化学工艺学课后习题及课堂提问重点

第三章
P112 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？
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
2、水蒸气热容量大，是系统有较大热惯性，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炉管的腐蚀。

4、脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体和生碳反应。

3-9.裂解气预分馏的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制的杂质有哪些？这些杂质存在的害处？用什么办法除掉这些杂质，这些处理方法的原理是什么？
裂解气预分馏的目的和任务是：
1、经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩的功耗；
2、尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的负荷；
3、将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，减少污水的排放用以再发生稀释蒸汽；
4、继续回收裂解气低能位热量。

需严格控制的杂质有H2S,CO2，H2O,C2H2，CO等气体，这些杂质对冷分离过程有害，使产品达不到规定标准。

酸性气体的脱除方法：碱洗法、醇胺法，脱水用吸附干燥法，炔烃脱除有催化加氢法和溶剂吸收法。

处理方法的原理
1、碱洗法用NaOH作为吸收剂，通过化学吸收使NaOH与裂解气中的酸
性气体发生化学反应，脱除酸性气体。

2、醇胺法用乙醇胺作为吸收剂，除去CO2和H2S，是一种物理吸收和化学吸收相结合的方法。

3、脱水吸附法进行干燥，采用分子筛（离子型极性吸附剂）对极性分子特别是水有极大的亲和性，易于吸附。

4、脱炔溶剂吸收和催化加氢将炔烃加氢成烷烃除去。

3-10 压缩气的压缩为什么采用多级压缩？确定段数的依据是什么？
答：工业上一般认为经济上合理而技术上可行的裂解气压缩机出口的裂解气压力约为 3.7 MPa，而压缩机的入口压力一般为0.14 MPa，提高入口压力虽可节约压缩机功率，但对裂解反应不利，故为节约能量，采用多级压缩。

原因：1、节约压缩功耗；2、降低出口温度；
3、减少分离净化负荷。

依据是：压缩段数应满足工艺要求，必须控制每段压缩机出口的裂解气温度不高于100℃，以避免发生二烯烃的聚合，由此根据计算出每段压缩比，最终确定段数。

第四章
4-1简述芳烃的主要来源及主要生产过程
主要来源：1、催化重整2、裂解汽油3、轻烃芳构化与重芳烃的轻质化。

主要生产过程：1、焦化芳烃煤在高温作用下进行干馏，生成75%的焦炭，25%粗煤气，用洗油从粗煤气中吸收粗苯后经蒸馏脱吸，得粗苯，粗煤经分馏得轻苯和重苯，轻苯再分馏得BTX混合馏分再精制处理后精馏。

2、室友芳烃的生产过程：以石脑油和裂解汽油为原料，经过反应分离和轻化，石脑油经催化重整，裂解C5-200℃馏分汽油加氢后，进行芳烃油提，
然后进行芳烃分离，脱烷基（歧化），C8分馏，异构化，最后进行吸附分离。

4-3讨论芳烃转化的必要性与意义,主要的芳烃转化反应有哪些？
答：不同来源的各种芳烃馏分的组成是不同的，能得到各种芳烃的产量也不同，如果仅靠催化重整、裂解汽油等方法来获得芳烃的话，其必然会发生供需不平衡的矛盾，因此开发了芳烃的转化工艺，调节各种芳烃的产量，各种芳烃组分中用途最广，需求量最大的是苯，对二甲苯，其次是邻二甲苯，而粗苯、乙烯裂解汽油的芳烃中主要含量为苯，因此为解决对苯与二甲苯的迫切需求芳烃的转化很有必要性。

主要的芳烃转化反应:1、异构化反应：间二甲苯转化为二甲苯、邻二甲苯2、歧化反应：甲苯转化为二甲苯3、烷基化反应：苯与乙烯通过烷基化转化为乙苯4、脱烷基化反应。

第五章
5-7为什么说一段转化管是变温反应器？为什么天然气-水蒸汽转化要用变温反应器？
答：在入口端甲烷的含量最高，要降低裂解的速度，故温度要低一些，一般不超过500℃。

在离入口1/3处，温度应严格控制不超过650℃，此时氢气增多，同时水碳比相对增大，可抑制裂解，温度又高，消碳速率增大，因此不可能积碳，之后温度继续升高，直到出口处达到800℃，以保证低的甲烷残余量，因此一段转化炉是变温反应器。

一段转化炉只有采用变温反应器，才可以减少裂解反应，保证低的甲烷残余量。

显然，一段转化炉是变温反应器，同时也说明了必须采用变温反应器。

一段转化炉只有采用变温反应器，才可以减少裂解反应，保证低的甲烷残余量。

显然，一段转化炉是变温反应器，同时也说明了必须采用变温反应器。

课堂提问重点
第一章
1、石油的组成与分类P13
石油是由相对分子质量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的化合物，石油中含量最大的两种元素是C和H.
以直链烷基为主的石油称为烷基石油（石蜡基石油）。

以环烷烃为主要成分的称为环烷基石油（沥青基石油）。

介于二者之间的石油称为中间基或混合基石油。

2、基本有机化工原料：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、合成气、乙炔。

3、石油依次加工过程：常压蒸馏、减压蒸馏
5、石油按沸点由高到低：石油汽、汽油、煤油、柴油、沥青、石油焦。

6、直镏汽油和催化汽油如何得到：催化重整、催化裂化。

7、汽油和柴油的评价指标：辛烷值、十六烷值、标号（凝固点）。

8、催化重整的目的、催化剂、主要反应：目的使石脑油中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程，提供高辛烷值汽油，还为化纤、橡胶、塑料和精细化工提供苯、二甲苯等芳烃原料以及提供液化气和溶剂油，并副产氢气。

催化剂使用铂。

主要反应：环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化等生成芳烃的反应、烷烃的异构化和加氢裂化。

1、催化重整的产物:生产芳烃
2、催化裂化的原料、目的、催化剂、副产物。

3、流化床工作的反应原理：流体（气体或液体）以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应，并具有类似流体流动的一些特性的装置，称为流化床反应器。

流化床反应器是一种有固体颗粒参与的反应器，这些颗粒系处于运动状态，且其运动方向多种多样。

4、提升管反应器分类：等高并列、高低并列式、同轴式。

5、催化加氢裂化的原料、催化剂：重柴油、减压柴油、减压渣油、氢气。

6、催化加氢裂化的反应类型P17
7、天然气的加工过程P20
第三章
1、温度对化学平衡的影响P30：对于吸热反应，K值随温度升高而升高，有利于反应的进行，产物的平衡产率增加。

对于放热反应，K值随温度的升高而减小，平衡产率降低，不利于反应进行。

2、温度低对反应速率的影响：K值随温度的升高而增加，活化能大的反应其速率随温度的升高而增长更快些。

对于不可逆反应，反应速率随温度的升高而加快：对于可逆反应温度升高，正逆反应速率常数都增大。

3、浓度对化学平衡的影响：反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向进行。

4、浓度对反应速率的影响：反应物浓度越高，反应速率越快。

在反应初期，反应物浓度越高，反应速率越大，随着反应的进行，反应物逐渐消耗，反应速率逐渐下降。

5、压力对反应平衡的影响：对于分子数增加的反应，降低压力可提高平衡反应。

对于分子数减少的反应，压力升高，产物的平衡产率增大。

6、为什么要用惰性气体吸湿反应浓度：惰性气体可降低反应物的分压，对反应速率不利，但有利于分子数增加的反应的平衡产率。

7、化工过程的主要效率指标：转化率、选择性、收率。

8、物料衡算步骤（计算题例题P39）：1、绘制流程的方框图；2、写化学反应方程式并配平；3、选择衡算基准；4、收集和计算必要的数据；5、设未知数，列方程组，求解；6、计算核对；7、列表。

9、PONA可以定性评价液体燃料的裂解性能。

P—烷烃；O—烯烃；N—环烷烃；A—芳烃。

10、裂解原料有那些：乙烷、丙烷、石脑油、轻柴油、重柴油。

11、烃类热裂解从热力学、动力学角度解释要采用停留时间的操作转化率取决于温度和时间：
12、压力对裂解反应的影响：对分子量减小的反应，增大反应压力，平衡向生成产物方向进行；对分子量增大的反应，增大反应压力，平衡常数下降，平衡向原料方向进行。

13、裂解炉为什么采用分支变径管：缩短停留时间、提高裂解温度。

14、预分镏塔的作用：吸收裂解气中的重组分杂质（低沸点产物），降低能耗。

15、裂解气的分馏装置组成：净化、压缩、制冷、精馏装备。

16、裂解气的杂质：H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等气体杂质P87
17、杂质中酸性的来源：液体裂解原料中所含的硫化物在高温下与氢和水蒸气反应生成的CO2和H2S.P88
18、什么是“绿油”：乙炔发生聚合反应生成的称为“绿油”。

1、芳烃中BTM是什么：苯、甲苯、二甲苯。

☆2、有机化工中，以苯为原料的反应：乙烯烷基化制取乙苯；丙烯烷基化制取异丙苯；苯加氢制成环己烷；苯氯化生成氯苯；苯氧化生成顺丁烯二酸酐；苯硝化生成硝基苯。

3、焦化芳烃的组成特点：焦化芳烃产生75%的焦炭，产能比较低，组成含大量的苯，很难提纯，含杂质比较多。

4、什么是“气提”：通过惰性气体来降低溶质的气相分压，从而达到溶剂再生目的。

5、C8芳烃的转化包括哪几种转化：三种二甲苯之间的转化，乙苯与二甲苯之间的转化。

6、从热力学分析，二甲苯异构化的选择：在平衡混合物中，对二甲苯的平衡浓度最高能达到23.7%，并随着温度的升高逐渐降低，间二甲苯的含量最高，低温时最为显著；邻二甲苯的浓度随温度的升高而增高。

所以，C8芳烃异构化为对二甲苯的效率受热力学平衡所限制。

7、乙苯的异构化过程主要包括加氢、异构和脱氢过程。

8、C8芳烃的异构化为什么采用临氢异构：抑制高温下结焦，使乙苯转化为二甲苯。

9、C8芳烃的分离方法：深冷结晶分离法、络合萃取分离法、吸附分离法。

10、吸附分离方法用到的主要单元是部分氧化和蒸汽转化法。

第五章
1、加氢反应实例：一氧化碳加氢合成甲醇；烃类热裂解制合成气。

2从热力学角度分析，加氢反应的一般规律：催化加氢反应是放热反应，加氢反应的平衡常数K随温度的升高而减小；增大反应压力，可以提高K值；从化学平衡分析，提高反应物H2的用量，可以有利于反应向正方向进行，提高平衡转化率。

3、从动力学角度分析催化加氢的一般规律：温度升高会影响加氢反应的选择性，增加副产物生成，反应速率常数K随温度的升高而升高，平衡常数随温度的升高而下降；提高氢分压和被加氢物质的分压有利于反应速率的增加；氢过量可提高被加氢物质平衡转化率，加快反应速率，提高传热系数。

4、煤为原料生成氨的路线：煤（水蒸气、空气）→造气→脱硫→CO变换→脱CO2→精制→压缩→合成→氨。

空气
5、天然气生成合成氨的路线：天然气（轻油）+水蒸气→脱硫→一段转换→二段转换→ CO高变→CO低变→脱CO2 →甲烷化→压缩→合成氨
6、脱氢反应的类型：烷烃脱氢、烯烃脱氢、烷基芳烃脱氢、醇类脱氢。

☆7、甲烷化的目的：CO+3H2→CH4+H2O ; CO2+4H2→CH4+2H20，经CO变换和CO2脱出后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2,为了防止对氨合成催化剂造成危害。

因此，原料在进入合成工序前需进行原料气的最终净化。

8氨合成催化剂的组成包括α—Fe，Al2O3，K2O，CaO，MgO，SiO2等。

9、从热力学和动力学角度阐述工业生产中氨合成反应的特点：氨合成反应的特点为：放热、可逆、体积缩小、有催化剂。

从平衡观点看,氨合成是放热反应，低温有利于NH3的生成,但在没有催化剂的室温条件下，氢氮气不能生成氨，因此氨合成反应需要催化剂，当温度较低时催化剂的活性不能很好地发挥,不利于NH3的生成,所以反应有一个最适宜温度，生产中应及时移走反应热.氨合成反应是体积缩小的反应，提高压力有利于反应向正方向进行，压力愈高平衡时的NH3含量就愈高.另外，气体成分对氨的合成也有影响，惰性气含量高会降低有效气体成分的分压，不利于氨的合成；该反应为可逆反应。

1、选择性氧化的特点：反应放热量大；反应不可逆；氧化途径复杂多样；过程易燃易爆。

2、从反应相态分，烃类选择性氧化氛围哪几种：均相催化氧化和非均相催化氧化。

3、均相催化氧化反应有哪些类型：催化自氧化；络合催化氧化；烯烃的液相环氧化。

4、液相催化氧化的特点P223：反应平稳，易于控制；反应设备简单，生产能力高；反应温度不高，催化剂多为贵金属，要分离回收。

5、对苯二甲酸如何制备：以对二甲苯为原料，用醋酸钴、醋酸锰为催化剂，四溴乙烷做促进剂，在一定的压力、温度下用空气于醋酸溶剂中氧化。

6、苯酚和丙酮如何得到：苯和丙烯烷基化得到异丙苯，通过均相自氧化生成过氧化异丙苯，再于酸的催化作用下分解为苯酚丙酮。

7、什么是瓦克法：在均相配位催化剂的作用下，烯烃可氧化生成相同碳原子数目的羰基化合物，除乙烯氧化生成的乙醛外，其他均生成相应的酮。

8、瓦克法催化剂：Pdcl2+CuCl
9、非均相催化氧化的特征：反应物料在反应器中流速快，停留时间短单位体积反应器的生产能力高，适用于大规模连续生产；固体催化剂活性温度高。

10、非均相催化氧化还原机理：氧化还原机理，化学吸附氧化机理，混合反应机理。

11、非均相催化氧化还原的反应器：固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器。

12、什么是“热点”如何控制热点，热点的作用：加抑制剂；判断催化剂的寿命。

13：什么是“飞温”，什么是“尾烧”：在非稳定的操作状态下，当操作参数有小的扰动，反应器的局部地方或整个反应器中的温度大幅度的上升的现象。

反应放出的热量使出口气体温度迅速升高，这种现象称为“尾烧”。

14、为什么在丙烯腈的制备中，丙烯与空气的配比要大于理论值的配比：副反应要消耗一些氧气，为保证催化剂活性组分处于氧状态，反应尾气中必须要有剩余氧的存在。

15、钛硅分子筛的用途：具有优异选择性氧化功能，绿色环保。