化工工艺学期末考试总结

《化工工艺学》

一、填空题

1. 空间速度的大小影响甲醇合成反应的选择性和转化率。

2. 由一氧化碳和氢气等气体组成的混合物称为合成气。

3. 芳烃系列化工产品的生产就是以苯、甲苯和二甲苯

为主要原料生产它们的衍生物。

4. 石油烃热裂解的操作条件宜采用高温、短停留时间、低烃分压。

5. 脱除酸性气体的方法有碱洗法和乙醇胺水溶液吸附法。

6. 天然气转化催化剂，其原始活性组分是NiO，需经还原生成Ni 才具有活性。

7. 按照对目的产品的不同要求，工业催化重整装置分为生产芳烃为主的化工型，以生产高辛烷值汽油为主的燃料型和包括副产氢气的利用与化工燃料两种产品兼顾的综合型三种。

8. 高含量的烷烃，低含量的烯烃和芳烃是理想的裂解原料。

9. 氨合成工艺包括原料气制备、原料气净化、原料气压缩和合成。

10.原油的常减压蒸馏过程只是物理过程，并不发生化学变化，所以得到的轻质燃料无论是数量和质量都不能满足要求。

11. 变换工段原则流程构成应包括：加入蒸汽和热量回收系统。

12. 传统蒸汽转化法制得的粗原料气应满足：残余甲烷含量小于0.5% 、（H2+CO）/N2在 2.8~3.1 。

13. 以空气为气化剂与碳反应生成的气体称为空气煤气。

14. 低温甲醇洗涤法脱碳过程中，甲醇富液的再生有闪蒸再生、_ 汽提再生_、_热再生_三种。

15．石油烃热裂解的操作条件宜采用高温、短停留时间和低烃分压。16. 有机化工原料来源主要有天然气、石油、煤、农副产品。

18. 乙烯直接氧化过程的主副反应都是强烈的放热反应，且副反应（深度氧化）

防热量是主反应的十几倍。

19. 第二换热网络是指以_ _为介质将变换、精炼和氨合成三个工序联系起来，以更合理充分利用变换和氨合成反应热，达到节能降耗的目的。

20. 天然气转化制气，一段转化炉中猪尾管的作用是_ 缓冲形变应力？。

21. 单位时间、单位体积催化剂处理的气量称为反应器空速。

22. 生产中根据物质的冷凝温度随压力增加而增加的规律，可对裂解气加压，从而使各组分的冷凝点升高，即提高深冷分离的操作温度，这既有利于分离，又可节约冷量。

23. 裂解原料中含有高含量的烷烃，低含量的烯烃和芳烃是理想的裂解原料。

24. 目前具有代表性三种裂解气分离流程是：顺序分离流程，前脱乙烷分离流程，前脱丙烷分离流程。

25. 催化重整是生产高辛烷值汽油和石油芳烃的主要工艺过程，是炼油和石油化工的重要生产工艺之一。

26. 对于一个可逆放热反应，如果已知反应温度、压力和原料组成，可求出该条件下的反应平衡常数，从而计算出该条件下的反应平衡组成。

27. 氨水中和法脱除合成氨原料气中的CO2 ，即是合成氨原料气体的净化过程，又是产品碳酸氢铵的制备过程。

28. 甲烷转化催化剂和甲烷化催化剂的活性组分相同，都是Ni ，但其含量不同。

二、单项选择题

1 下面哪一种催化剂为氨合成催化剂。(A)

A. A110

B. B117

C. C207

D. Z107

2 NHD法脱除CO2是依据CO2在NHD溶液中有______的特点，通过高压低温吸收、加温降压再生来实现溶液的循环利用。(D)

A. 可逆反应

B. 不可逆反应

C. 低温反应

D. 较大的溶解度，而氢气、氮气

在其中的溶解度很小

3 ______脱硫工艺中，为了加快溶液的脱硫、再生速度，减轻溶液对设备的腐蚀，可在脱硫液中加入________。( A )

A. 栲胶、V2O5

B.ADA、KNO3

C. NH3、NaNO3

D. PDS、二乙醇胺

4 间歇式固定床制气过程中，二次上吹阶段进行的反应是________，其目的是制备水煤气。( A )

A. 碳和水蒸汽的反应

B. 碳和氧气的反应

C. 碳和氮气反应

D. 碳和氢气的反应

5 甲烷化反应是指在催化剂作用下________。( A)

A. 一氧化碳转化为甲烷的过程

B. 一氧化碳转为二氧化碳的过程

C. 一氧化碳发生歧化反应生成碳和二氧化碳的过程

D.一氧化碳制备甲酸的过程

6 变换反应的特点之一是______。( B)

A. 体积缩小

B. 放热

C. 不可逆

D. 体积增加

7 间歇法制取合成氨粗原料气过程中，氮气的加入是在______进行的。(A )

A. 吹风阶段

B. 一次上吹

C. 空气吹净阶段

D. 下吹阶段

8 _ 不会导致耐硫变换催化剂中毒。(C )

A. As

B. H2S

C. O2

D. P

9 氧化铁法脱除硫化物属于干法脱硫中的________。( A )

A. 吸附法 B 接触氧化法 C 转化法 D 以上都不是

10 是指用氧气或含氧气化剂对煤或焦炭进行热加工的过程。(A )

A. 固体燃料气化

B. 一氧化碳转变换

C. 天然气转化

D.甲烷化

11 氨合成反应的特点之一是_____。(D )

A. 体积不变

B. 吸热

C. 不可逆

D. 摩尔数减小

12 甲烷转化制合成氨粗原料气过程中，氮气的加入是在_____中进行。( C )

A. 燃烧室

B. 一段转化炉

C. 二段转化炉

D. 以上都有

三、判断题（正确√，错误×）

1.MTO合成路线是以天然气或煤为主要原料，制备合成气，合成气再转化成甲醇

然后经甲醇生产烯烃的路线，完全不依赖于石油。（√）

2.石油烃热裂解中不采用抽真空降总压的方式是因为经济上不合理。(×)

3.压缩和冷冻系统的任务是加压、降温，以保证分离过程顺利进行。(√)

4.甲醇合成反应的原料中含有一定量的二氧化碳，可以增高反应峰值温度。（×）

5.裂解原料中，氢含量越高，乙烯收率越高。（×）

6.芳构化反应的烷烃异构化及环化脱氢反应都是吸热和体积增大的反应。（×）

7.硫化氢可使中温变换催化剂暂时中毒、低温变换催化剂永久中毒。（）

8.低温甲醇洗法脱碳中，向原料气体中加入少量甲醇，目的是防止冷凝的水在低温

下结冰堵塞管道。（√）

9.甲烷化过程是在一定温度、压力和催化剂作用下完成CH4+H2O ==CO+H2反应。

（×）

10.在以铜氨液法净化合成氨原料气工艺中，铜氨液吸收一氧化碳能力随吸收溶液温

度的提高而增加。（×）

11. 热钾碱法脱碳溶液中加入活化剂的目的是提高碳酸钾溶液吸收二氧化碳的速

度。（√）

12. 氨合成工序，放空气的排放，应设在惰性气含量高、氨含量较低的部位。（）

13. 以煤为原料采用固定床制气的气化过程中，在不致使炉内结疤的前提下，为提

高反应速度和提高CO 含量，反应应尽量在较高温度下进行。（）

14. 浓氨水吸收二氧化碳是放热反应，碳化塔冷却水箱的作用是及时移出反应热，

以有利于碳酸氢铵的生产。（√）

15. 石油中主要含烯烃、环烷烃和芳烃，一般不含烷烃。（×）

16. 合成甲醇时原料气中有二氧化碳，可降低二甲醚的生成。（）

17. 乙烯生产乙醛的过程中有氧气参与，但金属钯的氧化不需要氧。（√）

18. 生物质的加工方法有：发酵，水解。（）

19. 低温变换催化剂的活性组分是氧化铜，使用前可用H2或CO将其还原。（√）

20. 脱硫液再生时加入的空气量越大，溶液再生越彻底，能达到降低碳酸钠消耗的

目的。（）

21. 饱和热水塔的水循环量越大，饱和塔出口的气体温度会越高，外供蒸汽越少，

有利于节能。（）

22. 热碳酸钾溶液中加入活化剂的目的是提高碳酸钾溶液吸收二氧化碳的速度。

（√）

23. 影响氨合成的工艺条件有：温度、压力、空速、氢氮比、惰性气含量和初始氨

含量。当其它条件一定时，进塔气体中氨含量越高，氨净值越小，生产能力越低。

（）

24. 灰熔聚气化工艺流程包括：水煤浆的制备及输送，气化过程，废热回收，煤气

冷却等部分。（）

四、简答题。

1.裂解气深冷分离为何采用多段压缩技术？

答：裂解气经压缩后，不仅会使压力升高，而且气体温度也会升高，为避免压缩过程温升过大造成裂解气中双烯烃尤其是丁二烯之类的二烯烃在较高的温度下发生大量的聚合，以至形成聚合物堵塞叶轮流道和密封件，裂解气压缩后的气体温度必须要限制，压缩机出口温度一般不能超过100℃，在生产上主要是通过裂解气的多段压缩和段间冷却相结合的方法来实现。采用多段压缩可以节省压缩做功的能量，效率也可提高，根据深冷分离法对裂解气的压力要求及裂解气压缩过程中的特点，目前工业上对裂解气大多采用三段至五段压缩。同时，压缩机采用多段压缩可减少压缩比，也便于在压缩段之间进行净化与分离，

2.试举例说出芳烃转化时发生了哪几种类型的化学反应，写出反应方程式。

答：（1）脱烷基化反应—以甲苯加氢脱烷基制苯为例

甲苯加氢脱烷基制苯是20世纪60年代以后，由于对苯的需要量增长很快，为了调整苯的供需平衡而发展起来的增产苯的途径之一。

主反应如下所示。

副反应

（2）芳烃的歧化与烷基转移

芳烃的歧化是指两个相同芳烃分子在酸性催化剂作用下，一个芳烃分子上的侧链烷基转移到另一个芳烃分子上去的反应，例如

烷基转移反应是指两个不同芳烃分子之间发生烷基转移的过程，例如

（3）C8芳烃的异构化

（4）芳烃的烷基化

3. 乙烯氧化生产环氧乙烷时为什么要加入抑制剂?

答：乙烯直接氧化过程中，如何抑制深度氧化的产生，以提高环氧化物的选择性，是一个关键问题。生产中除采用优良催化剂，控制适宜的转化率以及有效移走反应热外，在反应系统中还使用适量的副反应抑制剂。

4. 写出合成气制甲醇的主反应及主要副反应方程式。

答：

主反应：

CO +2H

2CH

3

OH

当有二氧化碳存在时，二氧化碳按下列反应生成甲醇：

CO

2 + H

2

CO + H

2

O

CO + 2H

2CH

3

OH

两步反应的总反应式为：

CO

2 + 3H

2

CH

3

OH+ H

2

O

副反应：

（1）平行副反应

CO + 3H

2CH

4

+ H

2

O

2CO + 2H

2CO

2

+ CH

4

4CO + 8H

2C

4

H

9

OH+3 H

2

O

2CO + 4H

2CH

3

OCH

3

+ H

2

O

当有金属铁、钴、镍等存在时，还可以发生生碳反应。（2）连串副反应

2CH

3OH CH

3

OCH

3

+ H

2

O

CH

3OH + nCO +2nH

2

C

n

H

2n+1

CH

2

OH + nH

2

O

CH

3OH + nCO +2（n－1）H

2

C

n

H

2n+1

COOH + （n－1）H

2

O

5. 简述热碳酸钾法脱除二氧化碳的原理？

答：

6. 简述温度、蒸汽用量对CO平衡变换率的影响。

7. 简述栲胶法脱硫工艺流程。

8. 分析停留时间与裂解温度的关系。

答：停留时间的选择主要取决于裂解温度，当停留时间在适宜的范围内，乙烯的生成量较大，而乙烯的损失较小，即有一个最高的乙烯收率称为峰值收率。

不同的裂解温度，所对应的峰值收率不同，温度越高，乙烯的峰值收率越高，相对应的最适宜的停留时间越短，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。

9. 从热力学的角度分析合成甲醇的工艺条件。

答：(1)反应温度和压力

从热力学分析，合成甲醇是体积缩小的反应，增加压力有利于甲醇平衡产率的提高，另一方面，压力升高的程度与反应温度有关，反应温度较高时，如Zn-Cr催化剂，

则采用的压力也较高(30MPa)，当反应温度较低时，如Cu-Zn-Al催化剂，则压力可降

低至5～10MPa。工业合成甲醇从高压法转向低压法是合成甲醇技术的一次重大突破，

使得合成甲醇工艺大为简化，操作条件变得温和，单程转化率也有所提高。但从整体

效益来看，当日产超过2000t时，由于处理的气体量大，设备相应庞大，不紧凑，带

来制造和运输的困难，能耗也相应提高。故提出中压法，操作压力为10～15MPa。

温度在230～350℃，其投资费和总能量费用可以达到最低限度。

(2)空速

从理论上讲空速高，反应气体与催化剂接触的时间短，转化率相应降低，而李速低，

转化率相应提高。对合成甲醇来说，由于副反应多，空速过低，促进副反应增加，降

低合成甲醇的选择性和生产能力。当然空速过高也是不利的，甲醇含量太低，增加产

品的分离困难。选择适当的空速是有利的，可提高生产能力，减少副反应，提高甲醇

产品的纯度。

(3)合成甲醇原料气配比

H2／CO的化学计量比(摩尔比)为2:1，而工业生产原料气除H2和CO外，还有一定量的CO2，常用H2-CO2／(CO+CO2)＝2.1±0.1作为合成甲醇的新鲜原料气组成，实

际上进人合成塔的混合气中H2／CO之值总是大于2。而实际进入合成塔的混合气中

H2/CO>>2。

其原因是，氢含量高可提高反应速率；降低副反应的发生；氢气的导热系数大，有利于反应热的导出，易于反应温度的控制。

此外，原料气中含有一定量的CO2，可以减少反应热量的放出，利于床层温度控制，同时还能抑制二甲醚的生成。

原料气中除H2、CO和CO2外，还有CH4和Ar气等惰性气体，虽然新鲜气中它们的含量很少，由于循环积累的结果，其总量可达15％～20％，使H2和CO的分压降

低，导致合成甲醇转化率降低，为保持一定量的惰性气体，须排放一定量的循环气，

造成原料气的浪费。

10. 乙烯生产环氧乙烷的原料配比中为什么要严格控制乙炔的含量？

答：在乙烯直接氧化过程中，乙炔是非常有毒的杂质，乙炔于反应过程中发生燃烧反应，产生大量的热量，使反应温度难以控制在反应条件下，乙炔还可能发生聚合而粘附在银催化剂表面、发生积炭而影响催化剂活性，要严格控制乙炔的含量。

11. 简述影响变换反应平衡组成的因素。

12. 简述空速对氨合成生产强度的影响。

答：空间速度直接影响氮合成系统的生产能力，空速太小，生产能力低，不能完成生产任务。空速过高，减少了气体在催化剂床层的停留时间，合成率降低，循环气量要增大，能耗增加，同时气体中氨含量下降，增加了分离产物的困难。过大的空速对催化剂床层稳定操作不利，导致温度下降，影响正常生产。故空速的选择～般根据合成压力、反应器的结构和动力价格综合考虑。低压法常取5000～10000h-1中压法取15000～30000h-1，而高压法可达60000h-1。

五、计算题

1. 利用标准自由焓计算裂解反应

C2H6C2H4+H2

在10000K下进行反应的平衡常数Kp和平衡转化率X（裂解反应按常压处理）。标准自由焓：

H2：0.00 kJ/mol

C2H6：109.22 kJ/mol

C2H4：118.09 kJ/mol

2. 在某生产过程中，浓度为0.50mol/L 的硫酸水溶液，以1.25m 3/min 的流速进入设备，溶液比重为1.03kg/L 。

计算：a 、硫酸的质量浓度kg/m 3；b 、硫酸的质量流速kg/s ；

c 、硫酸的质量分数kg/kg ；

d 、硫酸的摩尔分数mol/mol ；

e 、溶液的摩尔流速。

答：a ）质量浓度=0.5×1000×98=49000g/m 3=49kg/m 3

b ）质量流速=1.25×1.03×103/60=21.46kg/s

c ）质量分数=49/1.03×1000=4.757%

d ）摩尔分数=0.5/（0.5+（1.03×103－49）/18）=0.909%

e ）摩尔流速=0.5×1000×1.25/60=10.417mol/s

3、 在裂解炉中通入气态烃混合物为2000kg/h ，参加反应的原料为1000 kg/h 。裂解后得到乙烯840 kg/h ，以通入原料计，求乙烯收率和选择性。

答：忽略反应物与生成物之间的分子量变化，则有：

单程转化率＝进入反应器的反应物量参加反应的反应物量

×100%

＝20001000

×100%

＝50%

单程收率＝进入反应器的原料量原料量

生成目的产物所消耗的×100% ＝2000840

×100%=42%

产率（或选择性）＝参加反应的原料量原料量

生成目的产物所消耗的×100%

＝单程收率÷单程转化率

＝42%÷50%

＝84%

或者：

产率（或选择性）＝参加反应的原料量原料量

生成目的产物所消耗的×100%

＝1000840

×100%

＝84%

六、画出热碳酸钾法脱除二氧化碳的一段吸收、一段再生流程。注明设备名称及其作用。

吸收塔作用：在该容器内完成气体中的二氧化碳溶解在溶液中并和碳酸钾反应生成

碳酸氢钾的过程。 再生塔的作用：在一定的温度下，碳酸氢钾溶液再生转化为碳酸钾，使溶液重新具有吸收能力。