化学工艺学总复习题(合集版)

1 化学工艺学总复习题化学工艺学总复习题 1 化工生产过程一般可概括哪三大步骤 P24 化工生产过程一般可概括为原料预处理 化学反应和产品分离 及精制三大步骤 2 化学工艺学的目的是什么 P1 创立技术先进 经济合理 生产安全 环境无害的生产过程 3 烃类裂解发生的基元反应大部分为自由基反应哪三个阶段 P61 链引发反应 链增长反应 链终止反应三个阶段 链引发反应 是自由基的产生过程 链增长反应时自由基的转变过程 在这个过 程中一种自由基的消失伴随着另一种自由基的产生 反应前后均保 持着自由基的存在 链终止是自由基消亡生产分子的过程 4 各族烃类的裂解反应难易顺序为 P61 正烷烃 异烷烃 环烷烃 六碳环 五碳环 芳烃 5 三大合成材料是哪些 合成塑料 合成橡胶 合成纤维 6 氨合成采用什么催化剂 各组分各有什么作用 P197 氨合成催化剂以熔铁为主 还原前主要成分是四氧化三铁 有 磁性 另外添加 Al2O3 K2O 等助催化剂 为了降低温度和压力 在 2 催化剂中加入钴和稀土元素 活性组分 Fe3O4经还原后生成 Fe 活性中心的功能是化学吸 附氮分子 使氮氮之间的三键削弱 以利于加氢形成氨 Al2O3是结构型助催化剂 它均匀地分散在 Fe 晶格内和晶格 间 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 是电子型助催化剂 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 SiO2的加入虽然有削弱催化剂碱性作用 但起到稳定铁晶粒作 用 增加催化剂的抗毒性和耐热性等 加入 MgO 能提高耐热性能和耐硫性 加入 CaO 能起助熔作用 使催化剂各组分易于熔融而形成均匀分布的高活性状态 7 影响化学平衡的因素有哪些 P30 反应温度 压力 浓度 反应时间 原料的纯度和配比等 8 烯烃裂解反应主要发生反应有哪些 P56 1 断链反应 2 脱氢反应 3 歧化反应 4 双烯合成反应 5 芳构 化反应 3 9 影响化学反应速度的因素有哪些 P30 反应温度 压力 浓度 反应时间 原料的纯度和配比等 惰性气体的存在 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 10 乙烯直接氧化法生产环氧乙烷 工艺流程包括哪两大部分 P247 反应部分和环氧乙烷回收 精制两大部分 11 固定床和流动床反应器各有什么特点 固定床 优点 返混较小 抑制串联副反应 提高选择性 对催化剂的强度 耐 磨性要求较低 流化床 优点 结构简单 催化剂装卸容易 空速大 良好的传热效率 反应 器内温度均一且易控制 存在返混 以提高反应物浓度和生产能力 固定床使用于有串联式深度氧化副反应的反应过程 流化床使用与深度氧化物主要来自于平行副反应 且主副反应活化能相差甚大 的反应 固定床反应器的缺点是 传热差 反应放热量很大时 即使是列 管式反应器也可能出现飞温 反应温度失去控制 急剧上升 超过 允许范围 操作过程中催化剂不能更换 催化剂需要频繁再生的 反应一般不宜使用 常代之以流化床反应器或移动床反应器 固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状 网状催化剂早已应用于工 业上 目前 蜂窝状 纤维状催化剂也已被广泛使用 与固定床反应器相比 流化床反应器的优点是 可以实现固体物料的连续输入 和输出 流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能 床层内部温度均匀 而且易 于控制 特别适用于强放热反应 便于进行催化剂的连续再生和循环操作 适于催化 剂失活速率高的过程的进行 石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的典型 例子 然而 由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性 对于反应器 4 来说 流化床又存在粉明显的局限性 由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈 循环和搅动 无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布 导致不适当的产品分布 阵低了目的产物的收率 反应物以气泡形式通过床层 减少了气 固相之间的接触机 会 降低了反应转化率 由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦 使催化剂 加速粉化 加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动 大量细粒催化剂的带出 造成明显的 催化剂流失 床层内的复杂流体力学 传递现象 使过程处于非定常条件下 难以揭 示其统一的规律 也难以脱离经验放大 经脸操作 12 属于对石油的一次加工和二次加工的过程分别有哪些 P14 18 一次加工 常压蒸馏 减压蒸馏 二次加工 催化重整 催 化裂化 催化加氢裂化 烃类热裂解 烷基化 异构化 焦化 13 评价裂解原料性质的指标主要有哪些 P64族组成 PONA 值 氢含量 特性因数 关联指数 BMCI 值 14 对于天然气水蒸汽转化反应有什么特点 影响天然气水蒸汽转 化反应的因素有哪些 P160 169 蒸汽转化法是在催化剂存在下及高温条件下 使甲烷等烃 类与水蒸气反应 生产 H2 CO 等混合气 该反应是强吸热反应的 需要外界供热 仅供参考 因素 温度 压力 水碳比 组分 气 流速度 15 影响催化剂使用寿命的主要因素有 P35 化学稳定性 热稳定性 力学性能稳定性 耐毒性 5 16 为什么要进行 CO 变换反应 P174 通过变换反应可产生更多氢气 同时降低 CO 含量 用于调节 H2 CO 的比例 满足不同生产需要 17 乙烯环氧化制环氧乙烷工艺的催化剂组成及性能 P243 由活性组分银 载体 和助催化剂组成 载体 提高活性银的分散度 防止银的微小晶粒在高温下烧结 助催化剂 使载体表面酸性中心中毒 减少副反应进行 18 二氧化碳脱除方法各有哪些 P183 溶液吸收剂吸收 分物理 化学 物理化学吸收 变压吸附 膜分 离等固体脱出法 19 丙烯氨氧化制丙烯腈工艺流程回收部分设置急冷器的理由 P256 防止丙烯腈 HCN 等副产物聚合 生产聚合物堵塞管道 20 烃类氧化反应基本特征有哪些 P222 反应放热量大 反应不可逆 氧化途径多种多样 过程易燃易爆 21 对烃类的裂解过程 对温度 压力和停留时间的要求 P72 73 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 有利于提高裂解选择性 高温短停留时间可抑制二次反应 提高烯烃收率 减少结焦 低压可促进乙烯一次反应 抑制发生聚 合的二次反应减轻结焦程度 6 22 合成氨反应的热力学特点及影响因素 可逆反应 正反应气态物质系数减小 正反应是放热反应 熵减小的 反应 因素 温度和压力 氮氢比 惰性气体 23 乙烯氧氯化单组分催化剂体系组成及作用 P305 24 几种基本反应的原子经济性 P411 414 1 重排反应 2 加成反应 3 取代反应 4 消除反应 5 氧化 反应 25 氨合成的熔铁催化剂组成 使用前后的注意事项 P197 198 26 什么是爆炸极限 爆炸极限的影响因素 P260 261 27 常采用哪些方法对合成气精制 铜氨液吸收法 甲烷化法 液氯洗涤法三种 28 请写出乙烯氧氯化的反应机理 第一步是吸附的乙烯与氯化铜起反应 生成 l 2 二氯乙烷 使二价铜还原为一 价铜的形式 第二步是一价铜被氧化为二价铜 并形成含有 CuO 的络合物 第三步是生成的络合物遇到氯化氢时 使络合物发生分解反应 形成有催化作 用的二价铜和水 29 合成氨反应历程包括几个步骤 P200 合成氨反应历程包括下列七个步骤 原料混合气中的 H2 和 N2 从气相主流体中扩散到铁催化剂的外表面 属外扩 散过程 H2 和 N2 从催化剂外表面向内孔扩散 到达催化剂微孔 属内扩散过程 扩散到内孔的 H2 和 N2 气被吸附在催化剂表面上 并被活化 属吸附过程 吸附态的 H2 和 N2 在催化剂表面上进行反应 经过一系列的中间化合 最后 形成吸附态的产物 属表面反应过程 7 吸附态的产物 NH3 从催化剂表面脱附下来 属脱附过程 脱附的产物从催化剂内孔向催化剂外表面扩散 属内扩散过程 产物从催化剂的外表面向主流体中扩散 属外扩散过程 30 烃类裂解为何采用水蒸汽作稀释剂 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 离负荷和困难 使用其他惰性气体为稀释剂时反应后均与裂解气混为一体 增 加了分离困难 水蒸气热容量大 使系统有较大热惯性 当操作供热不平稳时 可以起到稳 定温度的作用 保护炉管防止过热 抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀 脱除结碳 炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应 水蒸气对铁和镍有氧 化作用 抑制它们对生碳反应的催化作用 而且水蒸气对已生成的碳有 定的 脱除作用 31 裂解气中酸性气体主要有哪些 脱除方法有哪些 裂解气中的酸性气体主要是 CO2 HS 和其他气态硫化物 对裂解气分离装置 而言 CO2 会在低温下结成千冰 造成深冷分离系统设备和管道堵塞 HS 将 造成加氢脱炔催化剂和甲烷化催化剂中毒 对于下游加工装置而言 当氢气 乙烯 丙烯产品中的酸性气体含量不合格时 可使下游加工装置的聚合过程或 催化反应过程的催化剂中毒 也可能严重影响产品质量 因此 在裂解气精馏 分离之前 需将裂解气中的酸性气体脱除干净 脱除方法主要有 碱洗法脱除 酸性气体 乙醇胺法脱除酸性气 32 在裂解气的深冷分离流程中 乙烯损失的主要部位有哪几处 冷箱尾气中带出损失 乙烯塔釜液乙完中带出损失 脱乙烷塔釜液 C3 馏分中带出损失 压缩段间凝液带出损失 33 工业上采用的羰基合成催化剂有哪些 迄今为止 工业上采用的羰基合成催化剂 其中心原子只有钴和铑 未经改性 的羰基钴作催化剂 需要苛刻的反应条件 工业上采用的反应压力高达 30MPa 经配体改性后 反应压力可以降低 但催化剂活性下降很多 反应生 成醛的选择性亦发生变化 故限制了其应用范围 未改性的羰基铑同样需要高 的反应压力 并且产物的区域选择性很差 未能在工业上采用 经配体改性的 羰基铑催化剂 反应条件缓和 在催化剂浓度很低的情况下 即有满意的反应 8 速度 产物的化学选择性和区域选择性都大大优越于钴 34 选择性氧化反应中致稳气的作用 P247 致稳气是惰性的 能减小混合气的爆炸限 增加体系安全性 具有较高的比热 容 能有效地移出部分反应热 增加体系稳定性 35 烃类裂解为何采用水蒸汽作稀释剂 P75 36 绿色化学定义 环环境无害化学 环境友好化学 清洁化学 在化学产品的设计 制 造和应用中避免和减少对人类健康和生态环境有毒有害物质的使用 和产生 37 绿色化学工艺的途径和手段 指在绿色化学基础上开发的从源头上阻止环境污染的化学工艺 该工艺的建立和开发的指导思想是采用 原子经济 反应 即原 料中每一个原子都转化成产品 不产生任何废物和副产品 实现 废物的 零排放 也不采用有毒有害的原料 催化剂和溶剂 并生产环境友好的产品 过程绿色化 产品绿色化 38 裂解气出口急冷操作的目的 裂解炉出口的高温裂解气在出口高温条件下将继续进行裂解反应 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 当裂解气温度降至 650 以下 时 裂解反应基本终止 急冷有间接急冷和直接急冷之分 39 参考有关工艺流程图 简要回答问题 9 1 为何采用二段压缩 2 13 合成塔是何种形式的合成塔 3 惰性气体含量对平衡氨浓度有何影响 4 温度对合成氨有何影响 5 简述此工艺中能量是如何充分合理利用的 40 下图为氧气法生产环氧乙烷的工艺流程 请回答下列问题 1 该流程可分为哪几个工序 10 2 该法安全生产的关键部分是什么 采取了哪些安全措施 3 5 6 设备各起何作用 何者操作压力高 何者操作温度高 4 氧气法和空气法为何均不采用流化床反应器 41 原子经济性和原子利用率的定义是什么 请根据定义计算丙烯与过氧化氢 环氧化合成环氧丙烷的原子经济性 P411 42 几类化学反应的原子经济性 P411 414 重排反应 加成反应 取代反应 消除反应 氧化反应 43 生物技术生产大宗化学品的典型产品有哪些 并简述其生产工艺 P383 384 燃料乙醇 丙烯酰胺 聚乙酸 1 3 丙二醇等 44 如何认识生物技术生产大宗化学品的优势与不足 45 生物技术生产大宗化学品过程中涉及哪些方面的技术 如何认识各项技术 的作用与地位 46 试比较生物催化剂与化学催化剂的异同 生物催化剂 游离的或固定的细胞或酶的总称 在反应过程中起催化剂作用 生物催化剂包括生物体和酶类 具有高效性和高选择性 易于催化得到较纯的 产品 可减少废物排放 11 有机化工工艺思考题有机化工工艺思考题 第一 第二章 绪论 理论基础 1 简单介绍煤化工的主要加工路线及各路线主要产品 375 答 煤高温干馏 焦炉气 粗苯 煤焦油 焦炭 低温干馏 焦炉气 低温煤焦油 半焦 煤气化 合成气 甲醇 F T 合成油 煤直接液化 合 成油品 2 你认为传统大宗化工产品的生产过程应该如何改进以适应目前的安全 环保 和经济需求 答 合理工艺 高效催化剂 减少高温 高压过程 反应设备小型化 强化传 热 传质 采用可再生资源 减少排放 减少有毒产物的生产及使用 等等 3 谈谈你对绿色化工过程的认识 答 1 绿色原料 2 绿色溶剂 3 安全过程 4 绿色产品 5 能 耗降低 4 对于现代工业化学过程所面临的安全 环保问题 你有何改进的建议 提出 10 条具体措施 375 答 合理工艺 高效催化剂 减少高温 高压过程 反应设备小型化 强化传 热 传质 采用可再生资源 减少排放 减少有毒产物的生产及使用 绿色 溶剂 过程自动化 等等 5 简单说明石油加工过程中的常 减压蒸馏 催化裂化 催化重整 加氢裂化 的原理及各个过程中原料的物理 化学变化 375 答 常 减压蒸馏 利用原油组分的沸点不同 采用常 减压蒸馏的方法将 原油分离为不同沸程的产品 该过程为物理过程 催化裂化 在催化剂作用下 将大分子的重质油裂化小分子的液体 气体产物 该过程为化学过程 催化重 整 在铂催化剂作用下 直链油品的 C C 键发生重新排列形成富含芳烃 环烷 烃 支链烃的产物 该过程为化学过程 加氢裂化 在催化剂和氢气作用下 将重质油加热裂化得到小分子油品的过程 化学过程 6 简述你所了解的生物质及其在化学工业中的应用 答 生物质在工业中的应用相当广泛 目前生物的工业应用有 1 糠醛生 产 2 糖类 淀粉乙醇发酵 3 纤维素制乙醇 4 生物柴油 5 农林废弃 物制合成气等 12 第三章 烃类热裂解 1 结合烃类热裂解过程的反应特点 提出裂解炉管的改进建议及理由 2 答 反应特点 1 自由基反应 强吸热 反应温度高 2 具有二次反 应 易结焦 生碳 3 反应为气体裂解反应 气体体积增大 4 目标产 物为化学性质不稳定的物质 针对裂解炉管的改进措施 1 采用耐高温合 金 提高反应温度 2 采用细径炉管 强化传热 炉管变径 前细后粗 降低气体分压 减少结焦 生碳 3 炉管内涂层 减少结焦 生碳 4 减少管程 缩短停留时间 5 炉管内加翅片 强化传热 2 裂解气急冷的目的是什么 说说急冷器的分类和它们的优缺点 答 急冷的目的 1 终止反应 2 回收热量 3 产物初步分离 急 冷分为直接急冷 间接急冷 直接急冷 优点 结构简单 传热效果好 缺 点 热量无法回收 产生油水混合物 间接急冷 优点 回收热量 无污水 缺点 传热效果差 易结焦 3 工业上由裂解汽油 重整汽油中分离芳烃的方法有那些 它们的原理是什么 答 芳烃分离的方法 溶剂萃取 萃取蒸馏 萃取 利用芳烃极性较大 的性质 采用大极性溶剂将芳烃从油品中萃取 萃取蒸馏 萃取与蒸馏偶合 利用萃取剂提高烃类沸点的原理 提高分离度 4 裂解炉中甲烷 乙烷 丁烷 环己烷 乙苯 甲苯 水 氢各自能发生那些 化学反应 答 裂解炉管中 甲烷不能发生化学反应 乙烷主要反应为脱氢生成乙烯 丁烷可发生脱氢 C C 键断裂 环己烷主要反应为脱氢芳构和 C C 键断 乙苯 的主要反应为侧链脱除 甲苯反应主要为稠合 水的主要反应为消碳反应 氢 气主要为加氢和氢解反应 5 简述 SRT 裂解炉到 SRT 裂解炉是如何围绕减少停留时间 提高反应温 度 减少烃分压三个原则进行改进的 答 SRT 裂解炉到 SRT 裂解炉的改进包括 1 管程不断减少 由 8 程 减少为 2 程 管长由 80 90 米减少为 20 米左右 这样大大缩短了气体在炉管里 的停留时间 由 0 6 秒减少到 0 2 秒左右 2 短停留时间炉由均径炉管发展为 变径炉管 变径炉管在炉管的前程采用细管 挺高了传热效率 所以可以使反 应温度迅速提高 而且采用了耐热合金可以承受更高温度 炉管温度得以提高 3 采用变径炉管 炉管后程采用大直径炉管 提高了炉管内的容积 降低了气 体压力 有利于提高平衡收率 减少积碳 13 6 裂解气分离过程采用分级压缩的原因是什么 若采用一次压缩到工作压力有 什么缺点 答 分级压缩 分级冷却的目的 减少压缩过程中气体的温度上升 降低烯 烃的副反应 若一次压缩到工作压力 气体升温大 容易使烯烃产生聚合等不 利反应 7 从原料的反应特性角度 比较 1 干天然气 2 直馏汽油 3 重整汽 油 4 煤焦油作为热裂解原料的优劣 请从优到劣排序 并简单说明理由 答 从原料的裂解特性角度 1 直 支链烷烃 环烷烃 芳香烃 2 轻质原 料优于重质原料 3 甲烷在裂解管内不发生化学反应 干天然气的主要成分为 甲烷 所以不能作为裂解原料 直馏汽油的主要成分为直 支链烷烃和环烷烃 轻质组分含量大 是性能较好的裂解原料 重整汽油中除直 支链烷烃和环烷 烃外 还含有大量烯烃及芳香烃 所以裂解性能较差 煤焦油一般来说含大量 单环 稠环芳香族化合物 分质量相对较高 在裂解管内结焦 生碳严重 不 是好的裂解原料 所以 2 直馏汽油 3 重整汽油 4 煤焦油 1 干 天然气 14 第四章 芳基转化 1 苯与乙烯烷基化反应中多乙苯形成的原因 工业过程中采取了那些措施减少 多乙苯的产生 答 烷基化反应机理为 F C 反应 是一种亲电取代的反应过程 烷基为供电 基 所以容易发生多烷基反应 工业上采用了 1 低乙烯 苯物料比 2 多 烷基产物循环 3 短接触时间 气相烷基化 多烷基化过程为串联过程 4 高选择性催化剂 分子筛 5 合理生产工艺等措施来减少多乙苯的生成 2 苯烷基化的催化剂有哪些类型 这些催化剂的特点有什么 使用时要注意 什么问题 答 苯烷基化的催化剂类型有 1 Lewis 酸 2 质子酸 3 分子筛等 Lewis 酸催化活性高 具有烷基化和脱烷基能力 但性质不稳定 不耐水 有 一定腐蚀性 会产生无机污染物 质子酸 活性高 但对设备腐蚀大 分子筛 催化剂 结构稳定 与产物分离简单 具有烷基化 烷基转移 异构化 择型 催化能力等特殊功能 3 比较甲苯催化脱烷基 热脱烷基两种工艺的优 缺点 答 甲苯热脱烷基 优点 自由基反应 无需催化剂 产率高 选择性较好 设备结构简单 生产能力大 结焦少 设备开工时间长 缺点 反应温度高 能耗大 催化脱烷基 优点 反应温度低 转化率 选择性优 缺点 设备复 杂 需催化剂 易结焦 4 二甲苯异构化的主要目标是增产对二甲苯 但受反应热力学的限制 对二 甲苯的产率低 如何提高对二甲苯的产率 你有何建议 答 二甲苯异构化生产对二甲苯的过程受热力学限制产率在 23 左右 为 提高对二甲苯的产率 可以采用 1 循环反应 2 采用具有择型催化能力的 分子筛催化剂提高选择性等办法 15 第五章 合成气 1 煤制合成气 天然气制合成气 渣油制合成气的工业生产设备的结构如何 有何不同 为什么会有这些不同 答 煤 气 固反应 空气 氧气 和水蒸气为气化剂 无催化剂 高温热 化学反应 汽化炉 固定床 流化床 气流床 天然气 气 气接触催化反应 水蒸气为气化剂 一段转化炉 固定床 二段转化炉 空气 水蒸气为气化剂 渣油 液 气部分氧化反应 空气 氧气 为气化剂 无催化剂 气化炉 设备结构不同的原因 原料结构 性质 状态不一样 采用的加工方法不同 所以采用的设备也不相同 2 合成气生产中 硫化物的脱除方法有那些 若要回收利用这些硫 请设计流 程 框图 答 合成气脱硫有湿法 干法两种 干法采用碱性固体吸附剂脱除硫 化物 湿法有 氧化法 化学吸收 乙醇胺法 催化法 物理吸收法 低 温甲醇法 和物理化学吸收法 流程图 3 有机胺 硫化物 水 氧对煤 天然气 重油这三种制合成气的过程有什么 影响 答 煤 重油制合成气是热化学过程 天然气制合成气为催化转化过程 有 机胺 硫化物对煤 重油气化过程无明显不良影响 对天然气转化过程会影响 催化剂活性 水 氧是煤和天然气气化过程的气化剂 而重油气化过程的气化 剂是氧 4 从原料的物理 化学特性分析 你认为生物质制合成气过程在反应装置 气 化剂两方面与 1 煤制气 2 重油制合成气 3 天然气制合成气三过程哪个 最相似 并简单说明原因 答 煤制气 气 固反应 空气 氧气 和水蒸气为气化剂 无催化剂 高 温热化学反应 汽化炉 固定床 流化床 气流床 天然气制合成气 气 气接 触催化反应 水蒸气为气化剂 一段转化炉 固定床 二段转化炉 空气 水 蒸气为气化剂 渣油制合成气 液 气部分氧化反应 空气 氧气 为气化剂 无催化剂 气化炉 16 生物质制气 气 固反应 空气 氧气 和水蒸气为气化剂 无催化剂 高 温热化学反应 汽化炉 固定床 流化床 气流床等 生物质是固体 其在高温脱水可以生成炭 其理化性质与煤接近 所以生物 质制合成气的装置 气化剂与煤气化过程相似 原料结构 性质 状态相近 采用的加工方法也相似 所采用的设备也相似 第六章 加氢与脱氢 1 工业合成氨过程和甲醇合成过程都有较大的气体循环量 为什么 理论上 有那些措施可以减少气体循环量 答 两个过程都是放热反应 可逆平衡反应 而且在反应温度下平衡转化率 较低 大量气体原料未转化 必须循环使用 所以造成气体循环量大 理论上减少气体循环量的办法 1 两个反应均为气体体积减小的反应 采用加压的方法可以提高转化率 减少未转化气体 2 两反应均为放热反应 采用低温反应有利于提高转化率 降低气体循环量 但必须采用高活性催化剂 3 合理的工艺条件 如 物料比 气速等可以减少气体循环量 4 高效的产 物分离 也可降低气体循环量 2 合成氨塔使用过程中 催化剂失活的可能原因有那些 如何解决 答 催化剂失活的原因有 1 晶粒长大 2 催化剂中毒 晶粒长大必 须更换催化剂 催化剂中毒 暂时中毒可以再生 永久中毒必须更换催化剂 3 理论上 工业加氢与脱氢可以采用同种催化剂 但实际生产中却使用两种不 同类型的催化剂 原因是什么 答 工业加氢用通常用金属催化剂 脱氢过程用金属氧化物催化剂 金属催 化剂活性高 氧化物催化剂活性相对低 但脱氢过程中容易生碳 所以通常采 用水蒸气为稀释剂消碳 但金属催化剂通常对水蒸气不耐受 所以脱氢过程一 般采用氧化物催化剂 脱氢反应温度高 金属氧化物耐热性能好 4 合成氨过程中 产品氨分离的方法为冷凝分离 你还有什么分离方法的建议 答 1 低温溶剂吸收 2 吸附剂 3 膜分离 4 酸性吸收剂等 5 乙苯催化脱氢制苯乙烯过程 比较采用 1 水蒸汽 2 氢气 3 氮气作 为稀释气体的优劣 排序并简单说明原因 答 1 乙苯催化脱氢制苯乙烯过程 是一个气体体积增大的反应 加入稀释气 体 降低气体分压 有利于平衡向产物方向移动 2 乙苯制苯乙烯是在高温下 的催化脱氢反应 结焦 生碳严重 采用稀释气体有利于减少上述副反应的发 生 提高催化剂使用寿命 17 理论上 1 水蒸汽 2 氢气 3 氮气都可作为乙苯脱氢过程的稀释剂 但氢气是脱氢过程的产物 作为稀释气体 会降低平衡转化率 而且氢气使用 有安全问题 氮气为惰性气体 但无消碳作用 水蒸气的热容大 安全 且对 焦 碳等具有消除作用 是较好的稀释气体 所以 1 水蒸汽 3 氮气 2 氢气 第七章 选择性氧化 1 工业氧化过程 选择性低 难于控制的原因是什么 答 1 工业氧化过程中多数反应为自由基反应过程 反应中间体活性高 反 应机理复杂 可能的反应途径多 副产物种类多 氧化过程为串联过程 容易 形成不同氧化成都的产物 2 催化氧化过程的机理 历程研究不明确 所以有针对的解决问题的方法较 少 3 氧化过程强放热 过程安全问题突出 所以也导致对工艺条件的诸多限制 不利于反应过程的优化 2 工业氧化过程中的致稳气的作用是什么 常用的种类有那些 各种致稳气使 用的优缺点是什么 答 工业氧化过程的致稳气有 氮气 二氧化碳 甲烷 氮气成本低 热容相对小 甲烷热容大 可以缩小爆炸范围 减少爆炸强度 二氧化碳 反应中的副产物 无需外加 第八章 羰基合成 1 结合丙烯氢甲酰化合成丁醛过程 说明催化剂的结构 性能改进是如何推动 该工业过程的发展 答 氢甲酰化过程采用的催化剂发展了三种类型 1 羰基钴 2 膦配体羰 基铑 3 磺基膦配体羰基铑 羰基钴催化剂 活性低 需高温高压条件 催化剂用量大 需回收 对设备 有磨损 正 异构比例低 膦配体羰基铑 活性高 低温低压操作 催化剂回收 工序多 难度较大 催化剂成本高 流失大 正 异构比例高 磺基膦配体羰基 铑 活性高 低温低压 产物分离简单 催化剂回收方便 流失少 正 异构比 例高 2 羰基合成乙酸过程中加入碘化物的作用是什么 常用的碘化物种类有那些 答 碘化物为羰基化过程的催化剂 常用碘化物有 1 碘化氢 2 碘 18 甲烷 3 碘单质 第九章 氯化 1 二氯乙烷热裂解过程副反应较多 请从反应机理入手 提出减少副反应的建 议 答 二氯乙烷热裂解反应中的副反应包括 异构化 芳构化 聚合 C C 键断裂 生碳等 二氯乙烷热解的主反应为自由基反应 可以采用 1 适 宜的反应温度 2 采用光催化或加入引发剂 3 采用适宜催化剂等方法提 高主反应选择性 2 丙烯用氯气氯化的可能产物有那些 若目的产物为 氯丙烯 你有何措 施提高目的产物的选择性 20 分 答 丙烯氯气氯化的可能产物有 加成氯化产物 热氯化产物 多氯化产物 氯热解产物 1 氯丙烯的生成为热促自由基反应 高温有利于该反应的发生 2 在 丙烯氯化的所有产物中 氯丙烯的氯含量最低 所以低氯 丙烯比有利 于其生成 3 强化混合效果有利于减少多氯产物的生成 并使反应过程稳 定 安全 4 减少接触时间有利于降低多氯化串联反应的发生 提高 氯丙烯的选择性的方法 1 提高反应温度 2 低氯摩尔比 3 强化丙烯与氯气的混合 4 减少气体接触反应时间 第十章 生物质转化与利用 1 生物柴油的生产方法有那些并简单介绍这些方法的工艺 答 生物柴油的生产方法 分为物理法 化学法 物理法包括 直接混 合 动植物油脂与石化柴油直接混合 微乳液法 利用乳化剂将动植物油脂 与石化柴油混合 化学方法包括 热裂解法 热化学方法将油脂裂解变成小 分子化合物 酯交换法 利用甲醇 乙醇与甘油交换得到小分子化合物 2 简单介绍生物柴油合成的酸催化 碱催化 生物催化和超临界法的基本化学 过程 并比较这些方法的优缺点 答 生物柴油的生产采用动植物油脂与低级醇发生酯交换反应制备 酸催化法 采用质子酸 Lewis 酸 固体氧化物等酸性催化剂 碱催化法 采用无机碱 固载无机碱等碱性催化剂 生物催化采用的催化剂是改造后的脂肪酶 超临界 法不用催化剂 在低级醇的超临界条件下 直接进行酯交换 19 超临界法超临界法生物催化法生物催化法化学催化法化学催化法 催化催化 剂剂 无无酶酶酸 碱酸 碱 反应反应 条件条件 300 300 10MPa 10MPa 需有机溶剂 醇需有机溶剂 醇 5 105 10 minmin 30 60 30 60 常常 压压 需有机溶剂 需有机溶剂 醇醇 1 201 20 h h 40 80 40 80 常压常压 需有机溶剂 醇需有机溶剂 醇 1 201 20 h h 产率产率 98 98 88 88 95 95 原料原料 要求要求 很低很低一般一般 酸值不高于酸值不高于 1mg1mg KOH gKOH g 油 水分含量低于油 水分含量低于 0 005 0 005 皂化皂化 产物产物 无无无无有有 产物产物 分离分离 方法方法 静置分层静置分层过滤过滤中和 离心 水洗中和 离心 水洗 反应器结构 1 可逆放热反应过程中采用的反应器设计中 工业上有什么方法控制反应温度 与最优操作温度接近 答 可逆放热过程 随反应进行温度不断提高 而过程的平衡收率随温度上 升而降低 工业上采用分步冷却的方法使反应温度与最优操作温度接近 冷却 方式包括 直接冷却和间接冷却 H2C HC H2C O O O Fatty acid Fatty acid Fatty acid CH3OH or CH3CH2OH H2C HC H2C OH OH OH CH3O Fatty acid or CH3CH2O Fatty acid 1 3 20 一 简答题 1 化学工业按生产的产品分类可分为那几大类 答 化学工业按产品分类可分为如下几大类 1 无机化学工业 2 有机化学工业 3 精细化学品工业 4 高分子化学工业 5 生物化工工业 2 化学工业的主要资源包括那些 答 化学工业的主要资源包括 无机化学矿 石油 煤 天然气 生物质 再 生资源 空气和水等 3 烃类热裂解产物中的有害物质有哪些 存在哪些危害 如何脱除 答 烃类热裂解产物中的有害物质包括 硫化氢等硫化物 二氧化碳 炔烃和 水 硫化氢的危害 硫化氢会腐蚀设备和管道 使干燥的分子筛的寿命缩短 使脱炔用的加氢催化剂中毒并使烯烃聚合催化剂中毒 二氧化碳的危害 在深冷分离裂解气时 二氧化碳会结成干冰 堵塞管道 及设备 影响正常生产 对于烯烃聚合来说 是烯烃聚合过程的惰性组分 在 烯烃循环时造成积累 使烯烃的分压下降 从而影响聚合反应速度和聚合物的 分子量 炔烃的危害 炔烃使乙烯和丙烯聚合的催化剂中毒 水的危害 在深冷分离时 温度可达 100 水在此时会结冰 并与甲烷 乙烷等形成结晶化合物 CH4 6H2O C2H6 7H2O C4H10 7H2O 这些结晶会 堵塞管道和设备 脱除方法 硫化氢和二氧化碳用氢氧化钠碱液吸收来脱除 炔烃采用选择 性加氢法来脱除 水采用分子筛干燥法脱除 4 简述芳烃的主要来源 答 芳烃的主要来源有 1 从煤焦化副产煤气所得粗苯和煤焦油中提取 2 从催化重整汽油中提取 3 从烃类热裂解制乙烯所得裂解汽油中提取 4 轻烃芳构化和重芳烃轻质化制芳烃 5 举例说明芳烃转化催化剂有哪些 答 芳烃转化所用催化剂包括 1 酸性卤化物 如 AlCl3 AlBr3 BF3等路易斯酸 2 浸渍在载体上的质子酸 如 载于硅藻土或硅胶等载体上的硫酸 磷酸 及氢氟酸等 21 3 浸渍在载体上的路易斯酸 如载于 Al2O3上的 AlCl3 AlBr3 BF3 FeCl3 ZnCl2 TiCl4等 4 混合氧化物催化剂 如 SiO2 Al2O3等 5 贵金属 氧化硅 氧化铝催化剂 如 Pt SiO2 Al2O3等 6 分子筛催化剂 如经过改性的 Y 型分子筛 丝光沸石和 ZSM 系列分子 筛等 6 工业上生产合成气的方法有哪些 其中哪种方法投资和成本最低 答 工业上生产合成气的方法有 1 以煤为原料的煤气化法 2 以天然气为原料的天然气蒸汽转化法 3 以重油或渣油为原料的部分氧化法 其中以天然气蒸汽转化法的投资和成本最低 7 合成气主要工业化用途有哪些 合成气的主要工业化用途包括 1 合成氨 2 合成甲醇 3 合成醋酸 4 烯烃的羰基合成 5 合成天然气 汽油和柴油 8 在乙烯直接氧化制环氧乙烷过程中 与空气氧化法相比较 氧气氧化法有哪 些优点 答 与空气氧化法相比 用氧气氧化乙烯制环氧乙烷具有如下优点 1 空气氧化法反应部分的工艺流程较为复杂 需要空气净化系统 排放气 氧化和吸收系统及催化燃烧系统 2 3 台氧化反应器 而氧气氧化法只 需要一台反应器 不需要上述系统 仅多了一套脱碳系统 不包括空气 分离装置时 氧气氧化法的建厂费用和固定资产投资比空气氧化法省 2 氧气氧化法的催化剂不会受空气污染 且氧化反应温度低 因此催化剂 的寿命长 3 氧气氧化法可采用浓度较高的乙烯 反应器的生产能力比空气氧化法高 4 氧气氧化法的乙烯消耗定额和电力消耗比空气氧化法低 9 丁二烯的生产方法有哪些 答 丁二烯的工业生产方法包括 1 从烃类热裂解制乙烯副产的 C4馏分得到 2 乙醇和成丁二烯 3 由正丁烷和正丁烯脱氢得到 4 正丁烯氧化脱氢制丁二烯 10 在丁二烯的生产过程中 加入水蒸气具有哪些作用 答 水蒸汽的作用包括 1 加入水蒸汽可以提高反应的选择性 2 加入水蒸汽可以提高反应速率 3 加入水蒸汽可以控制反应温度 4 加入水蒸汽可以利用水煤气反应达到清焦的作用 5 加入水蒸汽可以降低爆炸极限 达到防止爆炸的目的 22 11 说明氨合成催化剂的组成及其作用 答 氨合成催化剂的组成包括 Fe Al2O3 K2O CaO MgO SiO2等 1 氨氧化催化剂的活性组分是 Fe 未还原时为 FeO Fe2O3 其中 FeO 占 24 38 Fe2 Fe3 0 5 一般在 0 47 0 57 之间 可视为 Fe3O4 具有 尖晶石结构 2 Al2O3的作用 Al2O3与 Fe3O4作用可形成 FeAl2O4 具有尖晶石结构 当 催化剂还原后 Fe3O4被还原为 Fe 而未被还原的 Al2O3仍保持着 尖晶石结构 起到骨架作用 从而防止铁细晶的长大 使催化剂的比表 面积增加 活性增加 因此 Al2O3为结构型助催化剂 氧化镁的作用与 Al2O3的作用相似 也是结构型助催化剂 3 K2O 的作用 氧化钾是电子型助催化剂 在 Fe Al2O3催化剂中添加氧 化钾后 可以使金属的电子逸出功下降 有助于氮的活性吸附 4 CaO 的作用 CaO 的作用与 K2O 相似 也是电子型助催化剂 同时 氧 化钙能降低固熔体的熔点和粘度 有利于三氧化二铝和四氧化三铁固熔 体的形成 提高催化剂的热稳定性 5 Si2O 的作用 二氧化硅是磁铁矿中的杂质 具有中和 K2O 和 CaO 的作 用 此外 Si2O 还具有提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能 12 天然气蒸汽转化反应是体积增大的可逆反应 加压对化学平衡不利 为什么 还要加压操作 答 从烃类蒸汽转化反应的平衡考虑 反应宜在低压下进行 但从 20 世纪 50 年代开始 逐渐将压力提高到 3 5 4 0MPa 下操作 现在的最高压力可达 5MPa 其原因如下 1 可以节省压缩功耗 烃类蒸汽转化为体积增大的反应 而气体的压缩功与被压缩气体的体积成 正比 所以压缩含烃原料和二段转化所需的空气的功耗要比压缩转化气节省 同时由于氨是在高压下合成的 氢氮混和气压缩的功耗与压缩前后压力比的对 数成正比 这就是说 合成压缩机的吸入压力越高 压缩功耗越低 尽管转化 反应压力提高后 原料气压缩和二段转化所用的空气压缩机的功耗要增加 但 单位产品氨的总功耗还是减少的 2 可以提高过量蒸汽余热的利用价值 由于转化是在过量水蒸气条件下进行的 经一氧化碳变换冷却后 可以回 收原料气中大量余热 其中水蒸气的冷凝热占有相当大的比重 这部分热量与 水蒸气的分压有直接关系 压力越高 水蒸汽的分压也越高 因此其冷凝温度 即露点 越高 在同一汽气比条件下 低变炉出口气体的露点随压力的升高 而增加 蒸汽冷凝液利用价值也就越高 温度相同 压力越高 热效率越高 即回收的热量越多 3 可以减少原料气制备与净化系统的设备投资 转化压力提高 变换 净化以至到氢氮混和气压缩机前的全部设备的操作 压力都随着提高 对于同样的生产规模 在一定程度上 可以减少设备投资 而且在加压条件下操作 可提高转化和变换的反应速率 可以减少催化剂用量 13 在烃类热裂解的过程中 加入水蒸气作为稀释剂具有哪些优点 答 在烃类热裂解的过程中 加入水蒸汽作为稀释剂具有如下优点 23 1 水蒸汽的热容较大 能对炉管温度起稳定作用 因而保护了炉管 2 水蒸汽价廉易得 且容易与裂解产物分离 3 水蒸汽可以抑制原料中的硫化物对合金钢裂解炉管的腐蚀 4 水蒸汽可以与裂解管中的焦炭发生水煤气反应而清焦 5 水蒸汽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膜 从而减轻了铁 镍对烃类气体分解生炭的催化作用 14 裂解气的压缩为什么采用多级压缩 确定压缩段数的依据是什么 答 裂解气的采用多级压缩的优点 1 节约压缩功耗 压缩机压缩气体的过程接近绝热压缩 功耗大于等温压 缩 如果把压缩分为若干段进行 段间冷却移热 则可节省部分压缩功 段数越多 越接近等温压缩 2 裂解气中的二烯烃易发生聚合反应 生成的聚合物沉积在压缩机内 严 重危及操作的正常进行 而二烯烃的聚合速度与温度有关 温度越高 聚合速度越快 为了避免聚合现象的发生 必须控制每段压缩后气体温 度不高于 100 3 减少分离净化负荷 裂解气经过压缩后段间冷凝 可除去大部分的水 减少干燥器的体积和干燥剂的用量 延长干燥器的再生周期 同时还可 以从裂解气中分凝出部分 C3及 C3以上的重组分 减少进入深冷系统的 负荷 从而节约了冷量 根据每段压缩后气体温度不高于 100 避免二烯烃在压缩机内发生聚合 反应 压缩机的压缩比为 2 左右 并依据气体的最初进口压力和最终出口压力 来确定压缩机的段数 15 说明在裂解气的分离过程中 设置冷箱的作用及其特点 答 在烃类热裂解的裂解气分离的过程中 设置冷箱的作用提高乙烯的回收率 冷箱的特点 1 用冷箱分出氢气 91 48 使脱甲烷塔的 CH4 H2增加 从而使乙烯的 回收率增加 2 冷箱分出的富氢可作为炔烃加氢的原料 3 冷箱采用逐级冷凝 分股进料 从而减轻脱甲烷塔的负荷 4 流程通过节流阀 A B C 的节流制冷作为低温冷量的来源 冷箱适用于生产规模大 自动化水平高 原料气组成稳定的流程 16 工业上氢气的来源有哪些 答 工业上氢气的来源包括 1 水电解制氢 2 焦炉煤气 油品铂重整和烃类热裂解等副产氢气 经过变压吸附可制得 纯氢 3 煤气化制氢 工业煤经过水煤气反应或半水煤气反应可制得氢气 4 气态烃或轻油 石脑油 经水蒸汽转化反应可制氢 二 写出下列过程的主要化学反应 催化剂 反应压力和反应温度 1 二氧化硫接触氧化制三氧化硫 1 化学反应 SO2 1 2O2 SO3 2 催化剂 活性组分 V2O5 载体 硅胶 硅藻土及其混合物 助催化剂 K2O K2SO4 TiO2 MoO3等 24 3 反应压力 常压 4 反应温度 400 600 2 双加压法氨接触氧化制一氧化氮 1 化学反应 4NH3 5O2 4 NO 6H2O 2 催化剂 Pt 网 3 反应压力 0 25 0 5MPa 4 反应温度 850 860 3 氧气氧化法乙烯环氧化制环氧乙烷 1 化学反应 C2H4 1 2O2 C2H4O 2 催化剂 活性组分 Ag 载体 碳化硅 Al2O3和含有少量 SiO2的 Al2O3 助催化剂 碳酸钾 碳酸钡和稀土元素化合物 3 反应压力 1 0 3 0 MPa 4 反应温度 204 270 4 丙烯氨氧化制丙烯腈 1 化学反应 CH2 CHCH3 NH3 3 2O2 CH2 CHCN 3H2O 2 催化剂 钼酸铋系 P Mo Bi Fe Co Ni K O Si2O 锑系 Sb Fe O 3 反应压力 常压 4 反应温度 最佳温度 440 5 氢氮气合成氨 1 化学反应 N2 3H2 2NH3 2 催化剂 Fe Al2O3 MgO K2O CaO SiO2 3 反应压力 15MPa 4 反应温度 390 520 6 一氧化碳 氢气合成甲醇 1 化学反应 CO 2H2 2CH3OH 2 催化剂 CuO ZnO Al2O3 3 反应压力 5 10MPa 4 反应温度 230 270 7 乙苯脱氢制苯乙烯 1 化学反应 C2H5 CH CH2 H2 2 催化剂 Fe2O3 Cr2O3 K2O 3 反应压力 常压 4 反应温度 600 630 8 正丁烯氧化脱氢制丁二烯 1 化学反应 n C4H8 1 2O2 CH2 CH CH CH2 H2O 2 催化剂 铁酸盐尖晶石催化剂 3 反应压力 常压 4 反应温度 327 547 9 乙烯液相氯化制 1 2 二氯乙烷 1 化学反应 CH2 CH2 Cl2 ClCH2CH2Cl 2 催化剂 FeCl3 3 反应压力 常压 4 反应温度 50 25 10 电石乙炔法制氯乙烯 1 化学反应 C2H2 HCl CH2 CHCl 2 催化剂 HgCl2 活性碳 3 反应压力 常压 4 反应温度 160 180 三 根据所给流程回答下列问题 1 乙烯配位催化氧化制乙醛 回答问题 1 为什么催化剂溶液可以在反应器与除沫分离器之间自动循环 2 写出三个基本化学反应 3 反应热是如何移出的 4 反应器的进料组成是多少 5 写出反应所用的催化剂溶液的组成 6 写出催化剂再生的方法和再生的化学反应 7 反应温度和压力各是多少 乙烯的转化率是多少 8 自吸收塔顶部出来的气体在循环时为什么将部分气体排放而不全部作为 循环气返回到反应器 答 1 新鲜乙烯和循环乙烯的混合物与氧气分别自反应器的底部送入 催化 剂溶液也从底部送入反应器 乙烯和氧气以鼓泡的形式通过反应器 在液相内进行化学反应转变为乙醛 由于反应放热 将产物乙醛和部 分水汽化 因此反应器内被密度较低的气液混合物所充满 该气液混 合物通过反应器上部的两根连通管流入除沫分离器 由于在除沫器内 气速降低 气体自顶部流出 催化剂溶液沉积在底部 这样 在除沫 器内的催化剂的密度比反应器内的气液混合物的密度大得多 因此催 化剂溶液可自行通过除沫器底部的循环管返回到反应器内 从而实现 了反应器和除沫器之间的循环 2 写出三个基本化学反应 3 分 烯烃的羰化反应 CH2 CH2 PdCl2 H2O CH3CHO Pd0 2HCl Pd0的氧化反应 Pd0 2CuCl2 PdCl2 2CuCl 氯化亚铜的氧化 2CuCl O2 2HCl 2CuCl2 H2O 2 1 3 反应热是如何移出的 在反应器中 由于反应放热 使催化剂溶液处于沸腾状态 反应热是 通过乙醛和水的沸腾蒸发移走的 4 反应器的进料组成是多少 反应器的进料组成为 乙烯 65 氧 17 惰性气体 18 5 写出反应所用的催化剂及催化剂溶液的组成 催化剂为 PtC2 CuCl2 HCl H2O 催化剂的组成一般为 Pd 含量 26 0 25 0 45g L 总铜含量 65 70g L Cu2 总铜约 0 6 pH 0 8 1 2 6 写出催化剂再生的方法和再生的化学反应 在反应过程中会有草酸生成 草酸与铜离子结合生成草酸铜沉淀 这样使 铜离子浓度下降 从而造成催化活性下降 因此在流程中 设置了草酸铜分解 器 将催化剂加热 使催化剂中的草酸铜沉淀分解 从而实现了催化剂的再生 分解反应如下 CuCl2 CuC2O4 2CuCl CO2 7 反应温度和压力各是多少 反应温度为 120 反应压力 400 450kPa 8 自吸收塔顶部出来的气体 大约含有 65 的乙烯和 8 的氧 此外还含有惰性气体氮以及副产的氯甲烷 氯乙烷 二氧化碳等 如 果这些气体全部循环 就会导致惰性组分的积累 为此需要将部分尾 气排空 2 轻柴油热裂解制乙烯的流程 回答问题 1 说明管式裂解炉辐射段的作用 2 说明 Lummus S