《化工工艺学》期末复习题初步整理

《化工工艺学》复习题初步整理

1 绪论

1.掌握以下概念

化学工业：又称化学加工工业，泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造业。化学工艺学：即化工生产技术，系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。

化学工程学：化学工程学主要研究：化学工业和其它过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律，它的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是放大中的效应。

2．现代化学工业特点。

1．原料、生产方法和产品的多样性与复杂性；

2．向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高；

3．是多学科合作、生产技术密集型的生产部门；

4．重视能量合理利用,以及采用节能工艺和方法；

5．资金密集，投资回收速度快，利润高；

6. 化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首要解决的问题。

3．化学工业发展方向。

1.面向市场竞争激烈的形势，积极开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的周期，加快产品更新和升级的速度；

2.最充分、最彻底地利用原料；

3.大力发展绿色化工；

4.化工过程要高效、节能和智能化；

5.实施废弃物的再生利用工程。

4．化学工业的原料资源

自然资源：矿物、生物、空气和水。

矿物资源：金属矿、非金属矿、化石燃料矿

生物资源：农、林、牧、副、鱼的植物体和动物体

另外：再生资源（废物利用）

化学工业主要产品

无机化工产品：酸、碱、盐

基本有机化工产品：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、合

成气等。

高分子化工产品：塑料、合成橡胶、合成纤维、橡胶制品、涂料和胶粘剂等。精细化工产品：涂料、表面活性剂、粘合剂、催化剂、食品添加剂等。

生物化工产品：甘油、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸、各种氧基酸、酶制剂、核酸、生物农药、饲料蛋白抗生素、维生素、甾体激素、疫苗等。

2 化学工艺的共性知识

1.为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源?

答：⑴基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等产品大约有90℅来源于石油和天然气，有机化工产品的上游原料之一：三烯主要由石油制取；

⑵天然气的热值高、污染少、是一种清洁能源，同时又是石油化工的重要

原料资源；⑶从煤中可以得到多种芳香族化合物，是精细有机合成的主要原料，煤的综合利用可为能源化工和冶金提供有价值的原料。

他们的综合利用途径有哪些？

⑴石油：①一次加工：常压蒸馏、减压蒸馏

②二次加工：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、焦化等。

⑵天然气：①天然气制氢气和合成氨；

②天然气经合成气路线的催化转化制原料和化工产品；

③天然气直接催化转化成化工产品；

④天然气热裂解制化工产品；

⑤甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制化工产品；

⑥湿气天然气中C2～C4烷烃的利用。

⑶煤：①煤干馏（高温干馏/炼焦、低温干馏）②煤气化③煤液化（煤的直接液化、间接液化）。

2.天然气是如何分类与加工利用的？

天然气的分类：主要成分为甲烷

干气：CH4＞90%

湿气：C2~C5≥ 15%~20%或以上

富气: C3以上烃＞94×10－6m3

贫气: C3以上烃＜94×10－6m3

天然气的加工：

1 天然气制氢气和合成氨

2天然气经合成气路线催化转化制燃料和化工产品

3天然气直接催化转化为化工产品

4热解制化工产品

5甲烷的氯化，硝化，氨氧化，硫化制化工产品

6 湿性天然气中C2~C5烷烃的利用

3.生物质和再生资源的利用前景如何?

答：生物质和再生资源的发展既能解决能源的替代问题，又为农业、自然资源提供了新的发展空间，使其产业化、现代化、变无用为有用，清洁、环保，增加其价值和使用价值。农、林、牧、副、渔业的产品及其废物等生物质可通过化学或生物化学方法转变为基础化学品或中间产品等；

工农业和生活废料在原则上都可以回收处理、加工成有用的产品，这些再生资源的利用不仅可以节约自然资源，而且是治理污染、保护环境的有效措施之一。

4.何谓化工生产工艺流程，举例说明工艺流程是如何组织的。

答：工艺流程的组织要有化学物理的理论基础，工程知识与生产实践相结合，还要借鉴前人的经验。过程的设计方法有：推论分析法、功能分析法、形态分析法。

1、推论分析法：是从目标出发，寻找实现此目标的前提，将具有不同功能的单元进行逻辑组合，形成一个具有整体功能的系统。

2、功能分析法：缜密的研究每个单元的基本功能和基本属性，然后组成几个可以比较的方案以供选择。

3、形态分析法：是对每个可供方案晶型精确的分析和评价，择优汰劣，选择其中的最佳方案。原则：①是否满足所要求的技术指标；②技术资料的完整性和可信度；③经济指标的先进性；④环境、安全和法律等。

5.何谓循环式工艺流程? 它有什么优缺点？

概念：未反应的反应物从产物中分离出来，在返回反应器，其他的一些物料如溶液，催化剂溶剂等再返回反应器。

优点：显著提高原料利用率，减少系统排放量，降低原料消耗，减少了对环境的污染；

缺点：工艺流程较复杂。

6.何谓转化率？何谓选择性? 对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选

择性两个指标?

转化率：是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分率。

选择性：指体系中转化成目的产物的某反映物量与曹家所有反应而转化的该反应物总量之比。

对于多反应体系，通常使转化转化率提高的反应条件往往会使选择性降低，所以不能单纯追求高转化率或高选择性，而要兼顾两者使目的产物的收率最高。

7.催化剂有哪三个基本些特征，它在化工生产中起到什么作用? 在生产中如何

正确使用催化剂？

催化剂的基本特征：

答：⑴催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化

⑵催化剂只能缩短到达化学平衡的时间（即加速作用），但不能改变平衡

⑶催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。

催化剂在化学生产中的作用：

答：⑴提高反应速率和选择性；

⑵改进操作条件；

⑶催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术；

⑷催化剂在能源的开发和消除污染中可发挥重要作用。

生产中正确使用催化剂的方法：

答：催化剂的使用性能有：活性、选择性、寿命（寿命受化学稳定性、热稳定性、力学性能稳定性、耐毒性等性能的影响），所以在催化剂的使用

中除了应研制具有优良性能、长寿命的催化剂外，在生产中必须正确操

作和控制催化剂的各项反应参数，防止损害催化剂。

8.计算：见教材

13. 一氧化碳与水蒸气发生的变换反应为CO ＋H2O ＝CO2+H2，若初始混合原料的摩尔比为H2O ／CO ＝2／1。反应在500℃进行，此温度下反应的平衡常数222()() 4.88()()

P p CO p H K p CO p H O ==，求反应后混合物的平衡组成和CO 的平衡转化率。

12. 某燃料气含有30％CS2、26％C2H6、14％CH4、10％H2、10％N2、6％O2和4％CO ，与空气一起燃烧，产生的烟道气含有3％SO2、4％CO ，其余为CO 2、H2O 、O2和N2。求空气的过剩百分数。

15. 将纯乙烷进行裂解制取乙烯，已知乙烷的单程转化率为60％，每100kg 进裂解器的乙烷可获得46.4kg 乙烯，裂解气经分离后，未反应的乙烷大部分循环回裂解器(设循环气只是乙烷)，在产物中除乙烯及其他气体外，尚含有4kg 乙烷。求生成乙烯的选择性、乙烷的全程转化率、乙烯的单程收率、乙烯全程收率和全程质量收率。

20.分别计算一氧化碳和水蒸气变换反应在25℃和315℃时的反应热，压力均为1.013×105 Pa 。

3 烃类热裂解

1. 什么叫烃类的热裂解？

答：烃类热裂解法是将石油系烃类原料(天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等)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。

2. 烃类裂解过程中可能发生那些化学反应？一次反应与二次反应有何区别？大致可得到哪些产物？

烃类热裂解过程中可能发生的化学反应：

答：⑴烷烃：脱氢反应、断链反应、环化脱氢反应；

⑵烯烃：断链反应、脱氢反应、歧化反应、双烯合成反应、芳构化反应；

⑶环烷烃：断裂开环反应、脱氢反应、侧链断裂及开环脱氢反应；

⑷芳烃：烷基芳烃的侧链断裂和脱氢反应，芳烃缩合、进一步成焦的反

应；

⑸结焦生炭反应。

一次反应与二次反应的区别及产物：

答：一次反应是指原料烃在裂解过程中首先发生的原料烃的裂解反应，二次

反应则是指一次反应产物继续发生的后继反应。生成目的产物（乙烯、

丙烯）的反应属于一次反应，是希望发生的反应，应促进。乙烯、丙烯

消失，生成相对分子质量较大的液体产物以至结焦生炭的反应式二次反

应，是不希望发生的反应，这类反应的发生，不仅多消耗了原料，降低

了主产物的产率，而且结焦生炭会恶化传热，堵塞设备，对裂解操作和

稳定生产都带来极不利的影响，应设法抑制其进行。

3. 试从化学热力学的方法来分析比较在1000K 时苯发生如下两反应时哪个反应占优势？并说明含苯较高的原料在1000K 时进行裂解的过程，主要趋向是增

产乙烯还是增大结焦趋向。

4. 各族烃类热裂解反应规律是什么？

各族烃的裂解反应规律。

答：（1）烷烃：正构烷烃在各族烃中最利于乙烯、丙烯的生成。烷烃的相对

分子质量愈小，其总产率愈高。异构烷烃的烯烃总产率低于同碳原子数

的正构烷烃，但随着相对分子质量的增大，这种差别减小；

（2）烯烃：大分子烯烃裂解为乙烯和丙烯；烯烃能脱氢生成炔烃、二烯

烃，进而生成芳烃；

（3）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，相对于正烷烃来说，含环烷烃较多的原料丁二烯、芳烃的收

率较高，而乙烯的收率较低；

（4）芳烃：无烷基的芳烃基本上不裂解为烯烃，有烷基的芳烃，主要是

烷基发生断碳键和脱氢反应，而芳环保持不变，易脱氢缩合为多环芳烃，

从而有结焦的倾向。

各族烃的裂解难易程度顺序：正烷烃>异烷烃>环烷烃（六碳环>五碳环）>

芳烃；随着碳原子数的增多，该规律减弱。

5. 试分析为什么烷烃是裂解制氢的理想原料？

答：各种烃的裂解性能可以用PONA 值来评价。烷烃（P ）的氢含量最高，，氢

含量越高，乙烯收率越高，相应的氢收率越高。烷烃的特性因数K 最高，

它反映了烃的氢饱和程度，，乙烯和丙烯收率随K 值增大而增加。关联指

数（BMCI 值）烷烃最低，BMCI 值与烯烃产率呈负线性相关，因此烷烃有

利于制氢。

6. 以己烷为例说明丁烷在裂解中可能进行的一级反应和二级反应，它的裂解产物可能有哪些？

7. 裂解过程中是如何结焦和生炭的？

答：⑴烯烃经过炔烃中间阶段而生碳。裂解过程中生成的乙烯在900~1000℃

或更高温度经过乙炔阶段而生碳

CH2=CH2 ?→?-

H CH2=CH ·?→?-H CH ≡CH ?→?-H CH ≡C ·?→?-H ·C ≡C ·

?→?-

H

Cn

⑵经过芳烃中间阶段而结焦：萘?→?-

H 二联萘?→?-H 三联萘?→?-H 焦

8.已知α－甲基戊烷（n=6）：

管式炉裂解，760℃时停留时间为0.5秒，试求转化率。

9. 正己烷管式炉裂解，炉出口温度为760℃，转化率为88.3%，

k 6=4.289S -1，求停留时间。

10.裂解时间和裂解温度有什么关系？应当如何选用？

答：裂解温度与停留时间是一组相互关联不可分割的参数。从裂解反应动力学

可知，对给定原料而言，裂解深度取决于裂解温度和停留时间。高温－短

停留时间则是改善裂解反应产品收率的关键。在相同裂解深度条件下，高

温-短停留时间的操作条件可获得较高的烯烃、炔烃收率，抑制芳烃生成

的反应，并减少结焦。

11.用热力学、动力学综合分析，说明裂解反应应在高温、短停留时间下进行是

必要的。

答：1）从化学平衡的角度，如使裂解反应进行到平衡，所得烯烃很少，最后

生成大量氢和碳，为获得更多烯烃，应采用尽可能短的停留时间，乙烷

裂解生成乙烯的反应平衡常数K p1、K p1a 远大于乙烯消失的反应平衡常数

K p2,随着温度的升高，各平衡常数均增加，而K p1、K p1a 与 K p2的差距更大。

乙炔结碳反应的平衡常数K p3虽然远高于K p1、K p1a ，但其随温度的升高而

减小，因此提高裂解温度对生成烯烃是有利的。

2）从动力学角度分析，烃类裂解的主反应可按一级反应处理

kt=ln(1/1-X) 反应速率k 是温度的函数,k=A ｅE/RT ，可见反应速率随温

度增高而变大，高温裂解有利于裂解反应中一次反应的进行，因此高温

有利于裂解反应的进行。短停留时间可抑制二次反应的进行，提高产品

转化率。

12.压力对裂解反应有何影响。

答：压力改变反应物浓度，压力降低，对一次反应不利，但对二次反应更不

利。所以压力降低，可增大一次反应和二次反应相对速率。

采用加入稀释剂的方法实现降压目的的原因：

答：添加稀释剂可降低烃分压，这样设备仍可在常压或正压操作，而烃分压

则可降低。

采用水蒸气做稀释剂的优点：

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

分离负荷和困难；

②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；

③抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀；

④脱除积炭，炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。

13.SRT-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型管式裂解炉的结构特点如何？

答：SRT-Ⅰ型裂解炉采用多程等径辐射盘管，从SRT-Ⅱ型裂解炉开始，采用分支变管径辐射盘管（在入口段采用多根并联的小口径炉管，而出口段

则采用大口径炉管，沿管长流通截面积大体保持不变），随着炉型的改进，辐射盘管的程数逐步减少，管径缩短。SRT-Ⅲ型炉的工艺的性能和SRT-

Ⅱ型炉基本相同，但炉内管排由四组增加到六组。

14. 裂解气预分馏的任务：

答：尽可能降低裂解气温度，保证裂解气压缩机的正常运转并降低功耗；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；在裂解气

预分馏过程中将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再

发生稀释蒸汽，减少污水排放量；在预分馏过程中继续回收裂解气低能

位热量。

裂解气净化的任务：

答：裂解气中含H2S,CO2,H2O,C2H2,CO等气体杂质，这些杂质的含量虽不大，但对深冷分离过程是有害的，而且这些杂质不脱除，会使产品达不到规

定的标准，为达到产品所要求的规格，必须脱除这些杂质，对裂解气进

行净化。

裂解气分离的任务：

答：裂解气中含有的酸性气体对裂解气分离装置以及乙烯和丙烯衍生物加工装置都会有很大的危害，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。

15.了解并画出三种有代表性深冷分离流程方框图。

16.裂解气中酸性气体、水份、炔烃、CO2有何危害？如何脱除？

裂解气中酸性气体的危害：

答：裂解气中含有的酸性气体对裂解气分离装置以及乙烯和丙烯衍生物加工装置都会有很大的危害：CO2会在低温下结成干冰，造成深冷分离系统

设备和管道堵塞，H2S可造成加氢脱炔催化剂和甲烷化催化剂中毒。

脱除方法：碱洗法、乙醇胺法

裂解气中水分的危害：

答：水分带入低温分离系统会结冰造成冻堵，也会在加压和低温条件下与烃类生成白色结晶水合物，在设备和管路内积累造成堵塞现象；

脱除方法：吸附法进行干燥

裂解气中炔烃的危害：

答：可能影响催化剂寿命，恶化产品质量，形成不安全因素，产生不希望的副产品。

脱除方法：溶剂吸收法和催化加氢法脱炔

17.裂解气为何要压缩？又为何要进行多段压缩？

对裂解气进行压缩的原因：

答：裂解气中许多组分在常压下都是气体，其沸点很低，常压下进行各组分精馏分离，则分离温度很低，需要大量冷量，为了使分离温度不太低，

可适当提高分离压力，即对裂解气进行压缩。

对裂解气进行多级压缩的原因：

答：⑴节约压缩能耗；⑵降低出口温度；⑶减少分离净化负荷

18.何为深冷分离法? 何为冷箱？前冷流程和后冷流程是如何来提高乙烯回收率的？

深冷分离法：实质就是气体液体化技术。通常采用机械方法，如用节流膨胀或绝热膨胀等方法，把气体压缩、冷却后，利用不同气体

沸点上的差异进行精馏，使不同气体得到分离。

冷箱：是一组高效、绝热保冷的低温换热设备，它由结构紧凑的高效板式换热器和气液分离器所组成。因为低温极易散冷，要求极其严密的

绝热保冷，故用绝热材料把换热器和分离器均包装在一个箱形物

内，称之为冷箱。

前冷流程提高乙烯回收率的方法：

答：前冷是冷箱放在脱甲烷塔之前来处理脱甲烷塔的进料。由于氢气大部分

在前冷箱中已经分出，所以提高了脱甲烷塔进料的C

1/H

2

的摩尔比，从

而提高了乙烯回收率。

后冷流程提高乙烯回收率的方法：

答：后冷流程是冷箱放在脱甲烷塔之后来处理塔顶气体。经过预处理以后的裂解气，经脱甲烷塔、回流罐去第一冷箱换热的不凝气体中，含有3～

4%的乙烯，通过冷箱把尾气中的乙烯含量降低到2%左右，可以多回2%

左右的乙烯；并且还能获得浓度为70～80%的富氢气体。

4芳烃转化过程

1.简述芳烃转化反应作用？芳烃用途、来源及如何分离？

芳烃转化反应作用：

答：不同来源的各种芳烃馏分组成是不同的，能得到的各种芳烃的产量也不同，因此如仅从这些来源来获得各种芳烃的话，必然会发生供需不平衡的矛盾，因此就开发了芳烃的转化工艺，以便依据市场的供求，调节各种芳烃的产量。

芳烃的来源：

答：芳烃最初全部来源于煤焦化工业，现今石油芳烃是芳烃的主要来源，石油芳烃主要来源于石脑油重整生成油及烃裂解生产乙烯副产的裂解汽

油。

芳烃的用途：

答：1.芳烃中的“三苯”（苯、甲苯和二甲苯）和烯烃中的“三烯”（乙烯、

丙烯和丁二烯）是化学工业的基础原料，具有重要的地位。

2.苯可用来合成苯乙烯、环己烷、苯酚、苯胺及烷基苯；

3.甲苯不仅是有机合成的优良溶剂，而且还可以合成异氰酸酯、甲酚，或

通过歧化和脱烷基制苯；

4.对二甲苯主要用于生产对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，与乙二醇反应

生成的聚酯用于生产纤维、胶片和树脂，是重要的合成纤维和塑料之一；

5.邻二甲苯主要用来生产邻苯二甲酸酐，进而生产增塑剂；

6.间二甲苯主要用来生产间苯二甲酸及少量的间苯二腈，后者是生产杀菌

剂的单体，间苯二甲酸则是生产不饱和聚酯树脂的基础原料；

7.乙苯主要用于制取苯乙烯，进而生产丁苯橡胶和苯乙烯塑料等；

8.C9芳烃组分中，异丙苯主要用于生产苯酚/丙酮的量最大；

9.对二乙苯用作对二甲苯吸附分离中的脱附剂；

10.萘用来生产染料、鞣料、润滑剂、杀虫剂、防蛀剂等。

芳烃的分离方法：

答：⑴溶剂萃取（利用一种或两种以上的溶剂对芳烃和非芳烃选择溶解分离

出芳烃）；

⑵萃取蒸馏（在萃取蒸馏塔中把溶剂萃取和蒸馏两种过程结合起来）。

2.芳烃转化反应类型，反应机理，芳烃转化反应采用哪几种催化剂？

芳烃转化反应类型：

答：①异构化反应；②歧化反应；③烷基化反应；④烷基转移反应；⑤脱烷

基化反应

芳烃转化反应机理：

答：芳烃的转化反应都是在酸性催化剂存在下进行的，具有相同的离子反应

机理。反应历程包括：正烃离子的生成及正烃离子的进一步反应。芳烃

的异构化、歧化、烷基转移和烷基化都是按离子型反应机理进行，正烃

离子非常活泼，在其寿命时限内可参加多方面反应，造成各类芳烃转化

反应产物复杂化。

芳烃转化反应所用催化剂：

答：⑴ 酸性卤化物：AlBr3、AlCl3、BF3等 ⑵ 固体酸：①浸附在适当载

体上的质子酸；②浸附在适当载体上的酸性卤化物；③混合氧化物催化

剂；④贵金属－氧化硅－氧化铝催化剂；⑤分子筛催化剂

3．甲苯歧化主副反应

主反应：2+??

→甲苯苯邻二甲苯 副反应：

⑴产物二甲苯的二次歧化

⑵ 产物二甲苯与原料甲苯或副产物多甲苯之间的烷基转移反应

⑶甲苯的脱烷基反应

⑷芳烃的脱氢缩合生成稠环芳烃和焦

4．工业上C8芳烃异构化目的是什么？简述以Pt/Al2O3为催化剂C8芳烃异构化

工艺过程。

目的是减少异构化装置的物料循环量，提高原料转化率。

整个异构化过程包括加氢、异构和脱氢等反应。（催化剂：可使二甲苯之间异构化，也可使一本异构化为二甲苯；具有较好的活性和选择性。）

5．烃烷基化反应在工业中有哪些应用？化学过程中主副反应是什么？简述用传统的无水三氯化铝法生产烷基苯工艺流程，该方法与高温均相无水三氯化铝法比较有何不同？

答：芳烃分子中苯环上的一个或几个氢呗烷基所取代生成烷基芳烃的反应成为芳烃烷基化。主要应用于生产乙苯、异丙苯和十二烷基苯等。

芳烃烷基化反应化学过程中主副反应：

主反应：C

6H

6

（气）+CH

2

=CH

2?C6H5-C2H5（气）乙苯

C

6H

6

（气）+CH

2

CH=CH

2?C6H5-CH(CH3)2（气）

C

6H

6

（液）+CH

2

=CH

2?C6H5-C2H5（液）

副反应：多烷基苯的生成、二烷基苯的异构化反应、烷基转移反应、芳烃缩合和烯烃聚合反应。

用传统的无水三氧化铝法生产烷基苯的工艺流程：

答：在低温（95℃）低压(101.3~152.0kPa)下，在搪玻璃的反应器中加入AlCl3催化剂配位化合物、苯和循环的多乙苯混合物，搅拌使催化剂配位化合

物分散，向反应混合物中通入乙烯，乙烯基本上完全转化。由反应器出

来的物流约由55%未转化的苯、35%~38%乙苯、15%~20%多乙苯混合有机

相和AlCl3配位化合物组成。冷却分层，AlCl3循环返回反应器，少部

分被水解成Al(OH)3废液。有机相经水洗和碱洗除去微量AlCl3得到粗

乙苯，最后经三个精馏塔分离得到纯乙苯。

传统的无水三氧化铝法与高温均相无水三氧化铝法比较有何不同？

答：不同的是高温均相无水三氧化铝法应用了一种有内外圆筒的烷基化反应器。乙烯、干燥的苯、三氧化铝配位化合物先在内筒反应，在此内筒内

乙烯几乎全部反应完，然后物料折入外筒使多乙苯发生烷基转移反应。

6．芳烃脱烷基的方法有哪几种？工业上主要应用是什么？

答：⑴烷基芳烃的催化脱烷基；

⑵烷基芳烃的催化氧化脱烷基；

⑶烷基芳烃的加氢脱烷基；

⑷烷基苯的水蒸气脱烷基法。

工业上主要应用的是：甲苯脱甲基制苯、甲基萘脱甲基制萘。

7．如何从C8芳烃中分离出邻二甲苯和乙苯？又如何把对、间二甲苯进行分离？

简述分离原理。

①邻二甲苯的分离：C8芳烃中邻二甲苯的沸点最高，与关键组分间二甲苯的沸

点相差5.3℃，可以用精馏法分离，精馏塔需150～200块塔板，两塔串

联，回流比7～10，产品纯度为98％～99.6％。

②乙苯的分离：C8芳烃中乙苯的沸点最低，与关键组分对二甲苯的沸点仅差

2.2℃，可以用精馏法进行分离，但较困难。工业上分离乙苯的精馏塔

实际塔板数达300～400（相当于理论塔板数200～250），三塔串联，塔

釜压力0.35～0.4MPa，回流比50～100，可得纯度在99.6％以上的乙

苯。其它方法有络合萃取法和吸附法。

③对二甲苯的分离：⑴深冷结晶分离法：深度冷却至－60～75℃，熔点最高的对

二甲苯首先被结晶出来。工业上一般采用二段结晶工艺⑵络合分离法⑶

模拟移动床吸附分离法：在移动床中固体吸附剂和液体做相对移动，并

反复进行吸附和脱附的传质过程被分离物质A比B有更强的吸附力，吸

附剂自上而下，脱附剂D逆流而上，将被吸附的A与B可逆地置换出来，

被脱附下来的D与A、D与B分别从吸附塔引出，经过蒸馏可将D与A

和D与B分开。脱附剂再送回吸附塔循环使用。

④间二甲苯的分离：络合萃取分离法：C8芳烃四个异构体与HF共存于一个系统

时，形成两个相互分离的液层，上层为烃层，下层为HF层。加入BF3

后，发生化学反应而生成在HF中溶解度大的配位化合物，由于间二甲

苯碱度最大，所形成的配位化合物稳定性最大，故能在系统中发生置换

反应，，置换结果：HF－BF3层中的间二甲苯浓度越来越高，烃层中的

间二甲苯浓度越来越低，从而达到选择分离的目的。

8．工业上吸附分离对、间二甲苯分离性能较好的吸附剂是什么？

答：吸附剂：KBaY型分子筛；脱附剂（对二甲苯）：芳香烃（甲苯、二乙苯、对二乙苯＋正构烷烃等，不能含苯）。

7烃类选择性氧化

1.氧化反应有哪些特征？

答：①反应放热量大；②反应不可逆；③氧化途径复杂多样；④过程易燃易爆

2.工业上常用的均相催化氧化可分哪两类？它们的主要差别是什么？

答：①催化自氧化②络合催化氧化（均相配位催化氧化）

主要差别在于：在均相配位催化氧化反应中，催化剂由中心金属离子与

配位体构成，。过渡金属离子与反应物形成配位键并使其活化，使反应物

氧化，而金属离子或配位体被还原，然后，还原态的催化剂再被分子氧

氧化成初始状态完成催化循环过程。而催化自氧化是通过金属离子的单

电子转移引起链引发和氢化过氧化物的分解来实现氧化的过程。

3.何为催化氧化诱导期，氧化促进剂有何作用?

催化氧化诱导期：在自氧化反应过程中，从链引发到链反应开始，必然有一自由基浓度的累积阶段，在此阶段，观察不到氧的吸收，一般称为诱导期。

氧化促进剂的作用：氧化促进剂又称助催化剂，，能缩短反应诱导期或加速反应的中间过程。

4.非均相催化氧化与均相催化氧化有何不同之处？

答：与均相催化氧化相比，非均相催化氧化过程具有以下特点：

⑴固体催化剂的活性温度较高，反应通常在较高温度下进行，一般高于

150℃。

⑵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，适于大规模连续生产。

⑶反应过程要经历扩散、吸附、表面反应、脱附和扩散等多个步骤，，反

应过程的影响因素较多。

⑷反应物料与空气或氧的混合物存在爆炸极限问题，需特别关注安全生

产。

5.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：⑴采用列管式固定床反应器；

⑵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（碱金属助催化剂）：使载

体表面酸性中心中毒，以减少副反应的进行。抑制剂的作用：使催化剂

表面部分可逆中毒，使活性适当降低，减少深度氧化，提高选择性。活

性组分银：高银含量催化剂，可提高催化剂的活性。

⑶影响乙烯环氧化反应的因素有：①反应温度②空速③反应压力④原料

配比及致稳气⑤原料气浓度⑥乙烯转化率

6.简述丙烯腈氨氧化合成丙烯腈的工艺流程，在反应部分中为何要除去未反应的氨？回收部分中为何要采用水为吸收剂，粗丙烯腈精制加对苯二酚、醋酸、二氧化硫的目的是什么，粗乙腈为何精制较难？

答：氨在碱性介质中会会发生一系列副反应，，生成的物质会堵塞管道，各种加成反应导致产物丙烯腈和HCN的损失，降低了回收率，因此氨必须

及时除去。

7. 丙烯腈氨氧化合成丙烯腈回收部分中为何采用水为吸收剂？

答：从氨中和塔出来的反应气中，有大量惰性气体，产物丙烯腈浓度很低，丙烯腈及副产物乙腈、氢氰酸等溶于水，被水吸收，惰性气体不溶于水。

因此用水作吸收剂。

8. 粗丙烯腈精制加对苯二酚、醋酸、二氧化硫的目的是什么？

答：回收和精制部分处理的物料丙烯腈、丙烯醛、氢氰酸等都易于自聚，聚合物会堵塞塔盘和填料、管路，因此处理中需加入阻聚剂，聚合机理不

同，加入的阻聚剂也不同。

丙烯腈的阻聚剂是对苯二酚；氢氰酸在碱性条件下易聚合，因此需加入

酸性阻聚剂：气相时采用二氧化硫做阻聚剂，液相时采用醋酸作阻聚剂。

7．定床、流化床反应器结构优缺点有哪些？何为“热点”，工业上如何来解决“热点”的危害？

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。

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。

工业上如何解决“热点”的危害：

答：①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②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，以降低入

口段的反应速率和放热速率③采用分段冷却法

8、当以萘为原料生产苯酐时,萘在空气中的质量浓度达80～120g/m(标准状态),处在爆炸极限内,生产中如何避免爆炸的发生？

答：尽量缩小邻二甲苯与空气混合之处和进入装催化剂管之间的空间；反应器壁厚略为加大，并装备防爆膜、安全阀；采用大热容催化剂；使用高

线速、防静电等措施。

8．何为爆炸极限？何为氧的极限浓度？

爆炸极限：选择性氧化过程中，烃类及其衍生物的气体或蒸汽与空气或氧化物形成混合物，在一定的浓度范围内，由于引火源如明火、高温

或静电火花等因素的作用，该混合物会自动迅速发生支链型连锁

反应，导致极短时间内体系温度和压力急剧上升，火焰迅速传播，

最终发生爆炸。该浓度范围称为爆炸极限。

氧的极限浓度：爆炸极限对应的氧浓度称为氧的极限浓度。

一、名词解释

1．化学工艺：即化学生产技术，系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过

程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。

2．化学工艺学：是将化学工程学的先进技术运用到具体生产过程中，以化工产品为目标的过程技术

3．化学工程学：主要研究化学工业和其它过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律

4．化工生产工艺流程：原料需要经过包括物质和能量转换的一系列加工，方能

转变成所需产品，实施这些转换需要有相应的功能单元来完成，按物料加工顺5．石油芳烃：石油的组成之一。

6.油田气：天然气又称油田气、石油气、是有伴生气。开采石油时，只有气体称为天然气。石油和石油气，这个石油气称为油田气或称石油伴生气

7．转化率：指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分率，用X表示。X＝某一反应物的转化量/该反应物的起始量8．一次反应：一次反应指原料在反应过程中首次发生的反应

9．二次反应：一次反应指原料在反应过程中首次发生的反应

10．停留时间：是指在稳定态时，物质从进入反应器到离开该库所度过的平均时间

11．焦；原料经蒸馏将重质油分离后，重质油再经裂解过程转化而成的产品。12．产气率：收率：Y＝转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的起始量Y ＝SX

13．单程转化率：系指原料每次通过反应器的转化率。

14．冷箱：是一组高效、绝热保冷的低温换热设备，它由结构紧凑的高效板式换热器和气液分离器所组成。因为低温极易散冷，要求极其严密的绝热保冷，故用绝热材料把换热器和分离器均包装在一个箱形物内，称之为冷箱。

15.诱导期：在自氧化反应过程中，从链引发到链反应开始，必然有一自由基浓度的累积阶段，在此阶段，观察不到氧的吸收，一般称为诱导期。

16.焦化芳烃：来源于煤焦化工业的芳烃。

17.芳烃转化：利用异构化反应、歧化反应、烷基化反应；④烷基转移反应；⑤脱烷基化反应达到各芳烃之间的转化工艺，以便依据市场的供求，调节各种芳烃的产量。

18.自氧化：指具有自由基链式反应特征，自动加速氧化反应。

19．络合催化氧化：以过渡金属络合物为催化剂进行的氧化反应。

20.爆炸极限：选择性氧化过程中，烃类及其衍生物的气体或蒸汽与空气或氧化物形成混合物，在一定的浓度范围内，由于引火源如明火、高温或静电火花等因素的作用，该混合物会自动迅速发生支链型连锁反应，导致极短时间内体系温度

能力或单位面积的生产能力。