化工工艺学习题全集

1、化工工艺学练习题一、填空题.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。.根据变质程度不同，煤可以分为 泥 炭、褐煤、 烟煤和无烟煤；随变 质程度增加 碳含量增加, 氢和氧 含量降低。化学工艺学是研究由 化工原料 加工成化工产品 的化学生产过程的一 门科学，内容包括生产方法 、 原理 、 流程 和 设备 。.高含量的 烷姓：，低含量的 烯姓 和芳姓：是理想的裂解原料。.化工中常见的三烯指 乙烯 、丙烯、 丁二烯：三苯指上、_3k 二甲苯。.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混合物。石油中的化合物可以分为烷烙、 环烷娃一、芳香

2、一三大类。.为了充分利用宝贵的石油资源，要对石 油进行一次加工和二次加工。一次加工方法 为常压蒸储 和减压蒸储;二次加工主要 方法有：催化重整、催化裂化、加氢 裂化和焦化等。. 辛烷俏是衡量汽油抗爆震性能的指标，十六烷值是衡量柴油自燃性能的指标。.天然气的主要成分是 甲烷。.天然气制合成气的方法有蒸汽转化法和部分氧化法,主要反应分别是CH4+H2O CO+3H2CH4+I/2O2 CO+2H 2.硫酸生产以原料划分主要有硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸和 石膏制酸等。.工业气体或废气脱硫方法分为两种，高 硫含量须采用湿法脱硫，低硫含量可以采 用干法脱硫。. SO氧化成SO反应是一个可逆、放热

3、、 体积缩小的反应，因此，降低温度、提高压力有利于平衡转化率的提高。.接触法制硫酸工艺中主要设备包括匚弗 腾炉、接触室和 吸收塔 。.硫酸生产工艺大致可以分为三步，包括 SQ的制取和净化、SQ氧化成SO和SO 3的吸收 。.稀硝酸生产工艺大致可以分为三步，包 括,氨氧化制NO、NO氧化制NO和 水吸收NO制酸 。17硝酸生产的原料有氨 、 空气和 水 。.浓硝酸生产方法有 直接法、间接法 和 超共沸酸精储法 。.氨的主要用途是 生产化肥 和 硝酸。.平衡氨浓度与温度、压力、氢氮比和惰 性气体浓度有关。当温度降低，或压力升 口时，都能使平衡氨浓度增大。.目前合成氨生产的主要原料有两种，它 们是

4、煤 和 天然气 。.甲烷化反应是CO+3H=CH+HO 。.食盐水电解阳极产物是 CJ 2阴极产 物是NaOH和hj 。.食盐水电解制氯碱方法有隔膜 法 、 汞阴极法 和 离子交换膜 &。.氯碱生产工艺中，食盐电解槽是核心设 备，已知有三种不同的电解槽，它们是一邕 子膜电解槽 、隔膜电解槽、和水银电解槽.铭铁矿焙烧主要有两种方法，它们是 有钙焙烧 和无钙焙烧。有钙焙烧生产 铭盐的主要废物是铭的，它含有致癌物 六价铭 。.常见的铭盐产品主要有 重铭酸钠、 重铭酸钾、铭酊和（铭绿）Cr2c3 。.目前纯碱生产主要有三种方法，它们是 索尔维制碱法（氨碱法）、侯氏制碱法（联碱 法）和 天然碱法。.索尔

5、维制碱法主要原料是_NHl、CaCO 与 NaCl 。.索尔维制碱法的总反应可以写成 2NaCl +CaC3=NaCO+CaCL,贝U该反应的原子禾用 度为 48.85%（已知原子量 Na 23, C:12, O 16, Ca： 40, Cl: 35.5）。.侯氏制碱法主要原料是NH3 COL与NaCl 0.侯氏制碱法的主要产品是Na_zCO 和NHCl 。.湿法磷酸生产的两种主要原料是磷矿石_和 硫酸 。.磷酸生产工艺主要是根据硫酸钙结晶 形式划分的，硫酸钙常见有三种结晶形式， 分别是两水、 半水 和 无水 。.烷基化最典型的应用是烷基化汽油生产 和 甲基叔丁基醴（MTBE注产.甲基叔丁基丁

6、（MTBE）是常用的汽油 添加剂，是通过 烷基化 反应生产的。.氯化反应主要有三种类型，分别是 加 成氯化、取代氯化和氧氯化。.生产氯乙烯主要原料是乙烘和 乙烯 。.氯乙烯的主要生产方法有乙烯氧氯化 和 乙烘和氯化氢加成 。.姓类热裂解中一次反应的主要产物为 乙烯 和 丙烯 。.烷热裂解主要反应为脱氢反应 和 断链反应 。.比基化最典型的应用是用:醇制醋 酸 。.催化剂一般由 活性组分、上载如一和 助催化剂组成。.乙烯环氧化制环氧乙烷催化剂的活性 组分是Ag 。 TOC o 1-5 h z .丙烯月青的主要生产方法是氮氧化， 主要原料是 丙烯和 氨。.环氧乙烷的主要生产方法是乙烯环氧化 ，牛产

7、原料是乙烯和氢,主要用途是 乙二醇。.皂化反应是指油脂在碱性条件下的水解反应。.煤的化工利用途径主要有三种，它们是 煤干储、 煤气化 和煤液化 。.已知有三种不同煤气化工艺，它们是 固定床 、 流化床 、和 气流床。.煤干储产物有焦炭、煤焦油和焦 炉气。.水煤气是以 水蒸气 为气化剂制得的 煤气，主要成分是 CO和H 3 。半水煤 气是以空气和水蒸气作气化剂制得的煤 气，主要成分是 CO -、_旦2 和N BE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。（3浸渍在载体上的路易斯酸，如载于T -Al 2Q上的 AICI 3、AIBfBR、FeCl

8、3、ZnCl2、 TiCI 4等。（4混合氧化物催化剂，如 SQ2-AI2Q等。（5贵金属-氧化硅-氧化铝催 化剂，如Pt/ SiO2-AI 2Q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。.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：以煤为原 料的煤气化法。以天然气为原料的天然气蒸 汽转化法。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：合成氨；合 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

9、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，23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。.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：从烂类蒸汽转化反应的平衡考虑， 反应

10、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3.54.0MPa下操作，现 在的最高压力可达5MPa其原因如下：可以节省压缩功耗。烧类蒸汽转化 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，所以压缩含烧原料和 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。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

11、，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。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。.在姓类热

12、裂解的过程中，加入水蒸气作 为稀释剂具有哪些优点？答：在烂类热裂解的过程中，加入水蒸汽作 为稀释剂具有如下优点：(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消焦(5水蒸汽对金属表面起一定的氧化作用， 使金属表面的铁锲形成氧化膜，从而减轻了 铁、锲对姓类气体分解生炭的催化作用。.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

13、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)裂解气中的二烯烧易发生聚合反应， 生成的聚合物沉积在压缩机内，严重危及操 作的正常进行。而二烯姓的聚合速度与温度 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100c 。 (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。及。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100C , 避免二

14、烯姓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。.说明在裂解气的分离过程中，设置冷箱 的作用及其特点。答：在烂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CH/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快姓加 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（5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。.工业上氢气的来源有哪些？答：工业上氢

15、气的来源包括：（1水电解制 氢（2焦炉煤气、油品铝重整和燃类热裂解 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气态烧或轻油（石 脑油）经水蒸汽转化反应可制氢。.解释加氢和脱氢，加氢和脱氢的催化剂 有哪几类？防止催化剂表面结焦采取哪些 方法？加氢：氢分子进入化合物内，使化合 物还原，或提高不饱和有机化合物的饱和度 的一种特殊类型的还原反应。脱氢：系指从 化合物中除去氢原子的过程，是氧化反应的 一个特殊类型。加氢催化剂有：金属催化剂， 合金催化剂（骨架催化剂、熔铁催化剂两 类），金属氧化物和硫化物催化剂以及均相 配位催化剂；脱氢催化剂有：

16、金属，金属氧 化物，金属盐类；方法：在催化剂中加入 助催化剂，作用是：稀释催化剂表面的脱氢 活性中心，并将活性组分分割成较独立的微 小区域；可中和一部分活性过强的活性中 心，抑制裂解在工业上也常采用降低原料 气压力或添加水蒸气稀释反应物的办法。 降低产物在催化剂表面的停留时间加氢裂化特点（1）煤的反应活性 使用的原 料油范围广，连高硫、高氮、高芳烂的劣质 重储分都能加工，加氢裂化产品结构可根据 市场调整（2）产品收率高，质量好 产品中 含不饱和姓少，含重芳姓和非姓类杂质更 少，故产品安定性好、无腐蚀。（3）没有焦 炭沉积，所以不需要再生催化剂，因而可以 使用固定床反应器；总过程是放热的，所以

17、反应器需冷却，而不是加热。缺点是：所得 汽油辛烷值比催化裂化低，操作费用高。.姓类裂解有什么特点？答：（1）高温，吸热量大（2）低烧分压， 短停留时间，避免二次反应的发生（3）反 应产物是复杂的混合物.裂解供热方式有哪两种？答：裂解供热方式有直接供热和间接供热两 种。.姓类热裂解的一次反应主要有哪几个？ 烧类热裂解的二次反应主要有哪几个？答：（1）姓类热裂解的一次反应主要有： 脱氢反应断链反应（2）姓类热裂解的二次反应主要有：烯 姓的裂解烯姓的聚合、环化和缩合烯 姓的加氢和脱氢积炭和结焦.什么叫停留时间，停留时间与裂解产物 分布有何影响？答：裂解反应的停留时间指从原料进入辐射 段开始，到离开辐

18、射段所经历的时间，即裂 解原料在反应高温区内停留的时间。停留时 间是影响裂解反应选择性、烯始收率和结焦 生炭的主要因素，并且与裂解温度有密切关 系。20.为什么要采用加入稀释剂的方法来实 现减压的目的？在裂解反应中，工业上采用 水蒸汽作为稀释剂的优点是什么？答：这是因为：1）裂解是在高温下进行的，如果系统在减 压下操作，当某些管件连接不严密时，可能 漏入空气，不仅会使裂解原料和产物部分氧 化而造成损失，更严重的是空气与裂解气能 形成爆炸混合物而导致爆炸；2）减压操作对后续分离部分的压缩操作也 不利，要增加能耗。工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是：1）水蒸汽热容量大，能对炉管温度起稳定 作用，在

19、一定程度上保护了炉管；2）水蒸汽与产物易分离，与产物不起反应, 对裂解气的质量无影响；3）水蒸汽可以抑制原料中的硫对合金钢裂 解管的腐蚀作用，可以保护裂解炉管；4）水蒸气在高温下能与裂解管中的沉积焦 炭发生如下反应：C + H2O ? H2 + CO具有对炉管的清焦作用；5）水蒸气对金属表面起一定的氧化作用， 形成氧化物薄膜，减轻了铁和锲对烂类气体 分解生碳的催化作用。.为了提高烯姓收率裂解反应条件应如何 控制？答：适量的提高裂解温度，减少停留时间， 降低姓的分压，添加适量稀释剂。.为什么要对裂解气急冷，急冷有哪两种？用列解管出来的裂解气是富含烯姓的气体 和大量的水蒸气，温度在800度以上，烯

20、姓 反应性很强，若放任它们在高温度下长时间停留，仍会继续发生二次反应，引起结焦和 烯姓的损失、生成很多副产物，因此必须急 冷终止反应。急冷气有：直接急冷气间接急冷气两种.裂解气净化分离的任务是什么？裂解气 的分离方法有哪几种？答：裂解气是很复杂的混合气体，要从中分 离出高纯度的乙烯和丙烯等产品，必须进行 一系列的净化与分离过程。.裂解器的分离方法有：深冷分离法油吸收精储法.裂解气净化：碱洗法除酸、吸附法脱水、 加氢脱烘、甲烷法除CO. 25.水在裂解气深冷分离中有什么危 害？工业上常采用什么方法脱除裂解气中 的水分？.答：在低温下，水能冻结成冰，并且能 和轻质烂类形成固体结晶水合物。冰和水合

21、物凝结在管壁上，轻则增大动力消耗，重则 堵塞管道，影响正常生产。工业上采用吸附的方法脱水，用分子筛、 活性氧化铝或者硅胶作吸附剂。.什么叫分子筛？分子筛吸附有哪些特点，有哪些规律？答：狭义上讲，分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过 氧桥键相连而形成特点：吸附水含量高、脱水效能高、规律：分子筛吸附水蒸汽容量，随温度变化 很敏感。分子筛吸附水释放热过程，所以低 温有利于放热的吸附过程，高温则有利于吸 热的托付过程。.裂解气为什么要脱除乙烘和一氧化 碳？工业上脱除快姓的方法有哪些？答：聚合用的乙烯，应严格限制乙烯中乙快 的含量。乙快会造成聚合催化剂的中毒，会 降低乙烯的分压

22、。在高压聚乙烯生产中，当 乙烘积累过多后，会引起爆炸。工业上脱快的主要是采用催化加氢法，少量用丙酮吸 收法。.什么叫前加氢流程？什么叫后加氢流 程？各有什么优缺点？答：加氢过程设在脱甲烷塔以前进行加氢脱 快的叫做前加氢。前加氢又叫做自给加氢。 设在脱甲烷塔以后进行加氢脱快的叫做后 加氢。前加氢流程的优点是氢气可以自给， 缺点是氢气是过量的，氢气的分压比较高， 会降低加氢的选择性，增大乙烯的损失。后 加氢的优点是组分少，选择性高；催化剂寿 命长；产品纯度高。缺点是能量利用不如前 加氢流程，流程也比前加氢流程复杂。.为什么裂解气要进行压缩？为什么要采用分段压缩?答：裂解气压缩的目的是使分离温度不太

23、 低少耗冷量。为了节省能量，降低压缩的功率，气体 压缩一般都采用多段压缩，段与段段与段之 间都设置中间冷却器。裂解气分段压缩的合理段数主要由压缩机 各段出口温度所限定。.简述三种深冷分离流程并画简图，三种 深冷分离流程有什么共同点和不同点？脱 内塔塔底温度为什不能超过100 C ?答：裂解气一压缩一碱洗一压缩一干燥一脱 甲烷一脱乙烷一脱丙烷一脱丁烷一乙烯精 储一丙烯精储脱快 脱快（顺序分离流程）1）顺序分离流程2）前脱乙烷分离流程3）前 脱丙烷分离流程共同点：先将不同C源自顺分开，再分离 同一 C原子数的烷姓和烯姓最终出产品 的乙烯塔和丙烯塔并联安排，且排在最后， 作为二元组分的精储处理。不同

24、点：精储塔的排列顺序不同,即脱甲 烷塔，脱乙烷塔、脱丙烷塔；前脱乙烷为2、 1、3;前脱丙烷为3、1、2加氢脱烘位置不同。前脱乙烷和前脱丙烷为前加氢，顺序 深冷为后加氢。冷箱位置不同：顺序分离 流程和前脱丙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔 之前。而前脱乙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔 之后.脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶分出C3微分，塔底的液体为C4 以上微分，液体里面含有二烯姓，二烯姓容 易聚合结焦，所以脱丙烷塔塔底温度不宜超 过 100 c.工业上如何解决“热点”的危害？答：在原料气中加入微量抑制剂，使催化 剂部分中毒以控制活性在反应管进口段 填用惰性载体西施的催化剂或部分老化的 催化剂，以降低

25、入口段的反应速率和放热速 率采用分段冷却法.流化床反应器结构的优缺点？答：优点：结构简单，催化剂装卸容易，空 速大，有良好的传热速率，反应器内温度军 一，温差小，反应温度易控制。缺点：返混 现象严重，有些反应物停留时间短，有些又 太长，串联副反应严重，转化率低，对催化 剂强度要求高，需配备高效率的旋风分离 器。.固定床反应器结构的优缺点？答：优点：气体在床层内流动接近平推流， 返混小；可抑制串联副反应的发生，提高选 择性；对催化剂的强度和耐磨性能要求低。缺点：结构复杂，催化剂装卸 困难，空速较小，生产能力比流化床反应器 小。.乙烯直接氧化生成环氧乙烷工业上采用 什么形式反应器，所采用催化剂中各组分作 用是什么？影响乙烯环氧化反应有哪些因 素？答：采用列管式固定床反应器；所采用 催化剂为银催化剂。载体作用：提高活性组 分银的分散度，防止银的微小晶粒在高温下 烧结。助催化剂作用（碱金属