化工工艺与设备答案

Ａ卷
2009—2010学年第2学期
《化工工艺与设备》试卷
专业班级
姓名
学号
开课系室化学工程系
考试日期 2010.5.16
题号一二三四总分得分
阅卷人
一、填空、选择题（每空1分，共30分）
1、原油加工方案根据目的产物不同，可分为以下三类：燃料型、燃料－润滑油型和化工型。

2、原油常减压加工流程中，初馏塔塔顶馏出液可作为催化重整的原料以生产芳烃和高标号汽油
3、原油常压蒸馏塔底通入水蒸汽的作用是降低油气分压，使塔底重油中的轻组分气化。

提升管催化裂化装置中，提升管下部通入水蒸汽的作用是将原料油雾化。

4、原油常减压加工流程中，减压塔汽提段直径小于主体精馏段，其原因是缩短减压渣油在塔底停留时间，以免在高温下发生分解、缩合而结焦。

5、催化裂化反应为 A 反应，催化剂再生反应为 B 反应。

（A. 吸热；B. 放热）
6、催化裂化反应装置通常由三大部分组成：反应－再生系统、分馏系统和吸收稳定系统
7、裂解原料的来源主要有两个方面，一是天然气加工厂的轻烃，二是炼油厂的加工产品。

8、裂解气净化需除去的三类主要物质为：酸性气体、水和炔烃。

9、将裂解气进行高压法深冷分离，必须首先将裂解气压缩到 C 个大气压。

（A.10－20；B.20－30；C.30－40）
10、裂解气的深冷分离有三种分离流程：顺序分离流程、前脱乙烷流程、前脱丙烷流程。

11、对纯加热炉，全炉热负荷的计算式为 A 。

（A. Q=G [eI l +(1-e)I l -I i ]；B.
Q=G [eI v +(1-e)I l -I i ]； C. Q=G [eI i +(1-e)I v -I l ]）
12、 管式加热炉的气体火嘴，按燃料与空气的混合方式不同，可分为 预混式 ，
外混式 和 半预混式 。

13、塔板上设置出口安定区的目的是 减少液体进入降液管时夹带的泡沫量 。

14、填料的特性参数包括：比表面积、孔隙率、填料因子和堆积密度（单位堆积
体积内的填料数目）。

15、对于F1型重阀，当阀孔动能因数为 A 时泄漏量接近10%，故取此值作为
控制泄漏量的操作负荷下限。

（A.5－6；B.7－8；C.9－12）
16、板式塔的常见的溢流型式有单溢流、 U 型溢流 、 双溢流 。

二、简答题（每题5分，共25分）
1、简述原油预处理过程中脱除盐和水的原因
答（1）原油中含水的危害：① 给原油的输送和储存增加负担。

② 增加加工过
程能耗。

③ 影响蒸馏过程的正常操作。

（2分）
（2）原油中含盐的危害：① 水解生成盐酸，腐蚀设备。

② 沉积在管壁形成盐
垢，影响换热器效率和增加原油流动压降。

③ 影响重油的二次加工。

（3分）
鉴于以上原因，原油加工前需在预处理过程中进行脱盐脱水。

2、管式加热炉辐射室传热速率方程为)(40])100
()100[(67.544t g t g cp R T T T T F A Q -+-=φ，
说明方程式中各符号的名称及意义。

-R Q 辐射室总传热速率 （1分）
-φ烟气对管排的角系数；是指烟气辐射给管排的能量占烟气总能量的分率（1
分）。

-cp A 冷平面面积，是指管排所占据的全部面积（ef cp L nS A 1=）。

（1分）
-F 总辐射交换因素，用于修正模型偏差而引入的修正系数。

它与管壁及烟气的
黑度和有效反射面积等有关。

（1分）
-g T 烟气温度。

-t T 管壁温度。

（1分）
3、简述管式加热炉辐射室传热计算的罗伯－伊万斯假定的主要内容。

答：（1）炉膛内烟气充分混合，各处烟气组成与温度均相同且温度等于出辐射室
烟气平均温度，将炽热的烟气看成一发热面。

（2分）
（2）将排管看成是一吸热面，管壁温度为管内介质平均温度加上50℃。

（1分）
（3）对流给未敷设炉管炉墙的热量等于其散热损失，从辐射角度将炉墙看成一全
反射面。

（2分）
4、在烃类的热裂解过程种，一般应加入过热水蒸气作为稀释剂，简述其作用。

答：（1） 可有效降低烃的分压，利于裂解反应进行，增加乙烯收率。

（2） 水蒸气热容较大，能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管。

（3）与产物容易分离，对裂解气质量无影响，水蒸气便宜易得。

（4） 可以抑制原料中的硫对合金钢的反应管的腐蚀作用。

（5）水蒸气通过下列反应清除裂解管中的焦碳，实际上起了炉管清焦的作用。

（6）水蒸汽对金属管表面起一定氧化作用，使金属表面的铁、钼成为氧化物薄膜、减少了铁和钼对烃类气体分解生碳的催化作用
(每个1分，答对以上任意5个均得满分)
5、简述板式塔的不正常操作现象中漏液的原因及危害
漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。

(1分) 原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。

(2分) 后果：导致气液两相在塔板上的接触时间减少，塔板效率下降，严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。

(2分)
三、画图题（共20分）
1、画出燃料型原油常减压装置流程图，并标明主要设备的名称（14分）
画出图10分，标出主要设备名称4分
2、画出塔板负荷性能图并标明各线的名称（6分）
1、过量液沫夹带线
2、过量漏液线
3、液泛线（淹塔线）
4、液相流量下限线
5、液相流量上限线（降液管中液体停留时间不足线）OP线：操作线(画出图给4分,标明各线名称给2分)
四、分析题（共25分）
1、下图是裂解气顺序深冷分离原则流程，请说明各设备的名称及作用，并简述流程。

（共17分）
1 碱洗塔用碱洗去裂解气中的酸性气体（1分）
2 干燥器用干燥剂脱去裂解气中的水（1分）
3 脱甲烷塔将甲烷和C1以上组分分开（1分）
4 脱乙烷塔将C2和C2以上组分分开（1分）
5 乙烯塔将乙烯与乙烷分开（1分）
6 脱丙烷塔将C3和C3以上组分分开（1分）
7 脱丁烷塔将C4和C4以上组分分开（1分）
8 丙烯塔将丙烯与丙烷分开（1分）
9 冷箱将低温设备集中在一起防止散冷（1分）
10 加氢脱炔反应器将裂解气中的炔通过加氢方法脱去（1分）
11 绿油塔除去裂解气中的绿油（1分）
12 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段压缩压缩裂解气（1分）
13 Ⅳ、Ⅴ段压缩继续压缩裂解气（1分）
流程叙述：裂解气经过三段压缩后，进入碱洗塔碱洗脱去酸性气体，然后再经两段压缩进干燥塔脱水，之后进脱甲烷塔并在冷箱的作用下将甲烷、氢气和碳二以上组分分开，塔底馏分进脱乙烷塔，塔顶出碳二，塔底出碳三及以上馏分，碳二加氢脱炔及脱绿油后进入乙烯塔得到乙烯和乙烷，塔底馏分进入脱丙烷塔，塔顶出碳三馏分，塔底出碳四及以上馏分，碳三馏分加氢脱炔及脱绿油后进入丙烯塔得到丙烯和丙烷，碳四及以上馏分进入脱丁烷塔将碳四和碳五组分分开。

（4分）
2、试由加热炉全炉热效率的定义式出发，分析影响全炉热效率的主要因素，并提出提高全炉热效率的方法。

(8分)
答：全炉热效率的定义式为
l L l l Q q Q q Q q --+=211η
对没有预热的加热炉，空气与燃料带进的显热很小，一般可以忽略(q 1/Q l 取为0)。

散热损失q L /Q l 一般由经验选定:对立式炉和圆筒炉约为0.02～0.05，烟气带出的热量q 2/Q l 与过剩空气系数和烟气出对流室温度有关，由上式可以看出，在保证燃料完全燃烧和炉墙保温正常的情况下，加热炉热效率的高低，关键取决于排出烟气的温度和流量。

（3分）
排烟温度越低，η越高。

但排烟温度不能任意降低，一般设计时，将排烟温度控制在400℃左右。

烟气流量W G =B(1+αL 0+ω), 由此式可知，减少烟气流量，通常只能通过降低α才能达到, 降低α必须选用合适的火嘴，以保证燃料能充分燃烧。

（2分）
由全炉热效率的定义及影响因素可知，提高加热炉热效率的方法有以下几种方法：降低烟气带走的热量、尽可能降低散热损失、提高空气入炉温度。

（3分）。