化工工艺学模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。弟一章:绪论现代化学工业的特点原料、生产方法和产品的多样性与复杂性。向大型化、综合化、精细化发展。多学科合作、技术密集型生产。重视能量合理利用,积极采用节能工艺和方法资金密集,投资回收速度快,利润高安全与环境保护问题日益突出第二章:化学工艺基础1.石油的常、减压蒸馏流程有:燃料型、燃料-润滑油型、燃料-化工型2.化工生产过程一般可概括为:①原料预处理②化学反应③产品分离及精制3.可运用推论分析法、功能分析、形态分析等方法来进行流程设计。4.化工过程的主要效率指标:①生产能力和生产强度②化学反应的效率——合成效率③转化率,选择性和收率④平衡转化率和平衡产率5．计算题(转化率,选择性,收率)转化率(以x表示):某一反应物反应掉的量占其输入量的百分数。(以Na1、Na2分别表示反应物A输入及输出体系的摩尔数,则反应物A的转化率)Xa=(Na1-Na2)÷Na1×100％选择性(以S表示):反应物反应生成目的产物所消耗的量占反应掉的量的百分数。反应物为A,生成的目的产物为D,ND表示生成的目的产物D的摩尔数,a、d分别为反应物A与目的产物D的化学计量数,则选择性为S=(ND×a/d)÷((Na1-Na2)×100％收率(以Y表示):目的产物的量除以反应物(一般指限制反应物)输入量,以百分数表示。它能够用物质的量(摩尔数)或质量进行计算。若以摩尔数计算,考虑化学计量系数,则目的产物D的收率为:YD=(ND×a/d)÷Na1×100％转化率、选择性与收率三者之间的关系为:Y=SX6.反应条件对化学平衡和反应速率的影响。答:(1).温度对于吸热反应,△H〉0,K值随着温度升高而增大,有利于反应,产品的平衡产率增加。对于放热反应,△H〈0,K值随着温度的升高而减小,平衡产率降低。故只有降低温度才能使平衡产率曾高。(2).浓度的影响反应物浓度越高,越有利于平衡产物向产物的方向移动。反应物浓度越高,反应速率越快。(3).压力的影响对分子数增加的反应,降低压力能够提高平衡产率。对于分子数减少的反应,压力升高,产物的平衡产率增大。对分子数没有变化的反应,压力对平衡产率无影响。第三章:烃类热裂解1.在原料确定的情况下,从裂解过程的热力学和动力学出发,为了获得最佳裂解效果,应选择什么样的工艺参数?为什么?答:应选择高温-短停留,低分压而且添加稀释剂高温-短停留时间的条件能够获得较高的烯烃收率,并减少结焦;在相同的操作条件下所得裂解汽油的收率相对较低;使裂解产品中收率明显增加,并使乙烯∕丙烯比及C4中双烯烃∕单烯烃的比增大。降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速率,提高一次反应的选择性。降低压力能够促进生成乙烯的一次反应,抑制发生聚合的二次反应,从而减轻结焦的程度。添加稀释剂能够降低烃分压稀释剂加入量确定的原则是什么?答:①裂解反应后经过极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。使用其它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。②水蒸气热容量大,使系统有较大的热惯性,当操作供热不平稳时,能够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合金炉管的腐蚀。脱除积碳,炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。3.酸性气体的脱除方法:碱洗发脱除酸性气体乙醇胺法脱除酸性气4.脱炔方法:催化加氢脱炔、溶剂吸收法脱除乙炔第四章:芳烃转化过程1.芳烃转化反应所采用的催化剂类型”①酸性卤化物②固体酸:浸附在适当载体上的质子酸、浸附在适当载体上的酸性卤化物、混合氧化物催化剂、贵金属-氧化硅-氧化铝催化剂、分子筛催化剂2.芳烃的脱烷基化脱烷基化方法:烷基芳烃的催化脱烷基、烷基芳烃的催化氧化脱烷基、烷基芳烃的加氢脱烷基、烷基苯的水蒸气脱烷基法3.芳烃的歧化与烷基转移(工艺条件)答:①原料中杂质含量原料中若水分存在会使分子筛催化剂活性下降,应加以脱除。②C9芳烃的含量和组成C9芳烃有三个三甲苯异构体以及三个甲乙苯异构体和丙苯组分存在,不但使乙苯含量增加,而且使氢气消耗量也增加。因此甲乙苯和丙苯在C9芳烃中的含量应有一定的限量。③氢烃比氢气的存在可抑制生焦生碳等反应的进行,改进催化剂表面的积碳程度有显著的效果。因此需适当提高氢烃比,当C9芳烃中甲乙苯和丙苯含量高时,所需氢烃比更高。④液体的空速转化率随空速的减小而增大,随温度的升高而增大,但当转化率增大到40％以后,其增加速率趋于平缓。因此应当选择适当的空速。4.对二甲苯和间二甲苯的分离:深冷结晶分离法、吸附分离法、模拟移动床分离C8芳烃的基本原理。第五章合成气的生产过程1.合成气的生产方法答:①以煤为原料的生产方法②以天然气为源流奥德生产方法③一重油或渣油为原料的生产方法固定床间歇式气化制水煤气的六个阶段答:吹风(空气自下而上)——蒸汽吹净(蒸汽自下而上)——一次上吹制气——下吹制气(蒸汽自下而上)——二次上吹气(蒸汽自下而上)——空气吹净(空气自下而上)再循环回吹风影响甲烷水蒸汽转化反应平衡的主要因素有温度、压力、和水碳比温度的影响甲烷与水蒸气反应生成CO和H2是吸热的可逆反应,高温对平衡有利,即H2及CO的平衡产率高,CH4平衡含量低。一般情况下,当温度提高10度,甲烷的平衡含量可降低1％～1.3％。高温对一氧化碳变换反应的平衡不利,能够少生成二氧化碳,而高温对一氧化碳变换反应的平衡不利,能够少生成二氧化碳而且高温也会抑制一氧化碳歧化和还原析碳的副反应。可是温度过高,会有利于甲烷裂解。水碳比的影响水碳比对于甲烷转化影响重大,高的水碳比有利于甲烷的蒸汽重整反应,在800℃、2Mpa条件下,水碳比由3到4时,甲烷平衡含量由8％降至5％,可见水碳比对于甲烷平衡含量影响是很大的。同时,高的水碳比也有利于抑制析碳副反应。压力的影响甲烷蒸汽转化反应是体积增大的反应,低压有利于平衡,当温度800℃、水碳比4时,压力由2Mpa降低到1Mpa时,甲烷平衡含量有5％降至2.5％.低压也可抑制一氧化碳的两个析碳反应,可是低压对甲烷裂解析碳反应平衡有利,适当加压可抑制甲烷的裂解。天然气蒸汽转化流程图及说明(P170)脱硫方法及工艺:脱硫方法有(1)干法脱硫a.吸附法b.催化转化法(2)湿法脱硫a.化学吸收法b.物理吸收法c.物理–化学吸收法d.湿式氧化法加氢与脱氢过程影响加氢反应的因素有温度、压力及反应物中氢的用量(简答)答:温度影响:由于加氢反应是放热反应,其热效应△H〈,因此加氢反应的平衡常数Kp随温度的升高而减小。压力的影响:加氢反应是分子数减少的反应,因此,增大反应压力,能够提高Kp值从而提高其加氢反应的平衡产率,如提高反应压力,能够提高氨合成效率,甲醇合成产率等。氢用量比:从化学平衡分析,提高反应物H2的用量,能够有利于反应向右进行以提高其平衡转化率,同时氢作为良好的载体能够及时移走反应热,有利于反应的进行。但氢用量比也不能过大。2简述分离甲醇流程简图。(P209)第七章烃类选择性氧化1.氧化反应的特征?答:(1)反应放热量大氧化反应是强放热反应,氧化深度越大,放出的反应热越多,完全氧化时的热效应约为氧化时的8-10倍。(2)反应不可逆对于烃类和其它有机化合物而言,氧化反应的△G《0,因此,为热力学不可逆反应,不受化学平衡限制,理论上可达到100％的转化率。(3)氧化途径复杂多样烃类及其绝大多数衍生物均可发生氧化反应,且氧化反应多为串联、并联或两者组合而成的复杂网络,由于催化剂和反应条件的不同,氧化反应可经过不同的反应路径,转化为不同的反应产物。(4)过程易爆炸烃类与氧或空气形成爆炸混合物,因此氧化过程在设计和操作时应特别注意其安全性。2.均相催化氧化和非均催化相氧化。答:制稳气的作用。答:为了提高乙烯和氧的浓度,能够用加入第三种气体来改变乙烯的爆炸极限,这种气体一般称为致稳气。致稳气是惰性的,能减小混合气的爆炸极限,增加体系的安全性;具有较高的比热容,能有效的地移出部分反应热,增加体系稳定性。氧化法生产环氧乙烷工艺流程示意图及简述。(P248)4.丙烯氨氧化催化剂:Mo系催化剂Sb系催化剂第八章羰基化过程1.催化剂(简答)答:羰基合成催化剂的典型结构是过渡金属(M)为中心原子的羰基氢化物,它能够被某种配位体(L)所改性,一般形式表示为HxMy(CO)zLn。这类催化剂研究的主要对象是中心原子金属(M)和配位体(L)以及它们之间的相互影响和对催化过程的作用。评价羰基合成催化剂性能优劣,包括很多方面,如对反应条件的要求和适用范围;催化剂的稳定性和寿命;耐毒化作用和可再生可能性;经济方面如催化剂原料的资源和价格;加工和回首方法的难易等;当然最主要的还是催化剂的活性和选择性。2.甲醇低压羰化法制醋酸的优缺点。答:优点:①利用煤、天然气、重质油等为原料,原料路线多样化,不受原油供应和价格波动影响。转化率和选择性高,过程能量效率高。催化系统稳定,用量少,寿命长。虽然醋酸和碘化物对设备腐蚀很严重,但已找到了性能优良的耐腐蚀材料——哈氏合金,是一种Ni-Mo合金,解决了设备的材料问题。反应系统和精制系统合为一体,工程和控制都很巧妙,结构紧凑。用计算机控制反应系统,使操作条件一直保持最佳状态。副产物很少,三废排放物也少,生产环境清洁。操作安全可靠。缺点:主要缺点是催化剂铑的资源有限,设备用的耐腐蚀材料昂贵。烯烃结构的影响。答:①双键位置与反应速率密切有关,直链a-烯烃反应速率最快,当链增长时反应速率稍有减慢。直链非a-烯烃反应速率较慢;②烯烃含支链会降低反应速率,且支链离双建越近,反应速率减慢越多,支链越多,反应速率越慢。另外烯烃结构也影响正∕异醛的比例。一般情况下所有烯烃都能进行氢甲酰化反应,除了不因为双键迁移而异构化的烯烃如环戊烯、环己烯不产生异构醛外,其它烯烃都得到两个或多个异构体。氯化过程平衡氯化反应的主要反应及原理。答:乙烯直接氯化:乙烯直接氯化合成二氯乙烷在平衡氧氯化生产率乙烯工艺中是一个较简单的反应单元。该反应可在常温、无催化剂条件下进行,但同时生成多种氯化副产物,如在0～40℃范围内,一般有10％～20％的多氯产物。这是因为除加成反应外,还存在各种取代反应。乙烯直接氯化反应体系的主、副反应如下主反应:副反应:因此,除目的产物EDC外产物中一般都含有氯乙烷、三氯乙烷、氯乙烯、四氯乙烯、四氯乙烷等等,只是随着反应条件不同,这些副产物的含量多少不同而已。副产物不但使EDC的收率降低,还会影响乙烷的质量和氯乙烯的聚合过程。因此,应促进加成反应,抑制取代反应。一般认为:乙烯和Cl2的加成机理是亲电加成。在极性溶剂或催化剂等作用下,氯分子发生极化或解离成氯正负离子,氯正离子首先与乙烯分子中的3.1415926键结合,经过活化配位化合物再与氯负离子结合成二氯乙烷。以FeCl3催化剂为例,亲电加成反应过程如下::对于乙烯,取代反应的机理是游离基取代机理。氯分子在光、热或过氧化物的作用下首先解离为两个氯原子游离基,然后Cl·从乙烯中置换出一个游离基H·,然后再与Cl2作用生成Cl·,形成连锁反应。H·+Cl2→HCl+Cl·和乙烯类似,VC、EDC等分子中的H也能够被Cl·取代,形成前述各种产物。乙烯氯氧化反应主反应:CH2=CH2+1/2O2→CH2Cl-CH2Cl+H2O副反应:CH2=CH2+2O2→2CO+2H2OCH2=CH2+3O2→2CO2+2H2OC2H4Cl2+HCl+1/2O2→C2H3Cl3+H2OCH2=CH2