化学工艺学复习题及答案

1、基本有机化学工业的任务是什么？指生产有机小分子化合物的工业部门。进行的主要反应有裂解、氧化还原、加氢-脱氢、水解-水合和羰基化等。产品有低级烯烃、醇、酸、脂和芳烃等2、天然气中的甲烷化工利用主要有哪三条途径？经转化先制成合成气，或含氢很高的合成氨原料气，然后进一步合成甲醇、氨、高级醇和羰基化学品；经部分氧化制乙炔；直接制造化工产品，如制造炭黑、氢氰酸、各种氯甲烷、硝基甲烷、甲醇和甲醛。3、催化裂化条件下，主要发生的化学反应？烷烃的的裂解，产物以C3、C4和中等大小的分子居多异构化、芳构化、环烷化，使裂解产物中异构烷烃、环烷烃和芳香烃的含量增多；氢转移反应（即烯烃还原成饱和烃），使催化汽油中容易聚合的二烯烃类大为减少聚合、缩合反应4、催化重整过程所发生的化学反应主要有那几类？六环环烷烃的脱氢；五元环烷烃异构化再脱氢；烷烃环化再脱氢；烷烃异构化；加氢裂化5、加氢裂化过程发生的主要反应有哪些？加氢裂化是催化裂化技术的改进，在临氢条件下进行催化裂化，可抑制催化裂化时的发生的脱氢缩合反应，避免焦炭的生成。主要反应有加氢精制、加氢裂化。加氢精制，以除去原料中的硫、氮、氧等杂质，和二烯烃，以改善加氢裂化所得的油料的质量；加氢裂化，在裂化活性较高的催化剂上进行裂化反应和异构化反应，最大限度的生产汽油和中间馏分油6、基本有机化学工业中有关煤的化学加工方法有哪些？焦化-气化-液化；热解-气化-发电；气化-合成-燃料；液化-燃料-气化；液化-加氢气化7、什么叫烃类热裂解法？烃类热裂解：轻质烃类在高温（850°C）下受热分解生成分子量较小的烃类以制取乙烯、丙烯、丁二烯和芳烃等基本有机化工产品的化学过程。8、烷烃热裂解的一次反应主要有哪些？脱氢反应：R-CH2-CH3R-CH=CH2+H2断链反应：R-CH2-CH2-R’R-CH2=CH2+R’H9简述在烷烃热裂解中，烷烃脱氢和断链难易的规律？同碳原子数的烷烃，C-H键能大于C-C键能，固断链比脱氢容易烷烃的相对稳定性随碳链的增加而降低脱氢难易与烷烃的分子结构有关，叔氢最易脱去，仲氢次之带支链的C-H键或C-C键，较直链的键能小低分子烷烃的C-C键在分子两端断裂比在分子链中央断裂容易，较大分子量的烷烃反之。10、环烷烃热裂解的规律是什么？环烷烃热裂解易得芳烃，含环烷烃较多的原料，裂解产物中丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯较低，单环烷烃生成乙烯、丁二烯、单环芳烃多环烷烃生成C4以上烯烃、单环芳烃11、芳烃热裂解的反应类型？芳烃不易裂解为烯烃，主要发生侧链断链脱Ｈ及脱H缩合反应。芳烃的一次反应中，芳烃经脱氢缩合转化为稠环芳烃，再转化为焦炭。固有：脱Ｈ缩合、断侧链反应，脱氢反应、开环脱氢。12、简述各类烃类热裂解的规律？烷烃：正构烷烃最利于乙烯、丙烯的生成，且烯烃的分子量越小，总产率越高。异构烷烃的烯烃总产率低于同碳原子数的正构烷烃；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；环烷烃：环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应；芳烃：无烷基的芳烃基本上不易裂解为烯烃，有烷基的芳烃，主要是烷基发生断和脱氢反应，芳环不开裂，可脱氢缩合为多环芳烃，进而结焦在高温下，烷烃和烯烃还会发生分解反应生成少量的碳。13、烃类热裂解中二次反应有哪些？二次反应则是指一次反应产物继续发生的后继反应乙烯、丙烯消失，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭的反应。烃类的二次反应比一次反应更复杂，生成的高级烯烃还会进一步裂解成低级烯烃，低级烯烃相互聚合或缩合可转化为环烷烃、芳烃、稠环芳烃直至转化为焦。烯烃加氢转化为烷烃，脱氢变为二烯烃或炔烃；芳烃经脱氢缩合转化为稠环芳烃进一步转化为焦；烷烃会进一步裂解成低级烷烃，最后转化为碳和氢。二次裂解的结果是一次反应所得的低级烯烃转化为用途不大的裂解产物，使低级烯烃收率明显降低。16、什么是ＰＯＮＡ？族组成——PONA值适于表征石脑油、轻柴油等轻质馏分油烷烃（paraffin)烯烃（olefin)环烷烃（naphthene)芳烃（aromatics)烷烃含量越大，芳烃越少，则乙烯产率越高对于科威特石脑油，其烷烃、环烷烃及芳烃典型含量分别为72.3、16.3、11,大庆石脑油则为53、43、417、说明什么是芳烃指数？答：芳烃指数即美国矿务局关联指数（BureauofMinesCorrelationIndex）,简称BMCI。用以表征柴油等馏分油中烃组分的结构特性。已知原料烃的体积平均沸点(tv,K)及其对水的相对密度(d剫,°C)，用下式即可算出芳烃指数值：正构烷烃的BMCI值最小（正己烷为0.2），芳烃则相反（苯为99.8），因此烃原料的BMCI值越小则乙烯潜在产率越高。中东轻柴油的BMCI典型值为25左右，中国大庆轻柴油约为20。18、烃类热裂解采用什么样的温度、保留时间和烃分压能得到较好的产物分布?裂解温度:750-900℃,原料分子量越小，所需裂解温度越高，乙烷裂解温度最高温度——停留时间的影响:对于给定原料，相同裂解深度，提高温度，缩短停留时间可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低,使炔烃收率明显增加.压力对裂解反应的影响从化学平衡角度分析（压力只对脱氢反应有影响）对一次反应：AB+Cn0时，P，平衡向生成产物的方向移动对于二次反应中的聚合反应，降低压力可减少结焦生碳,结论：低压有利于乙烯的生产.19、提高裂解温度、及缩短停留时间在烃类裂解生产乙烯中对产物的分布？答：无需赘述，见18题。20、简述工业上采用水蒸气作为稀释剂的优点？答：易于与裂解气分离；当供热不稳时，可起到稳定温度的作用；抑制裂解原料中含硫对镍铬合金炉管的腐蚀；清焦作用H2O+CCO+H222、简述裂解气深冷分离的原理。答：在加压和冷却条件下将裂解气冷却到-101℃（高压法），使乙炔以上烷烃和烯烃冷凝为液体，与甲烷和氢气分开，然后再用精馏塔利用它们之间的沸点差，逐个将乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和C4馏分分开，从而得到聚合级高纯乙烯和聚合级高纯丙烯。23、回答裂解气的深冷分离流程分为那几大部分？答：在深冷分离法中，按馏分切割不同，有以下几种分离流程：A，顺序分离流程：（Lummus）按C1、C2、C3、…顺序进行切割分离，流程顺序为：压缩→脱甲烷→甲烷化→加氢→乙烯塔→脱丙烷→C3加氢→丙烯塔→脱丁烷。B，前脱乙烷流程（Linde法）；压缩→脱乙烷→加氢→脱甲烷→乙烯塔→脱丙烷→丙烯塔→脱丁烷D前脱丙烷流程（三菱油化法），压缩→脱丙烷→脱丁烷→压缩→加氢→脱甲烷→脱乙烷→丙烯塔→乙烯塔。24、简述前加氢与后加氢的各自的优缺点？前加氢设备较少，深冷系统物料量减少，冷冻负荷减轻，适用于分离较重裂解气或含C4烃较多的裂解气。后加氢技术较成熟，对裂解原料适应性强，流程较长，裂解气全部进入制冷系统，制冷量较大。41、目前工业上，乙苯催化脱氢合成苯乙烯的反应器类型有哪两种？其主要区别是什么？1、在烃热解过程中应采用什么样的工艺条件以获得较高的乙烯收率？为什么生产中要加入水蒸气？该水蒸气起什么作用？它与在绝热式反应器乙苯脱氢生产苯乙烯过程中加入水蒸气的作用有何异同？答：加水蒸气混合，使其总压大于大气压，避免爆炸。原料的分压进一步降低，有利于提高乙烯的收率，另外水蒸气可事先预热到较高的温度，用作热载体将热量传递给原料烃，避免原料因预热温度过高，易在预热器中结焦；混入水蒸气也有助于防止碳在炉管中的沉积。有何异同？不知。2、对裂解气进行急冷的目的是什么？急冷方式有哪几种？各有何优缺点？请分别说明。将答：裂解气急冷以停止裂解反应，使裂解产物初步分离，在急冷与初分过程中回收废热。直接急冷：冷却介质（水、油）与裂解气直接接触，适用于极易结焦的重质烃间接急冷：急冷锅炉废热锅炉，用换热器回收大量的热量，冷却介质用高压水，以提高蓄热能力3、裂解气中含有哪些杂质（至少写出三种），它们各有什么危害？除去的方法是什么？请分别说明。答：酸性气体（H2S、CO2）、少量水分、炔烃、ＣＯ；来源于原料中、裂解反应过程生成裂解气处理过程引入。酸性气体：不仅会腐蚀设备和管路，而且还会是脱炔催化剂中毒；水分和CO2在低温下结冰，堵塞管路；乙炔和丙乙炔的存在不仅使高纯乙醇和丙烯聚合时采用的催化剂中毒，而且还会在系统里自聚，生成液体产物绿油。消除方法：碱洗法，除H2S、CO2乙醇胺法（吸收剂一乙醇胺MEA、二乙醇胺DEA）用分子筛、氧化铝、硅胶、铁矾土等干燥水，物理吸附；脱除炔烃方法；溶剂吸收法；催化加氢脱炔4、平衡氧氯化法生产氯乙烯包括哪几个单元？写出各反应的化学反应式。乙烯液相加成氯化生成1，2-二氯乙烷；乙烯气相氧氯化生成1，2-二氯乙烷；1，2-二氯乙烷热裂解生成氯乙烯。工艺学1化工生产过程一般可概括为：原料预处理；化学反应；产品分离与精制三个步骤。2化工过程的主要效率指标有：生产能力和生产强度；化学反应的效率—合成效率；转化率、选择性和收率（产率）；平衡转化率和平衡产率。3转化率(X)：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(S)：体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。（表达主、副反应进行程度的大小反映原料的利用是否合理）收率（Y）：从产物角度来描述反应过程的效率。关系根据转化率、选择性和收率的定义可知，相对于同一反应物而言，三者有以下关系：Y＝SX。对于无副反应的体系，S＝1，故收率在数值上等于转化率，转化率越高则收率越高；有副反应的体系，S1，希望在选择性高的前提下转化率尽可能高。但是，通常使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。低聚物（绿油）42226224262222422222HnCHmCHCHHCHCHHCHCHHCOHSNaNaOHSHOHCONaNaOHCO22223222224重要的有机化工基础原料有：乙烯、丙烯和丁二烯等低级烯烃分子中具有双键，化学性质活泼，能与许多物质发生加成、共聚或自聚等反应，生成一系列重要的产物。5烃类热裂解其反应历程分为：链引发、链增长、链终止三个阶段。6烃类热裂解一次反应的现律性有：烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃的反应规律。7烃类热裂解的二次反应都包含：烯烃的再裂解、聚合、环化、缩合、生炭、加氢和脱氢反应类型。8裂解原料性质的参数有：族组成---PONA值；氢含量；特性因数；芳烃指数四种。9停留时间：裂解原料经过辐射盘管的时间。停留时间与裂解温度对裂解产物分布影响：①高温裂解有利于一次反应的进行。短停留时间可抑制二次反应的进行。同时可减少结焦。②高温—短停留时间操作可以抑制芳烃的生成，减少汽油收率。③使炔烃收率明显增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的双烯烃/单烯烃的比增大，工业上利用此效应，适应市场需要。10烃类水蒸气热裂解制乙烯过程中，加入水蒸气的作用是：1.易分离；2.热容量大，使系统有较大的热惯性；3.抑制硫对镍铬合金炉管的腐蚀；4.脱除结碳，抑制铁镍的催化生碳作用。11裂解过程的工艺参数选择：高温短停留时间，低烃分压。原因如下：1）高裂解温度。裂解反应为一级不可逆强吸热反应；提高裂解温度，有利于乙烯产率的增加。裂解温度的提高受到a)二次反应的产物分布及目的产品收率的限制；b)受到.裂解炉管的结焦影响及清焦周期的限制；c.受到裂解炉管材质要求的限制。2）低停留时间。停留时间越短，可以抑制二次反应的进行，对提高乙烯产率有利。3）低烃分压。乙烯裂解反应为体积增大的化学反应。降低压力有利乙烯的生成。乙烯裂解反应为气相反应。裂解反应为一级反应；缩合/聚合反应为二级反应，压力提高，反应物浓度增加，反应速度加快。但对缩合/聚合反应增加的幅度更大。所以应采取低的反应压力。4）稀释剂。稀释剂作用是降低烃分压，防止裂解炉管内壁的结焦。同时可以.稳定裂解温度，.脱除结焦。缺点是需要的急冷速度、急冷剂用量大；.处理能力下降；.所需炉管管径、管长增大，所需的热负荷