化工工学试题与答案.doc

化工工艺学试题（1）一、填空：（每空1分共10分）1. 目前工业上对、间二甲苯的分离的工艺方法有低温结晶分离法、络合分离法和模拟移动床吸附法三种。2. 乙苯催化脱氢合成苯乙烯时脱氢部分常用多管等温型反应器和绝热反应器两种类型反应器。3、催化加氢反应所用的催化剂以催化剂的形态分有金属催化剂、骨架催化剂、金属氧化物、金属硫化物、金属络合物五种？二、简答（每题5分，共90分）1、煤的干馏和煤的气化的定义。答：将煤隔绝空气加热，随着温度的升高，煤中有机物逐渐开始分解，其中挥发性物质呈气态逸出，残留下不挥发性产物主是焦炭或半焦，这种加工方法称煤的干馏。煤、焦或半焦在高温常压或加压条件下，与气化剂反应转化为一氧化碳、氢等可燃性气体的过程，称为煤的气化。2、什么叫烃类热裂解？答：烃类热裂解法是将石油系烃类原料经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成分子量较小的烯烃、烷烃和其它分子量不同的轻质和重质烃类。3、烃类热裂解的原料有哪些？答：天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油4、烃类热裂解过程有何特点？ 答：强吸热反应，且须在高温下进行；存在二次反应，为了避免二次反应，停留时间很短，烃的分压要低；反应产物是一复杂的混合物，除了气态烃和液态烃外，尚有固态焦的生成。5、烃类热裂解制乙烯的分离过程中，裂解气为什么要进行压缩？为什么要分段压缩？答：裂解气中许多组分在常压下都是气体，沸点很底，为了使分离温度不太底，可以适当提高分离压力。多段压缩有如下好处：节省压缩功；段与段中间可以进行降温，避免温度太高引起二烯烃的聚合；段与段中间也可便于进行净化和分离。6、烃类裂解制乙烯的过程中，为什么要对裂解气进行脱酸性气体？怎样进行脱除？答：酸性气体主要是指二氧化碳和硫化氢，另外还含有少量有机硫化物，这些酸性气体过多会对分离过程带来危害：例如硫化氢会腐蚀管道和设备，使加氢脱炔催化剂中毒，使干燥用的分子筛寿命缩短，二氧化碳会结成干冰，会堵塞管道，他们对产物的进一步利用也有危害，所以必须脱除。用碱洗法脱除；酸性气体量多时可以先用乙醇胺脱除，再用碱洗法彻底除去。7、脱甲烷塔高压法和低压法有何优缺点？ 答：低压法分离效果好，乙烯收率高，能量消耗低。低压法也有不利之处，如需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂。高压法的脱甲烷塔顶温度为96左右，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯冷剂即可，比甲烷冷冻系统简单。此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投资和材质要求来看，高压法是有利的；但高压法因乙烯与甲烷相对挥发度接近而不易分离，运行能耗要高于低压法。8、为了节省能量和简化流程，乙烯塔作了哪两项改进？答：用中间再沸器的办法来回收冷量；不设第二脱甲烷塔，在乙烯塔塔顶脱甲烷，在精馏段侧线出产品乙烯，一个塔起两个塔的作用。9、写出在裂解气分离中低压脱甲烷塔的塔顶需要1400C左右的冷量，说明（或画图说明）如何获得这一级别的冷量？答：可采用甲烷、乙烯、丙烯三元复迭制冷循环，通过两个复迭换热器，使冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷就可向低于-140的冷量用户供冷。10、 芳烃烷基化反应中，工业生产上无水AlCl3催化剂应该怎样处理才具有活性？答：纯的无水AlCl3无催化活性，必须有助催化剂HCl或RCl同时存在，使其转化为络合物，工业生产上使用的AlCl3络合物是将无水AlCl3溶于芳烃中，并同时通入HCl（或加入少量水，使少量AlCl3水解产生HCl）配置而成芳烃H+AlCl4-的复合体。AlCl3络合物催化剂活性甚高，可使反应在100左右进行，还具有使多烷基苯与苯发生烷基转移的作用。但其呈强酸性，对设备、管道具有强腐蚀性。12、简要回答以苯和乙烯为原料，我们怎样才能合成出苯乙烯。以及苯乙烯在储存时应注意那些事项？答：包括两步：第一步苯与乙烯烷基化合成乙苯；第二步乙苯催化脱氢合成苯乙烯。因苯乙烯活性高，容易聚合，因此贮存的苯乙烯要放在干燥而清洁的贮槽中，必须加阻聚剂，环境温度不宜高，保持期也不宜过长。13、炔烃和烯烃在同一催化剂上加氢时，单独加氢和共同加氢时反应速度有何不同，为什么？答：同一催化剂上当单独加氢是烯烃速度大于炔烃，但当共同加烃时炔烃速度大于烯烃，这是因为共同存在时发生了吸附竞争，乙炔吸附能力最强，大部分活性中心被乙炔所覆盖，所以乙炔加氢速度快。14、举例说明芳烃之间转化的主要反应有哪几种。 答：异构化反应：歧化反应：烷基化反应：烷基转移反应：脱烷基化反应。化工工艺学（2）一、填空：（每空1分，共10分）1、衡量水质污染程度常用的指标是化学耗氧量和生物耗氧量。2. 烃类裂解制乙烯时，工业上采用吸附方式对裂解气脱水，用分子筛、活性氧化铝或硅胶作吸附剂。4、工业上常用的芳烃烷基化的烷基化剂主要有烯烃和卤代烷烃-两种，另外醇、醛、酮也可作为烷基化剂。二、简答（每题5分，共90分）1、 烃类热裂解制乙烯的过程中，管式裂解炉的辐射管为什么用变径管（前细后粗）比用均径管有好处？答：反应初期用小管径有利于强化传热，使原料迅速升温，缩短停留时间；裂解管后部管径变粗，有利于减小烃分压，减少二次反应，而且也不会因二次反应生成的焦很快堵塞管道，因而延长了操作周期，提高了乙烯收率。4、工业上苯的来源主要有哪5种？答：从炼焦副产粗笨中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取，从甲苯岐化获取或甲苯加氢脱甲基获取5、芳烃脱烷基化有哪几种方法？甲苯脱甲基工业化的是哪一种？答：、烷基芳烃催化裂化脱烷基；、烷基芳烃催化氧化脱烷基；、 烷基芳烃的加氢脱烷基；、 烷基苯的水蒸气脱烷基法。甲苯脱甲基工业化的是第种。7、工业上获取丁二烯有哪三种方法？目前主要是哪2种？答：（1）、从烃类热裂解制乙烯的联产物碳四馏分分离得到；（2）、由丁烷或丁烯催化脱氢法制取；（3）、由丁烯氧化脱氢法制取。目前主要是第一和第三种。8、烃类热裂解制乙烯的过程中，为什么要对裂解气进行脱炔？怎样进行脱除？答： 9、应当采取哪些措施，才能使多级循环制冷的能量得到合理利用？答：(1) 尽可能使各段引出的不同温度的蒸气，作不同温度级位的热剂，供工艺中相应温度级位的热量用户(如再沸器)的需要；(2) 尽可能使各段分出的不同温度的液体，作不同温度级位的冷剂，供工艺中相应温度级位的冷量用户(如冷凝器)之需要；(3) 尽可能组织热交换，把液态冷剂进行过冷，在过冷状态下进行节流膨胀，能多获得供冷的低温液态冷剂，少产生气相冷剂，使节流膨胀后的气化率降低，以提高制冷能力。11、烃类热裂解过程中为什么常用水蒸气做稀释剂？答：水蒸气除了能降低烃分压外，还有如下优点：热容大，能稳定炉温，保护炉管；易于分离，便宜易得；可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用；水蒸气在高温下有清焦作用；水蒸气的氧化性使金属表面的铁、镍形成氧化薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用。12、烃类热裂解制乙烯的过程中，结焦和生炭的机理有何不同？答：结焦是在较低的温度下（1200K通过芳烃缩合而成；生碳是在较高的温度下(1200K)通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠合的碳原子14、氧化脱氢法与催化脱氢法相比有哪些优点。答：与催化脱氢法相比,氧化脱氢法具有单程转化率和选择性高,能量消耗低等特点 15、 氢气的来源有哪些？答：电解水，炼油厂重整装置等的炼厂气分离，烃类热烈解装置也副产氢气，焦炉煤气经变压吸附分离，及工业上常用的烃类水蒸气转化或部分氧化法制氢。17、 石油加工方法中，什么是催化裂化、催化重整和加氢裂化？答：催化裂化目的是将不能用作轻质燃料的常减压馏分油，加工成辛烷值较高的汽油等轻质燃料；催化重整是使原油常压蒸馏所得的轻汽油馏分经过化学加工转变成富含芳烃的高辛烷值汽油的过程，现在该法不仅用于生产高辛烷值汽油，且已成为生产芳烃的一个重要方法；加氢裂化是炼油工业中增产航空喷气燃料和优质轻柴油常采用的一种方法，所用的原料是不容易处理的一些重质油品。 化工工艺学考试题（3）1、 写出合成气制甲醇、甲烷化法脱CO、丙烯氨氧化制丙烯腈的化学方程式。答：CO+2H2 CH3OH （1分） 2、 描述如何实现低压脱甲烷塔塔顶-140的低温，注：用丙烯、乙烯和甲烷三种制冷剂。答：可采用甲烷、乙烯、丙烯三元复迭制冷循环，通过两个复迭换热器，使冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷就可向低于-140的冷量用户供冷。（3分）或：3、 说明催化裂化和烃类热裂解的异同点。答：相同点：都是主要发生脱氢和断链反应；不同点：催化裂化温度低，裂解程度底，而烃类热裂解裂解程度高，催化裂化主要目的是生产高辛烷值汽油，而烃类热裂解主要目的是准备乙烯、丙烯并联产丁二烯等，催化裂化需要催化剂，烃类热裂解不需要催化剂。注：其他合理异同点也可。4、 烃类热裂解中，为何要加入水蒸气？答：水蒸汽优点：(1)降低烃分压，有利于一次反应，抑制二次反应。(2) 水蒸气的热容较大，水蒸气升温时虽然耗热较多，但能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管。(3) 易于从裂解产物中分离，对裂解气的质量无影响，且水蒸气便宜易得。(4) 可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用。 水蒸气在高温下与裂解管中沉积的焦碳发生如下反应C+H2O=H2+CO实际上起了对炉管的清焦作用。(5) 水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，使金属表面的铁、镍形成氧化薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用。5描述烃类热裂解中，链烷烃、环烷烃、芳烃和烯烃的裂解规律。答：烷烃正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，分子量愈小则烯烃的总收率愈高。异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃。随着分子量增大，这种差别就减小；环烷烃在通常裂解条件下，环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。含环烷烃较多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低；芳烃无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃，主要是侧链逐步断裂及脱氢。芳环倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。烯烃大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，但烯烃会发生二次反应，最后生成焦和碳。所以含烯烃的原料如二次加工产品作为裂解原料不好。6写出“三烯”和“三苯”的主要来源。答：“三烯”主要来源：炼厂气分离，烃类热裂解制备；“三苯”主要来源：从炼焦副产粗笨中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取。7催化加氢反应用的催化剂，写出在150以下、150200之间、高于250以及防止硫中毒各分别通常用哪一种或几种催化剂？答：通常反应温度在150以下，多用Pt、Pd等贵金属催化剂，以及用活性很高的骨架镍催化剂；而在150200的反应温度区间，用Ni、Cu以及它们的合金催化剂；在温度高于250时，多用金属及金属氧化物催化剂。为防止硫中毒则用金属硫化物催化剂，通常都是在高温下进行加氢。5、 工业上苯乙烯的主要来源有哪三种？储存苯乙烯时有哪些注意事项？答：烃类裂解制乙烯所得副产裂解汽油中分离；乙苯脱氢法制得；以乙苯和丙烯为原料联产苯乙烯和环氧丙烷的新工艺，称为哈尔康(Halcon)法。贮存的苯乙烯要放在干燥而清洁的贮槽中，必须加阻聚剂，环境温度不宜高，保持期也不宜过长。6、 简要回答以石脑油为原料，我们怎样才能合成出苯酚和丙酮。答：原油常减压蒸馏得到石脑油，石脑油热裂解并分离得到苯和丙烯，苯和丙烯烷基化得到异丙苯，异丙苯催化自氧化得到过氧化氢异丙苯，过氧化氢异丙苯酸性条件下分解得到苯酚和丙酮。15、烃类热裂解制乙烯的过程中，能量回收主要有哪三个途径？答：异构化反应，例如：间二甲苯异构化生成对二甲苯的反应；歧化反应，例如：甲苯歧化生成苯和二甲苯的反应；烷基化反应，例如：苯和乙烯烷基化化生成乙苯的反应；烷基转移反应，例如：三甲苯和甲苯发生烷基转移反应生成二甲苯的反应。脱烷基化反应，例如：甲苯脱烷基化反应生成苯的反应（或写方程式也可）19、乙苯催化脱氢合成苯乙烯工艺中脱氢部分用哪两种类型的反应器，各有什么优缺点。答：分为：（1）等温反应器和 (2)绝热反应器。等温反应器优点是出口温度高于进口，对动力学、热力学有利：采用等温反应器 脱氢，乙苯转化率选择性都好，另外水仅作为稀释，用量为绝热的1/2，缺点是结构复杂，成本高；绝热反应器优点是简单，生产能力大，成本低。缺点：出口温度低于进口影响转化率，因此绝热反应器脱氢，不仅转化率较低，选择性也较低。20、烃类裂解制乙烯的过程中，为什么要对裂解气进行脱水？怎样进行脱除？答：裂解气分离是在-100以下进行的，在低温下水能冻结成冰。在一定的温度压力下，水能和烃类形成白色结晶水合物，与冰雪相似，这些水合物，在高压低温下是稳定的冰和水合物结在管壁上，轻则增大动力消耗，重则使管道堵塞，影响正常生产。工业上是采用吸附方法脱水，用分子筛、活性氧化铝或硅胶作吸附剂。化工工艺学考试题（4）1. 基本有机化学工业的主要任务是什么？答：基本有机化学工业的主要任务是利用自然界中大量存在的天然资源（煤、石油、天然气及生物质等）通过各种化学加工的方法，制成一系列重要的基本有机化工产品。2. 写出由煤制乙炔的方程式，说明其缺点。答：电石制取：CaO+3CCaC2+CO电石生产乙炔：CaC2+2H2OC2H2+Ca(OH)2 缺点：电石生产乙炔耗电量大。3. 简要写出几种由生物质制备的化学品（至少5种）。答：例如：农副产品废渣的水解是工业生产糠醛的唯一路线，富含淀粉的谷类、薯类、植物果实等发酵制乙醇、甲醇和丙酮，以淀粉类物质为原料制麦芽糖和葡萄糖，以木屑、稻草和玉米芯等为原料制木糖和木糖醇，此外由某些植物提取香精、染料、药材等。4. 什么叫烃类热裂解过程的一次反应和二次反应。答：烃类热裂解过程中生成目的产物乙烯、丙烯等低级烯烃为主的反应称为一次反应；一次反应生成的乙烯、丙烯继续反应并转化为炔烃、二烯烃、芳烃直至生碳或结焦的反应成为二次反应。5. 什么叫停留时间，停留时间对裂解产物分布有何影响？ 答：物料从反应开始到达某一转化率时，在反应器中经历的时间叫停留时间。停留时间的选择除与裂解温度有关外，也与裂解原料和裂解工艺技术等有关：在一定的反应温度下，每一种裂解原料，都有它最适宜的停留时间，如裂解原料较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可选择稍长一些。6. 为什么要对裂解气急冷，急冷有哪两种？哪种方式更好？答：7. 管式裂解炉结焦的现象有哪些，如何清焦？答：裂解炉辐射盘管管壁温度或急冷锅炉出口温度超过规定值；或裂解炉辐射段入口压力增加值或急冷锅炉进出口压差超过规定值。清焦方法有停炉清焦法和不停炉清焦法(也称在线清焦法)。8. 什么是裂解气深冷分离？ 答：裂解气分离是在-100左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发度不同，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的。实际上，此法为冷凝精馏过程。 因为这种分离方法采用了-100以下的冷冻系统，故称为深度冷冻分离，简称深冷分离。9. 什么叫前加氢流程？什么叫后加氢流程？各有什么优缺点？答：前加氢：脱甲烷塔前进行的加氢脱炔。前加氢由于氢气自给，故流程简单，能量消耗低。缺点：加氢选择性较差，乙烯损失量多；同时副反应的剧烈发生，不仅造成乙烯、丙烯加氢遭受损失，而且可能导致反应温度的失控，乃至出现催化剂床层温度飞速上升；此外裂解气中较重组分的存在，对加氢催化剂性能有较大的影响，使催化剂寿命缩短。 后加氢：脱甲烷塔后进行的加氢脱炔。后加氢其优点有：一是因为是在脱甲烷塔之后进行，氢气已分出，加氢所用氢气按比例加入，加氢选择性高，乙烯几乎没有损失；二是加氢产品质量稳定，加氢原料中所含乙炔、丙炔和丙二烯的脱除均能达到指标要求；三是