化工工艺学-第五章思考题答案

第五章课后习题1.高分子材料的熔融指数如何测定？其数均分子量、重均分子量、粘均分子量如何定义？答：熔融指数：测定将聚乙烯树脂放入标准的塑性计中加热到190℃熔融后，在承受2160g的负荷下，l0min内通过2.09mm孔径而挤压出来的树脂重量克数数均分子量：聚合物是由化学组成相同而聚合度不等的同系混合物组成，数均分子量是按分子数目统计的平均分子数，符号为MN（MolecularNumber)。重均分子量：Weight-averageMolecularWeight，合成的高分子以及多数的天然高分子都是具有不同分子量的同系物的混合物,因此分子量不是均一的。重均分子量就是按分子重量统计的平均分子量。粘均分子量：聚合物是由化学组成相同而聚合度不等的同系混合物组成，粘均分子量是按分子粘度统计的平均分子数2.高压法低密度聚乙烯的合成反应器类型、温度、压力条件如何？单程转化率大约是多少？生产过程主要分哪几个阶段？答：反应器类型：聚合反应器压力：压力在122~303MPa或更高温度：聚合反应温度在130~350℃单程转化率：大约是为15~30%生产过程主要分3几个阶段：聚合阶段：压力为3.0～3.3MPa的新鲜乙烯，压缩至25MPa，再二次压缩至反应压力(200~300MPa)，冷却后进入聚合反应器。引发剂由高压泵送入乙烯进料口或直接注入聚合反应器分离过程：反应物料冷却后进入高压分离器，减压至25MPa，未反应的乙烯分离出来返回二次压缩机再用，聚乙烯则进入低压分离器，减压到0.1MPa以下，使残存的乙烯进一步分离出来干燥过程：聚乙烯树脂在低压分离器中与抗氧化剂等添加剂混合后挤出切粒，得到粒状聚乙烯，然后被水送往脱水振动筛，脱去水分后进入离心干燥器，脱除表面附着的水分，再经振动筛分除不合格的粒料，成品由气流输送至计量设备计量，成为一次成品3.线性低密度聚乙烯的分子结构有哪些特点？答：线型低密度聚乙烯是乙烯与α-烯烃的共聚物，分子呈线性结构，密度0.91-0.94，与LDPE类似4.淤浆法环式反应器聚乙烯流程的反应温度、压力、介质有何特点？反应温度和压力是否有联系？答：温度：55~75℃压力：1.5~3MPa介质：用较轻的异丁烷作介质温度越高，所需的压力，比较大5.中压溶液法聚乙烯流程的反应温度、压力、介质有何特点？反应温度和压力是否有联系？为什么需要一个全混反应器串联一个管式反应器答：反应温度、压力：较高温度(200℃)和较高压力(10MPa)下聚合介质：在烃类溶剂（异丁烷）中。联系：反应在不同的温度下，需要不同的反应压力，中压法乙烯在较高温度(200℃)和较高压力(10MPa)下聚合低压法乙烯在较低温度(100℃)和较低压力(2MPa)下聚合，低压冷却法反应压力和温度与低压法类似，原因：聚乙烯溶液由第一级反应器后进入管式反应器进一步聚合，达到聚合物浓度约为10%。出口处注入整合剂络合未反应的催化剂，并进一步加热使催化剂脱活。残存的催化剂经吸附脱除6.环式反应器流程和中压溶液法流程中，反应介质的分离有何共同点？答：都是用闪蒸的方法蒸出来的异丁烷7.乙烯氧化制环氧乙烷的反应原理、温度、压力、热效应如何？主、副反应的平衡常数有何特点？催化剂及其作用是什么？答：乙烯与空气或氧气在银催化剂作用下直接氧化制得。反应温度为240290℃操作压力(反应器入口压力)一般为2.02.3MPa强放热反应主反应平衡常数高达106，但副反应也是强放热反应，反应热大10倍，平衡常数更高达10139催化剂：主催化剂：金属银，含量1020%载体：α-氧化铝或含少量SiO2的α-氧化铝。助催化剂：碱土金属、稀土金属和贵金属8.乙烯氧化制环氧乙烷的生产工艺中为什么要使用稀释剂？使用何种稀释剂？答：因为反应是放热反应，所以反应器采用加压沸腾水散热(副产蒸汽)，因此加入稀释剂并设置高压蒸汽发生系统，供本装置使用。反应中加入的稀释剂是：水9.如何回收乙烯氧化制环氧乙烷的副产物CO2？答：在乙二醇原料解吸塔中，用蒸汽加热进一步汽提除去水溶液中的二氧化碳和氮气，得环氧乙烷产品10.环氧乙烷以任意比例溶于水的特性，对分离和纯化环氧乙烷有何作用答：因为环氧乙烷以任意比例溶于水的特性，所以反应后的气体经换热产生中压(2.2MPa)蒸汽，冷却到87℃后进入环氧乙烷吸收塔。用来自环氧乙烷解吸塔的贫循环水喷淋吸收生2225.0OCHCHmolkJ/3.107成的环氧乙烷11.乙烯氧化制乙醛的反应原理、温度、压力、相态、热效应如何？催化剂及其作用是什么？答：原理：以乙烯、空气为原料，在催化剂氯化钯、氯化铜的盐酸水溶液中，在125℃、0.3MPa下进行气液相反应制得乙醛QCHOCHOCHCHCuClPdCl3222225.0温度，压力：125℃、0.3MPa相态：气液是一个放热反应催化剂：催化剂氯化钯、氯化铜的盐酸水溶液；其作用乙烯氧化生成乙醛时，催化剂PdCl2被还原成金属Pd，CuCl2再将Pd氧化为PdCl2，使催化剂得以再生12.乙烯氧化制乙醛的一步法工艺和两步法工艺，它们的反应温度、压力、氧化剂、乙烯转化率有何不同？答：一步法：反应在125℃、0.3MPa氧化剂为氧气；乙烯转化率约为35%二步法：反应在1.0~1.2MPa、105~110℃氧化剂为空气；烯转化率达99%13.合成聚丙烯的工艺方法有哪些？答：生产方法主要有：淤浆法、液相本体法和气相本体法14.淤浆法合成聚丙烯使用的介质有哪些？反应温度、压力条件如何？答：饱和烃(常用己烷)为反应介质；反应温度：50-70摄氏度；反应压力：0.5-1.0Mpa15.液体本体法合成聚丙烯的反应温度、压力条件如何？答：反应温度70℃、反应压力3MPa16.丙烯氨氧化制丙烯腈的反应原理、温度、压力、相态、热效应如何？催化剂及作用是什么？答：丙烯氨氧化生产丙烯腈的生产原理molkJHCNCHCHONHCHCHCH/8.51835.1222332反应温度：温度为450-480℃，一般控制在470℃反应压力：约0.055MPa相态：气固相催化反应放热的反应催化剂主要有钼(Mo)系和锑(Sb)系因为反应副反应程度大，加入催化剂，增加了反应的选择向，是反应有利于生成目的产物17.丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应原理、温度、压力、相态、热效应如何？其反应平衡性有何特点？催化剂及作用是什么？采用何种反应器？答：生产原理molkJOHCHCHCHCHOCHCHCHCH/4.1255.0222233H-198催化剂常使用流化床反应器，反应温度360~380℃。B-02催化剂常使用固定床二段绝热反应器，反应温度320~380℃，出口温度为510~580反应压力：一般选择反应压力约0.18MPa。相态：气固反应平衡常数：丁烯氧化脱氢反应的平衡常数很大(1020)，接近完全转化，但因有副反应，丁二烯的收率受影响而减少该反应是一个强放热反应18.乙苯催化脱氢法制苯乙烯的反应原理、温度、压力、相态、热效应如何？主要的副反应产物是什么？答：反应温度：在600~660℃反应压力：0.1Mpa反应相态：气固反应反应是一个乙苯脱氢是强吸热反应主要副反应产物：①加氢裂解生成甲烷、乙烷、甲苯和苯；②在水蒸气存在下，发生水蒸气的转化反应，生成甲苯、二氧化碳和氢气；③乙苯高温下的生碳反应，生成C和H2；④产物苯乙烯可能发生聚合，生成聚苯乙烯和二苯乙烯衍生物等反应原理：19.工业上采用水蒸气作乙苯催化脱氢法制苯乙烯的稀释剂，主要作用是什么？与反应器的供热方式有何联系？答：主要作用：为了降低反应压力，工业上常采用水蒸气作为稀释剂来减压。水蒸气作稀释剂的优点是与产物易分离、热容量大、可消除催化剂表面上的结焦等。乙苯与水蒸气的质量比为1：1.2-2.6乙苯脱氢有两种供热方式的反应器：外加热列管式等温反应器、绝热式反应器绝热式反应器的脱氢流程：热量由过热水蒸汽直接带入反应系统，反应器内物料不与外界环境发生热交换，这种供热方式的反应器称为绝热式反应器。绝热式反应器的水蒸汽的用量比外加热管式反应器高一倍左右，因此产物余热的利用和水蒸气冷凝水的循环使用对节约能量、减少污水排放、保护环境都有意义。20.对苯二甲酸的工业用途主要是什么？其合成的反应原理、温度、压力、相态、热效应如何？答：主要用途：对苯二甲酸是产量最大的二元羧酸，用途是生产聚对苯二甲酸乙二酯树脂(简称聚酯树脂，PET)，进而制造聚酯纤维、聚酯薄膜及多种塑料制品等CH2CH3—CH=CH2+H2―117kJ/mol反应原理：以醋酸钴和醋酸锰为催化剂，溴化铵或四溴乙烷等溴化物为助催化剂，在224℃，2.25MPa下，用空气作氧化剂，在醋酸溶剂中将对二甲苯液相一步氧化为对苯二甲酸反应温度，压力：在224℃，2.25MPa下反应相态：气液反应该反应是一个放热反应21.对苯二甲酸工业生产中，使用3~4倍的醋酸作溶剂，反应后的混合物经过哪些过程醋酸才能循环利用？答：反应后的混合物，用升压水泵加压，经加热，搅拌，待其完全溶解送入加氢反应器，对苯二甲酸进行加氢精治，，反应后的溶液经结晶进行4-5个级逐步降压结晶，使精对二苯甲酸成为适度颗粒沉淀，生成后的水蒸气冷凝后循环使用，为凝结的气体经过洗涤后防空。溶液经过加压离型机分离，分离出来的母液闪蒸后排入下水道。22.合成涤纶的生产通常分为几步？聚合过程中生成的乙二醇对聚合反应器的操作压力和搅拌条件有什么影响?答：PET由对苯二甲酸(TPA)或对苯二甲酸甲酯与乙二醇(EG)缩聚反应而成影响：BHET缩聚反应是一个平衡常数很小的可逆反应，为使反应向正反应方向移动，必须尽量除去EG，则反应需要高真空。缩聚反应的后阶段压力很低，约0.1kPa。PET合成时，必须采用激烈的搅拌，使熔体的汽液界面不断更新，有利于EG逸出。在同样反应条件下，搅拌速率越快，获得的PET分子量越高CH3COOH+2H2OCH3+3O2COOHCH3CH3CHOCH3COOHCH3COOHCHOCOOHCOOH