有机工艺学习题答案

有机工艺学习题答案内容摘要：

，而对后继分离部分的裂解气压缩操作就 会增加负荷，即增加了能耗。 20．答：一是急冷油与裂解气接触后超过 300℃时不稳定，会逐步缩聚成易于结焦的聚合物，二是不可避免地由裂解管、急冷换热器带来的焦粒。 急冷油系统产生结焦的原因有哪些。 21．答：油洗的作用一是将裂解气继续冷却，并回收其 热量 ；二是使裂解气中的重质油和轻质油冷凝洗涤下来回收，然后送去水洗。 水洗的作用一是将裂解气继续降温到 40℃左右，二是将裂解气中所含的稀释蒸汽冷凝下来，并将油洗时没有冷凝下来的一部分轻质油也冷凝下来，同时也可回收部分热量。 22．答：水洗的作用一是将裂解气继续降温到 40℃左右，二是将裂解气中所含的稀释蒸汽冷凝下来，并将油洗时没有冷凝下来的一部分轻质油也冷凝下来，同时也可回收部分热量。 五、综合题 1．答：发生不正常现象的原因多种多样，主要有以下几种： （ 1）生产中原料质量和数量的变化，引起产品质量和产量的下降。 （ 2）由生产故障引起的异常现象。 （ 3）公用工程中供水、供电、供汽、供冷等的变化，使生产发生不正常现象。 （ 4）由于调节回路和仪表发生故障、失灵而造成的生产事故。 （ 5）因分析检验的错误引起的事故。 生产中一旦出现问题，操作人员应该根据所产生的异常现象，迅速而准 确地做出判断，并熟练地加以调整，或找电气、仪表人员来修理，使工艺条件恢复到正常。 2．答：轻柴油裂解工艺流程图如下： 1 338674259加 热用 户1 0发 生 蒸 汽11原 料 油水 蒸 汽 去 过 热 炉锅 炉 给 水燃 料 油裂 解 汽 油裂 解 气 去 分 离 四个系统及其作用为：（要点） （ 1）原料油供给和预热系统 为反应系统提供稳定进料。 （ 2）裂解和高压蒸汽系统 高温反应，快速急冷，中止反应，回收热量产生高压蒸汽。 （ 3）急冷油和燃料油系统 回收热量，简单分离。 （ 4）急冷水和稀释水蒸汽系统 进一步回收热量，将裂解气和裂解汽油分离。 产生稀释蒸汽。 3．答：烷烃 — 正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，是生产乙烯的最理想原料。 分子量越小则烯烃的总收率 越高。 异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃。 随着分子量的增大，这种差别就减少。 环烷烃 — 在通常裂解条件下，环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于断链（开环）生成单烯烃的反应。 含环烷烃多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。 芳烃 — 无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃，主要是侧链逐步断链及脱氢。 芳烃倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。 所以芳烃不是裂解的合适原料。 烯烃 — 大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，但烯烃会发生二次反应，最后生成焦和碳。 所以含烯烃的原料如二次加工产品作为裂解原 料不好。 所以，高含量的烷烃，低含量的芳烃和烯烃是理想的裂解原料。 4．答：急冷换热器的给水先在对流段预热并局部汽化后送入高压汽包，靠自然对流流入急冷换热器中，产生 11MPa 的高压水蒸汽，从汽包送出的高压水蒸汽进入裂解炉预热段过热，过热至 470℃后供压缩机的蒸汽透平使用。 第二章 裂解气的分离 一、填空题 1．压缩和冷冻系统；气体净化系统；低温精馏分离系统。 2．高 于 — 50℃；等于或低于 — 100℃。 3．酸性气体；水；炔烃、二系烃；一氧化碳等。 4． 增加；升高；提高；冷量。 5．环境；丙烯；丙烯；乙烯； 乙烯。 6．蒸发；压缩；冷凝；膨胀。 7． CO2； H2S 和其它气态硫化物。 8．乙醇胺吸收法；碱洗法。 9． 甲烷化法； CO 十 H2 — → CH4十 H2O。 10． 顺序分离；前脱乙烷分离；前脱丙烷分离。 11．降低；提高。 12．第二脱甲烷塔；乙烯精馏塔。 13．闭式热泵；开式热泵。 14． 甲烷；乙烯；甲烷；纯度；乙烯；回收率。 15． 最多；最大；最低；最大。 16． 乙烷；乙烯；乙烷 — 乙烯；聚合级乙烯；乙烷。 17． 溶剂吸收；催化加氢；溶剂；溶剂；溶剂。 18． 未分出；裂解气中；外加氢气；自给。 二、判断题 1．； 2．√； 3．； 4．√； 5．； 6．√； 9． √； 10．。 三、解释概念 1．答：深冷分离是在 100℃左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。 然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发度不同，在合适的温度和压力下，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的。 因为这种分离方法采用了 100℃以下的冷冻系统，故称为深度冷冻分离，简称深冷分离。 2．答：在脱甲烷塔之前进行加氢脱炔称为前加氢，即氢气和甲烷尚没有分离之前进行加氢除炔；在脱甲烷塔 之后进行加氢脱炔称为后加氢，即裂解气中所含氢气、甲烷等轻质馏分分出后，再对分离所得到的碳二馏分和碳三馏分分别进行加氢的过程。 3．答：在生产中，脱甲烷塔系统为了防止低温设备散冷，减少其与环境接触的表面积，常把节流膨胀阀、高效板式换热器、气液分离器等低温设备，封闭在一个有绝热材料做成的箱子中，此箱称之为冷箱 4．答： 常规的精馏塔都是从塔顶冷凝器取走热量，由塔釜再沸器供给热量，通常塔顶冷凝器取走的热量是塔釜再沸器加入热量的 90%左右，能量利用很不合理。 如果能将塔顶冷凝器取走的热量传递给塔釜再沸器，就可以大幅度地 降低能耗。 但同一塔的塔顶温度总是低于塔釜温度，根据热力学第二定律，“热量不能自动地从低温流向高温”，所以需从外界输入功。 这种通过做功将热量从低温热源传递给高温热源的供热系统称为热泵系统。 该热泵系统是既向塔顶供冷又向塔釜供热的制冷循环系统。 四、回答问题 1．答：总体可概括为三大部分。 （ 1）．压缩和冷冻系统 该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程顺利进行。 （ 2）．气体净化系统 该系统的任务是脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化碳等。 （ 3）．低温精馏分离系统 这是深冷分离的核心，其任务是将各组分进行分离并将 乙烯、丙烯产品精制提纯。 2．答：在深冷分离装置中用低温精馏方法分离裂解气时，要求温度最低的部位是在甲烷和氢气的分离，而且所需的温度随操作压力的降低而降低。 例如：脱甲烷塔操作压力为 时，为分离甲烷所需塔顶温度约－ 90～－ 100℃左右；当脱甲烷塔压力为 时，为分离甲烷所需塔顶温度则需下降到－ 130℃－ 140℃。 而为获得一定纯度的氢气，则所需温度更低。 这不仅需要大量的冷量，而且要用很多耐低温钢材制造的设备，这无疑增大了投资和能耗，在经济上不够合理。 所以生产中根据物质的冷凝温度随压力增加而升高 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，又可节约冷冻量和低温材料。 3．答：在乙烯 — 丙烯复迭制冷循环中，冷水在换热器 (2)中向丙烯供冷，带走丙烯冷凝时放出的热量，丙烯被冷凝为液体，然后，经节流膨胀降温，在复迭换热器中汽化，此时向乙烯气供冷，带走乙烯冷凝时放出的热量，乙烯气变为液态乙烯，液态乙烯经膨胀阀降压到换热器 (1)中汽化，向被冷物料供冷，可使被冷物料冷却到 100℃左右。 复迭换热器既是丙烯的蒸发器 (向乙烯供冷 )，又是乙烯的冷凝器 (向丙烯供热 )。 在复迭换 热器中一定要有温差存在，即丙烯的蒸发温度一定要比乙烯的冷凝温度低，才能组成复迭制冷循环。 4．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， 5．答：目的是得到高纯度的单一的烃，如重要的基本有机原料乙烯、丙烯等。 工业生产上采用的裂解气分离方法，主要有深冷分离和油吸收精馏分离两种。 6．答：裂解气中的酸性气体主要是指 CO2和 H2S 和其它气态硫化物。 此外尚含有少量的有机硫化物，如氧硫化碳 (COS)、二硫化碳 (CS2)、硫醚 (RSR39。 )、硫醇 (RSH)、噻吩等。 危害： 酸性气体含量过多时，对分离过程会带来危害： H2S 能腐蚀设 备管道，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； CO2 则在深冷操作中会结成干冰，堵塞设备和管道，影响正常生产。 酸性气体杂质对于乙烯或丙烯的进一步利用也有危害，例如生产低压聚乙烯时，二氧化碳和硫化物会破坏聚合催化剂的活性。 生产高压聚乙烯时，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。 7．答：碱洗法对酸性气体吸收彻底，但是碱液不能回收，消耗量较大，适用裂解气中酸性气体含量少时。 醇胺法吸收剂可再生循环使用，吸收液消耗少，但是： （ 1）醇胺法吸收不如碱洗彻底； （ 2）醇胺法对设备材质要求高，投资相应增大； （醇胺水溶液呈碱性，但当有酸性气体存在时，溶液 PH 值急剧下降，从而对碳钢设备产生腐蚀）； （ 3）醇胺溶液可吸收丁二烯和其它双烯烃； （吸收双烯烃的吸收剂在高温下再生时易生成聚合物，由此既造成系统结垢，又损失了丁二烯。 ）适用裂解气中酸性气体含量多时。 8．答：工业生产中，一般采用吸收法脱除酸性气体，即在吸收塔内让吸收剂和裂解气进行逆流接触，裂解气中的酸牲气体则有选择性地进入吸收剂中或与吸收剂发生化学反应。 工业生产中常采用的吸收剂有 NaOH 或乙醇胺。 其原理分别是 ： （ 1）氢氧化钠（ NaOH） CO2十 2NaOH—— → Na2CO3十 H2O H2S 十 2NaOH—— → Na2S 十 2H2O （ 2） 乙醇胺 （ HOCH2CH2NH2） 2HOCH2CH2NH 十 H2S (HOCH2CH2NH3)2S 2HOCH2CH2NH2十 CO2 (HOCH2CH2NH3)2CO3 9．答：裂解气中少量乙炔、丙炔和丙二烯的存在严重地影响乙烯、丙烯的质量。 乙炔的存在还将影响合成催化剂寿命，恶化乙烯聚合物性能，若积累过多还具有爆炸的危险。 丙炔和丙二烯的存在，将影响丙烯聚合反应的顺利进行。 乙炔的脱除 方法主要有溶剂吸收法和催化加氢法，溶剂法是采用特定的溶剂选择性将裂解气中少量的乙炔或丙炔和丙二烯吸收到溶剂中，达到净化的目的 ,同时也相应回收一定量的乙炔。 催化加氢法是将裂解气中的乙炔加氢成为乙烯。 10． 答：来源： 由于裂解原料在裂解时加入一定量的稀释蒸汽，所得裂解气经急冷水洗和脱酸性气体的碱洗等处理，裂解气中不可避免地带一定量的水 (约 400～ 700PPm)。 危害： 在低温分离时，水会凝结成冰；另外在一定压力和温度下，水还能与烃类生成白色的晶体水合物，水合物在高压低温下是稳定的。 冰和水合物结在管壁上， 轻则增大动力消耗，重者使管道堵塞，影响正常生产。 常用的脱水的方法： 工业上对裂解气进行深度干燥的方法很多，主要采用固体吸附方法。 吸附剂有硅胶活性氧化铝、分子筛等。 目前广泛采用的效果较好的是分子筛吸附剂。 11． 答：来源： 烃类与稀释水蒸汽反应生成的。 CH4十 H2O— → CO 十 3H2 C2H6十 2H2O— → 2CO 十 5H2 CO 的危害： 经裂解气低温分离，一氧化碳部分富集于甲烷馏份中，另一部分富集于富氢馏分中。 裂解气中少量的 CO 带入富氢馏分中，会使加氢催化剂中毒。 另外，随着烯烃聚合高效催化剂的发展，对乙烯和丙烯的 CO 含量的要求也越来越高。 因此要脱除富氢馏份中的 CO。 脱除的方法： 乙烯装置中采用的脱除 CO 的方法是甲烷化法，甲烷化法是在催化剂存在的条件下，使裂解气中的一氧化碳催化加氢生成甲烷和水，从而达到脱除 CO 的目的。 其主反应方程为： CO 十 H2 — → CH4十 H2O 12．答： 前加氢由于氢气自给，故流程简单，能量消耗低；不足之处是： （ 1）加氢过程中，乙炔浓度很低，氢分压较高，因此，加氢选择性较差，乙烯损失量多；同时副反应的剧烈发生，不仅造成乙烯、丙烯加氢遭受损失，而且可能导致反应温度的失控，乃至出现催化剂床层温度飞 速上升； （ 2） 当原料中乙炔、丙炔、丙二烯共存时，当乙炔脱除到合格指标时，丙炔、丙二烯却达不到要求的脱除指标； （ 3） 在顺序分离流程中，裂解气的所有组分均进入加氢除炔反应器，丁二烯未分出，导致丁二烯损失量较高，此外裂解气中较重组分的存在，对加氢催化剂性能有较大的影响，使催化剂寿命缩短。 后加氢是对裂解气分离得到的碳二馏分和碳三馏分，分别进行催化选择加氢，将碳二馏分中的乙炔，碳三馏分中的丙炔和丙二烯脱除，其优点有： （ 1） 因为是在脱甲烷塔之高，乙烯几乎没有损失； （ 2） 加氢产品质量稳定，加氢原料中所含乙炔、丙 炔和丙二烯的脱除均能达到指标要求； （ 3） 加氢原料气体中杂质少，催化剂使用周期长，产品纯度也高。 但后加氢属外加氢操作，通入的本装置所产氢气中常含有甲烷。 为了保证乙烯的纯度，加氢后还需要将氢气带入的甲烷和剩余。