筒和内筒两个主要部件构成，外筒承受高压，但不承受高温，壁很厚机械强度高；内筒承受高温，但不承受高压。

6、CO加氢合成甲醇的反应式：CO+2H2→CH3OH(g)7、合成甲醇催化剂：1）锌-铬系催化剂：该催化剂活性较低，需要较高的反应温度和高压，机械强度和耐热性好，寿命长；2）铜-锌（或铝）系两大类：活性高，反应温度低，操作压力低。

8、低压分离甲醇流程简图：P2099、制取苯乙烯的方法：乙苯脱氢法、乙苯共氧化法、甲苯为原料合成苯乙烯、乙烯和苯直接合成苯乙烯、乙苯氧化脱氢。

10、正丁烯氧化脱氢法制丁二烯氧化脱氢法：在脱氢反应气中加入适量的氧来迅速除去脱氢反应中产生的氢，它打破了化学平衡限制和提高了反应速率。

优点：（1）反应温度较低；（2）氧化脱氢是放热的，可省去原先的供热设备；（3）催化剂可长期运转；（4）压力影响甚微，所以减压或用水蒸气稀释并非一定必要；（5）由于反应温度较低，有可能让转化率及选择性都获得提高。

存在的问题：（1）控制氧化深度；（2）温度难以控制第七章烃类选择性氧化1氧化反应的特征：反应发热量大、反应不可逆、氧化途径复杂多样、过程易燃易爆2氧化剂：空气、纯氧、过氧化氢等其他过氧化物。