天津大学：化学工艺学

课后习题思考题（第一章）1现代化学工业的特点是什么？2化学工艺学的研究范畴是什么3简述石油化工原料乙烯的用途？4利用合成气可以合成哪些产品？思考题（第二章）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？它们的综合利用途径有哪些？2生物质和再生资源的利用前景如何？3何谓化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的。

4何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？5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？6催化剂有哪些基本特征？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？7在天然气开采中，有时可获得含有C6～C8烃类的天然汽油，为了改善其辛烷值，用蒸馏塔除去其中的轻组分。

如果天然汽油、塔顶馏出物和塔底中等辛烷值汽油的摩尔百分数组成为：物料名称天然汽油中等辛烷值汽油塔顶馏出物1.C6H14250602.C7H162521.5303.C8H185078.510假设它们的密度为0.8g/cm3，那么，从5000桶天然汽油中能生产出多少吨中等辛烷值汽油？（1桶=42US加仑，1US加仑=3.78541dm3,1dm3=103cm3）8某蒸馏柱分离苯-甲苯混合物，其质量组成各占50%，进料流量为10000kg/d，从柱顶冷凝器回收的产品含95%苯；柱底馏出物含95%甲苯。

离开柱顶进入冷凝器的产物蒸气流量是8000kg/d，全部冷凝为液体后，部分产品作为回流液返回蒸馏柱的上部，其余取出即为产品。

求回流与取出产品量之比。

在一个加氢裂化器中，较大分子烃经加氢裂解成较小分子烃。

已知输入和输出的烃类组成为：a)烃类输入输出b)C5H1210mol%c)C6H1440mol%d)C7H1620mol%e)C12H26100mol%30mol%（1）每100kmol原料烃可生产出多少C5～C7烃产品？（2）每100kmol原料烃消耗多少氢气？（3）如果原料烃的密度是0.9g/cm3,输出烃的密度是0.8g/cm3,那么每输出10m3的烃物料需要输入多少m3原料烃？9假设某天然气全是甲烷，将其燃烧来加热一个管式炉，燃烧后烟道气的干基摩尔组成为86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。

试计算天然气与空气的摩尔比，并列出物料收支平衡表。

10在高温下裂解天然气可获得炭黑和含氢的裂解气。

已知天然气的体积组成为82.3%CH4、8.3%C2H6、3.7%C3H8和5.7%N2，产生的炭黑可以视为纯碳，裂解气含60.2%H2、23.8%CH4、2.2%C2H6、6.5%C2H4、1.4%C3H6、2.3%C2H2和3.6%N2。

计算每100标准m3的天然气可生产多少千克炭黑和多少标准米3的裂解气。

11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、2.4%CO，其余为CO2、H2O、O2和N2。

求空气的过剩百分数。

12一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4.88。

求反应后混合物的平衡组成和CO的平衡转化率。

13合成甲醇的反应为CO+2H2=CH3OH，如果初始原料混合物中H2/CO=2/1，反应温度为350℃，压力为300×105Pa，在此条件下，平衡常数1.18×10-14Pa-2。

那么，CH3OH的平衡浓度（体积%）为多少？14将纯乙烷进行裂解制取乙烯，已知乙烷的单程转化率为60%，若每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它气体外，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。

思考题（第三章）1根据热力学反应标准自由焓和化学键如何判断不同烃类的裂解反应难易程度、可能发生的裂解位置及裂解产物；解释烷烃、环烷烃及芳烃裂解反应规律，造成裂解过程结焦生炭的主要反应是哪些？2试以丙烷裂解为例，阐述烃类裂解的自由基反应机理，计算600℃，700℃，800℃，900℃，1000℃下，丙烷裂解生成物中乙烯和丙烯比例（假设无其它副反应发生）。

并绘出裂解温度—乙烯（丙烯）组成的曲线。

3在原料确定的情况下，从裂解过程的热力学和动力学出发，为了获取最佳裂解效果，应选择什么样的工艺参数（停留时间、温度、压力…），为什么？4提高反应温度的技术关键在何处，应解决什么问题才能最大限度提高裂解温度？5为了降低烃分压通常加入稀释剂，试分析稀释剂加入量确定的原则是什么？6试讨论影响热裂解的主要因素有哪些？评价裂解过程优劣的目标函数（指标）是什么？7Lummus公司的SRT型裂解炉由I型发展到VI型，它的主要改进是什么？采取的措施是什么？遵循的原则是什么？你大胆的设想下一步将怎么改？8裂解气出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有几种，你认为哪种好，为什么？若设计一个间接急冷换热器其关键指标是什么？如何评价一个急冷换热器的优劣？9裂解气进行预分离的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制的杂质有哪些？这些杂质存在的害处？用什么方法除掉这些杂质，这些处理方法的原理是什么？10压缩气的压缩为什么采用多级压缩，确定段数的依据是什么？11某乙烯装置采用低压法分离甲烷，整个装置中需要的最低冷冻温度为-115℃，根据乙烯装置中出现的原料、产品，设计一个能够提供这样低温的制冷系统，绘出制冷循环示意图。

并标以各蒸发器和冷凝器的温度（第一级冷凝器温度，为冷却水上水温度25～30℃）。

12裂解气分离流程各有不同，其共同点是什么？试绘出顺序分离流程、前脱乙烷后加氢流程，前脱丙烷后加氢流程简图，指出各流程特点，适用范围和优缺点。

13甲烷塔操作压力的不同，对甲烷塔的操作参数（温度、回流比…）、塔设计（理论板数，材质…），即未来的操作费用和投资有什么影响？14对于一已有的甲烷塔H2/CH4对乙烯回收率有何影响？采用前冷工艺对甲烷塔分离有何好处？15何为非绝热精馏，何种情况下采用中间冷凝器或中间再沸器，分析其利弊。

16根据本章所学知识，试设计一个简单的流程表述烃类热裂解从原料到产品所经历的主要工序及彼此的关系。

17近年来乙烯工业的主要发展方向和研究开发的热点是什么？思考题（第四章）1简述芳烃的主要来源及主要生产过程。

2芳烃的主要产品有哪些？各有何用途？3试论芳烃转化的必要性与意义，主要的芳烃转化反应有哪些？4试分析我国与美国、日本的芳烃生产各有何特点及其原因。

5简述苯、甲苯和各种二甲苯单体的主要生产过程，并说明各自的特点。

6简述芳烃生产技术的新进展及其主要特征。

7如何理解芳烃生产、转化与分离过程之间的关系，试组织两种不同的芳烃生产方案。

思考题（第五章）1有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？近年来出现哪些生产合成气的新方法？它们与原有生产方法相比有什么优点？2合成气可用来制造什么化工产品？为什么近年来合成气的生产和应用受到重视？3以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？从热力学角度考虑，对反应条件有哪些要求？从动力学考虑又有哪些要求？4如何根据化学热力学、化学动力学原理和工程实际来优化天然气-水蒸气转化制合成气的工艺条件？5天然气-水蒸气转化法制合成气过程有哪些步骤？为什么天然气要预先脱硫才能进行转化？用哪些脱硫方法较好？6为什么天然气-水蒸气转化过程需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪些型式？7为什么说一段转化管属于变温反应器？为什么天然气-水蒸气转化要用变温反应器？8为什么转化炉的对流室内要设置许多热交换器？转化气的显热是如何回收利用的？9由煤制合成气有哪些生产方法？这些方法相比较各有什么优点？比较先进的方法是什么？10一氧化碳变换的反应是什么？影响该反应的平衡和速度的因素有哪些？如何影响？为什么该反应存在最佳反应温度？最佳反应温度与哪些参数有关？11一氧化碳变换催化剂有哪些类型？各适用于什么场合？使用中注意哪些事项？12在合成气制造过程中，为什么要有脱碳（CO2）步骤？通常有哪些脱碳方法，各适用于什么场合？13工业上气体脱硫有哪些方法，各适用于什么场合？14由渣油制合成气过程包括哪几个步骤？渣油气化的主要设备是什么，有何结构特点？思考题（第六章）1加氢反应和脱氢反应对催化剂有什么要求？2以媒为原料和以天然气为原料合成氨生产过程有什么不同之处？3试分析比较合成气的三种精制方法。

4氨合成反应的平衡常数Kf随温度和压力是如何变化的？5影响氨平衡浓度的因素有哪些？6温度和压力对氨合成反应的平衡氨浓度及反应速率的影响。

7惰性气体对氨合成反应的平衡浓度及反应速率的影响。

8氨合成催化剂活性组分与助剂的作用。

9在氨合成工艺流程中，排放气为什么在循环压缩机前，而氨冷则在循环压缩机之后？10从节能和提高经济效益出发，氨合成塔结构应如何改进？11合成氨与合成甲醇有哪些相似的地方？12高低压合成甲醇的比较。

13根据热力学分析，合成甲醇应在低温（<100℃，Kf值大）和高压下（>30MPa，推动力大）更为有利，工业上为什么不采用此工艺条件？14乙苯脱氢制苯乙烯生产过程中温度和空速对选择性的影响。

15苯乙烯生产中，外热式工艺与绝热式工艺有什么不同？思考题（第七章）1了解氧化过程的作用及其特点。

2分析催化自氧化反应的特点并给出在化工应用中的实例。

3了解络合催化氧化原理及其在Wacker反应中的应用。

4间接氧化法生产环氧丙烷的原理和使用的催化剂是什么？5间接氧化法生产环氧丙烷过程中主反应器是什么类型？为什么这样选择？6比较分析非均相催化氧化和均相催化氧化的特点。

7了解重要的非均相催化氧化类型并举出实例。

8非均相催化氧化反应机理有几种？各自描述的特点是什么？9典型的气—固相催化氧化常见的反应器类型有哪几种？各自的优缺点是什么？10了解绿色化学及清洁生产概念，就氧化反应举例说明。

11掌握乙烯环氧化制环氧乙烷的原理、催化体系和反应主流程。

12乙烯环氧化反应工艺条件选择的依据是什么？13致稳气的作用是什么？14掌握丙烯氨氧化制丙烯腈的原理、催化体系和反应主流程15通过丙烯氨氧化Bi—Mo—Fe多元氧化物催化剂，了解各组分的相互作用。

16丙烯氨氧化制丙烯腈工艺参数选择的依据是什么？17了解共沸精馏的原理及其在丙烯腈精制过程中的应用。

18从原料的来源和价格，谈谈丙烷氨氧化制丙烯腈的前景。

19了解苯酐生产的基本原理和催化体系的构成及工艺技术走向。

20试从原子经济性的角度论述苯酐生产原料的取舍。

21从苯酐的精制过程，理解精制方法选择的重要性。