化工工艺学复习题带答案供参习.docx

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化工工艺学复习题带答案供参习

《化工工艺学》复习题库（部分）

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、烷烃和其他分子量不同的轻质和重质烃类。

2.目前世界上主要乙烯生产国的产量是多少？

答：

3.什么叫烃类热裂解过程的一次反应和二次反应？

答：

一次反应：

由原料烃类热裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃的反应

二次反应：

主要指由一次反应生成的低级烯烃进一步反应生成多种产物，直至最后生成焦或炭的反应。

4.什么叫键能？

答：

指1.01*10^5Pa和25摄氏度下（常温常压下），将1mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B所需要的能量（单位为KJ.mol-1）键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定。

是表征化学键强度的物理量，可以用键断裂时所需的能量大小来衡量。

5.简述一次裂解反应的规律性。

答：

（1）烷烃—正构烷烃最有利于生成乙烯，丙烯，分子量愈小则烯烃的总收率愈

高。

异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子的正构烷烃。

随着分子量增大，这种差别越小。

（2）环烷烃—在通常裂解条件下，环烷烃生成烯烃的反应优于生成单烯烃的反应。

含环烷烃较多的原料，乙烯的收率较低。

（3）芳烃—无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃主要是侧链逐步断裂及脱氢。

芳烃主要倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。

（4）烯烃—大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，烯烃脱氢生成的二烯烃能进一步反应生成芳烃和焦。

（5）各类烃裂解的难易顺序可归纳为：

正构烷烃>异构烷烃>环烷烃（C6>C5）>芳烃

6.烃类热裂解的一次反应主要有哪几个？

烃类热裂解的二次反应主要有哪几个？

答：

（1）烃类热裂解的一次反应主要有：

①脱氢反应②断链反应

（2）烃类热裂解的二次反应主要有:

①烯烃的裂解②烯烃的聚合、环化和缩合③烯烃的加氢和脱氢④积炭和结焦

7.什么叫焦，什么叫碳？

结焦与生碳的区别有哪些？

答：

结焦是在较低温度下（＜1200K）通过芳烃缩合而成

生碳是在较高温度下（＞1200K）通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠和的碳原子。

结焦与生碳的区别：

机理不同：

碳要经过乙炔阶段才能发生；焦要经过芳烃缩合才能发生

温度不同：

高温下（900℃～1100℃）生成乙炔，生成碳；低温下（600℃左右）芳烃缩合生成焦

组成不同：

碳只含炭，不含杂质；焦还含有氢

8.试述烃类热裂解的反应机理。

答：

以乙烷为例：

C2H6→C2H4+H2

链终止：

9.什么叫一级反应？

写出一级反应动力学方程式和以转化率表示的动力学方程式。

答：

是指凡是反应速度只与反应物浓度的一次方成正比的反应。

例如过氧化氢的分解反应：

H2O2→H2O+1/2O2

10.烃类裂解有什么特点？

答：

（1）高温，吸热量大

（2）低烃分压，短停留时间，避免二次反应的发生

（3）反应产物是复杂的混合物

11.裂解供热方式有哪两种？

答：

裂解供热方式有直接供热和间接供热两种。

12.什么叫族组成，PONA的含义是什么？

什么叫芳烃指数？

什么叫特性因素？

答：

（1）定义：

是指原料烃分子中所含各族烃的质量百分比

　　　　P—烷族烃　　N—环烷族烃

O—烯族烃A—芳香族烃

（2）芳烃指数即美国矿务局关联指数（U.S.BureauofMinesCorrelationIndex），简称BMCI。

用于表征柴油等重质馏分油中烃组分的结构特性。

BMCI值的计算式是：

BMCI=48640/TV+473.7×d15.615.6－456.8

　　　TV=（T10+T30+T50+T70+T90）/5

TV—体积平均沸点，K

T10、T30…—分别代表恩氏蒸馏馏出体积为10%，30%…时的温度，K

　　基准：

n-C6H14的BMCI=0

　　　　　　芳烃的BMCI=100

（3）特性因素是用作反映石脑油、轻柴油等油品的化学组成特性的一种因素，用K表示。

可按下式算出

T立—立方平均沸点；

xiv—I组分的体积分率；

Ti—I组分的沸点，k。

13.裂解炉温度对烃的转化率有何影响，为什么说提高裂解温度更有利于一次反应和二次反应的竞争？

答：

温度对产物分布的影响主要有两方面：

①影响一次产物分布；

②影响一次反对二次反应的竞争。

一次反应的活化能大于二次反应，升高温度有利于提高k1/k2的和比值，也即有利于提高一次反应对二次反应的相对速度，提高乙烯的收率。

14.什么叫停留时间，停留时间与裂解产物分布有何影响？

答：

物料从反应开始到达某一转化率时在反应器内经历的时间叫停留时间。

由于存在二次反应，故每一种原料在某一特定温度下裂解时，都有一个得到最大乙烯收率的适宜停留时间。

15.应用化学平衡常数表达式推导低烃分压有利于裂解反应进行的结论。

答：

16.为什么要采用加入稀释剂的方法来实现减压的目的？

在裂解反应中，工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是什么？

答：

这是因为：

1）裂解是在高温下进行的，如果系统在减压下操作，当某些管件连接不严密时，可能漏入空气，不仅会使裂解原料和产物部分氧化而造成损失，更严重的是空气与裂解气能形成爆炸混合物而导致爆炸；

2）减压操作对后续分离部分的压缩操作也不利，要增加能耗。

工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是：

1）水蒸汽热容量大，能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管；

2）水蒸汽与产物易分离，与产物不起反应，对裂解气的质量无影响；

3）水蒸汽可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用，可以保护裂解炉管；

4）水蒸气在高温下能与裂解管中的沉积焦炭发生如下反应：

C+H2OH2+CO

具有对炉管的清焦作用；

5）水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，形成氧化物薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用。

17.什么叫KSF,为什么要用正戊烷作为衡量石脑油裂解深度的当量组分。

答：

KSF是综合考虑了原料性质、停留时间和裂解温度三方面影响作为衡量重质原料裂解深度的指标。

因为在任何轻质油中正戊烷总是存在的，它在裂解过程中只有减少，不会增加。

其裂解余下的量亦能测定，选他作当量组分，足以衡量原料的裂解深度。

18.为了提高烯烃收率裂解反应条件应如何控制？

答：

适量的提高裂解温度，减少停留时间，降低烃的分压，添加适量稀释剂。

19.为什么要对裂解气急冷，急冷有哪两种？

用列解管出来的裂解气是富含烯烃的气体和大量的水蒸气，温度在727~927之间，烯烃反应性很强，若放任它们在高温度下长时间停留，仍会继续发生二次反应，引起结焦，烯烃收率下降和生成很多副产物，因此必须急冷终止反应。

急冷气有：

直接急冷气间接急冷气两种

20.管式裂解炉结焦的现象有哪些，如何清焦？

答：

结焦现象

●炉管投料量不变的情况下，进口压力增大，压差增大。

●从管孔观察可看到辐射室裂解管壁上某些地方因过热而出现光亮点

●投料量不变及管出口温度不变但燃料消耗量增加

●裂解器中乙烯含量下降

清焦方法：

停炉清焦法、不停炉清焦法

21.裂解气净化分离的任务是什么？

裂解气的分离方法有哪几种？

答：

裂解气是很复杂的混合气体，要从中分离出高纯度的乙烯和丙烯等产品，必须进行一系列的净化与分离过程。

裂解器的分离方法有：

深冷分离法油吸收精馏法

22.什么是深冷？

什么是深冷分离？

深冷分离流程包括那几部分？

答：

在基本有机化学工业中，冷冻温度≦-100℃的称为深度冷冻，简称“深冷”。

深冷分离法就是利用裂解气中各种烃的相对挥发度不同，在低温下除了氢气和甲烷以外，把其余的烃类都冷凝下来，然后在精馏塔内进行多组分精馏分离，利用不同的精馏塔，把各种烃逐个分离下来。

其实质是冷凝精馏过程。

深冷分离法流程：

（1）气体净化系统

（2）压缩和冷冻系统（3）精馏分离系统

23.裂解气中的酸性气体主要有哪些组分？

若这些气体过多时，对分离过程带来什么样的危害？

工业上采用什么方法来脱除酸性气体？

答：

裂解气中的酸性气体，主要是二氧化碳（CO2）和硫化氢（H2S）。

另外还有少量的有机硫化物。

这些酸性气体含量过多时，对分离过程会带来如下的危害：

　　硫化氢能腐蚀设备管道，并能使干燥用的分子筛寿命缩短，还能使加氢脱炔用的催化剂中毒；

　　二氧化碳能在深冷的操作中结成干冰，堵塞设备和管道，影响正常生产；二氧化碳和硫化物会破坏聚合催化剂的活性；二氧化碳在循环乙烯中积累，降低乙烯的有效压力，从而影响聚合速度和聚乙烯的分子量。

工业上常用化学吸收法，来洗涤裂解气一般用氢氧化钠（NaOH）溶液，乙醇胺溶液

24.水在裂解气深冷分离中有什么危害？

工业上常采用什么方法脱除裂解气中的水分？

答：

在低温下，水能冻结成冰，并且能和轻质烃类形成固体结晶水合物。

冰和水合物凝结在管壁上，轻则增大动力消耗，重则堵塞管道，影响正常生产。

工业上采用吸附的方法脱水，用分子筛、活性氧化铝或者硅胶作吸附剂。

25.什么叫分子筛？

分子筛吸附有哪些特点，有哪些规律？

答：

狭义上讲，分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成

特点：

吸附水含量高、脱水效能高、

规律：

分子筛吸附水蒸汽容量，随温度变化很敏感。

分子筛吸附水释放热过程，所以低温有利于放热的吸附过程，高温则有利于吸热的托付过程。

26.裂解气为什么要脱除乙炔和一氧化碳？

工业上脱除炔烃的方法有哪些？

答：

聚合用的乙烯，应严格限制乙烯中乙炔的含量。

乙炔会造成聚合催化剂的中毒，会降低乙烯的分压。

在高压聚乙烯生产中，当乙炔积累过多后，会引起爆炸。

工业上脱炔的主要是采用催化加氢法，少量用丙酮吸收法。

27.什么叫前加氢流程？

什么叫后加氢流程？

各有什么优缺点？

答：

加氢过程设在脱甲烷塔以前进行加氢脱炔的叫做前加氢。

前加氢又叫做自给加氢。

设在脱甲烷塔以后进行加氢脱炔的叫做后加氢。

前加氢流程的优点是氢气可以自给，缺点是氢气是过量的，氢气的分压比较高，会降低加氢的选择性，增大乙烯的损失。

后加氢的优点是组分少，选择性高；催化剂寿命长；产品纯度高。

缺点是能量利用不如前加氢流程，流程也比前加氢流程复杂。

28.为什么裂解气要进行压缩？

为什么要采用分段压缩？

答：

裂解气压缩的目的是①使分离温度不太低②少耗冷量。

为了节省能量，降低压缩的功率，气体压缩一般都采用多段压缩，段与段段与段之间都设置中间冷却器。

29.简述三种深冷分离流程并画简图，三种深冷分离流程有什么共同点和不同点？

脱丙塔塔底温度为什不能超过100℃？

答：

1）顺序分离流程2）前脱乙烷分离流程3）前脱丙烷分离流程

共同点：

①先将不同C源自顺分开，再分离同一C原子数的烷烃和烯烃②最终出产品的乙烯塔和丙烯塔并联安排，且排在最后，作为二元组分的精馏处理。

不同点：

①精馏塔的排列顺序不同，即脱甲烷塔，脱乙烷塔、脱丙烷塔；前脱乙烷为2、1、3；前脱丙烷为3、1、2②加氢脱炔位置不同。

前脱乙烷和前脱丙烷为前加氢，顺序深冷为后加氢。

③冷箱位置不同：

顺序分离流程和前脱丙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之前。

而前脱乙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之后.脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶分出C3馏分，塔底的液体为C4以上馏分，液体里面含有二烯烃，二烯烃容易聚合结焦，所以脱丙烷塔塔底温度不宜超过100℃

30.什么叫“前冷”流程，什么叫“后冷”流程？

前冷流程有什么优缺点？

答：

后冷流程是冷箱放在脱甲烷塔之后来处理塔顶气体；

前冷是冷箱放在脱甲烷塔之前来处理脱甲烷塔的进料。

前冷优点：

前冷流程分离出的氢气浓度高，氢气含量90%左右

缺点：

前冷流程也