化工工艺学考试复习题

化工工艺学考试复习题内容摘要：

(1) 饱和食盐水质量 (2) 电解槽操作温度 (3) 阴极液 NaOH浓度 (4) 阳极液 NaCl含量 第四章 有机化工 烃类裂解 烃类热裂解：轻质烃类在高温（ 850176。 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。 烃类裂解过程：一次反应（脱氢反应；断链反应）：原料烃类经热裂解生成乙烯和丙烯的反应。 二次反应：一次反应产物进一步发生反应生成多种产物，甚至最后生成焦或 碳。 烃类裂解规律：键能方向 (1)同碳原子数烷烃， C— H键能大于 C— C 键能，断链比脱氢容易。 (2) 烷烃相对热稳定性随碳链增长而降低，越长的烃分 子越容易断链。 (3) 烷烃的脱氢能力叔氢最易脱去、仲氢次之，伯氢又次之。 (4) 带支链烃的 C－ C 键或 C－ H键的键能小，易断裂。 故有支链的烃容易 裂解或脱氢。 热力学方向 (1）脱氢反应比断链反应所需热量多。 (2) 断链反应△ G0 有较大负值，是不可逆反应，脱氢反应 △ G0 是较小负值或正值，是可 逆反应，断链比脱氢易进行。 (3) 断链反应中，低分子烷烃 C— C 键在分子两端断裂比在分子中央断裂在热力学上占优势，断链所得的较小分子是烷 烃，主要是甲烷；较大分子是烯烃。 随烷烃碳链增长， C－ C 键在两端断裂减弱，在分子中央断裂大。 (4) 乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应，生成 乙烯及氢。 甲烷生成乙烯的反应值是很大的正值，一般热裂解温度不变化。 环烷烃裂解规律（ 1）侧链烷基比烃环易断裂，长侧链的断裂从中部开始，离环近的碳键不易断裂；（ 2）带侧链环烷烃比无侧链环烷烃裂解所得烯 烃收率高；（ 3）环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于开环生成烯烃的反应；（ 4）五碳环烷烃比六碳 环烷烃难裂解；（ 5）环烷烃比链烷烃更易于生成焦 油，产生结焦。 芳香烃热裂解：（ 1）烷基芳烃侧链发生断裂生成苯、甲苯、二甲苯等反应和脱氢反应；（ 2）较剧烈条件，芳烃发生脱氢缩合反应。 如苯脱氢缩合 成联苯和萘等多环芳烃，多环芳烃还能继续脱氢缩合生成焦油直至结焦。 各族烃类热裂解规律：异构烷烃 ＞ 正构烷烃 ＞ 环烷烃 (C6＞ C5) ＞ 芳烃 烃类热裂解二次反应：二次反应中除了较大分子的烯烃裂解能增产乙烯、丙烯外，其余反应都要消耗乙烯，降低乙烯的收率。 应当尽量避免二次反 应。 结 焦与生碳：结焦是低温度下通过芳烃缩合而成，有微量氢。 生碳是高温度下通过生成乙炔中间阶段脱氢为稠合的碳原子团，几乎不含氢。 PONA值：含氢量 P＞ N＞ A；乙烯收率 P＞ N＞ A；液体产物收率 P＜ N＜ A；容易结焦倾向 P＜ N＜ A； 裂解工艺参数： PONA值（烷烃 P烯烃 O 环烷烃 N 芳烃 A，烷烃含量越大，芳烃越少，则乙烯产率越高），原料含氢量（氢含量高则乙烯产率越 高），特性因数 K（ K 值越大则乙烯产率越高），芳烃指数 BMCI（ BMCI 值越小则乙烯潜在产率越高） 1裂解结果指标：转化率、产气率、选择性 、收率和质量收率 1裂解工艺条件：温度（提高温度有利于提高一次反应对二次反应的相对速度，提高乙烯收率），停留时间（短停留时间对生成烯烃有利），烃分压 （低压有利于乙烯的生产，有利于抑制结焦过程。 ） 1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 :750900℃ ,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： 时， ，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 . 14．裂解过程中一次反应和二次反应的含义是什么。 为什么要尽力促进一次反应而抑制二次反应。 15．裂解生产中为什么不采用抽真空办法 降低系统总压。 从化学平衡上看，生成烯烃的一次反应 △ n0，烃聚合缩合的二次反应 △ n0，因此降低压 力有利于提高乙烯平衡组成，有利于抑制结焦过程；从动力学分析上看，一次反应多是一级反应，烃类聚合和缩合的二次反应多是高于一级的反应，因 此降低压力，可增大一次反应对于二次反应的相对速率，有利于提高一次反应选择性 ,减轻结焦。 但是由于裂解是在高温下进行的，不易用抽真空减压方 法实现减压，这是因为在高温不易密封，一旦空气漏入负压操作系统，与烃类气体混合会引起爆炸，同时还会多消耗能源，对后面分离 工序的压缩操作 不利，因此工业上 加入稀释剂 ， P烃 ↓,常压操作 , 从而乙烯量 ↑。 1稀释剂：目的：降低烃分压；稀释剂种类：水蒸气、氢气、惰性气体；优点：设备在常压或正压操作，安全性高，不会对以后压缩操作增加能耗。 17．裂解过程中为什么要加入水蒸汽起到了哪些作用：热容量大，可稳定炉管温度，防止过热；易分离，价格便宜、易得。 抑制原料中的 S对镍铬合金 炉管的腐蚀；钝化作用。 高温蒸汽可减缓炉管 H2O + C → CO + H2 18．裂解气为什么要急冷。 急冷有哪些方法。 各自的优缺点是什么。 目的： ①回收高温热能，产生高压蒸汽； ② 终止裂解反应（二次反应）；急冷的 意义：决定清焦周期，甚至决定裂解炉的周期；影响全装置的能耗和原料的单耗；方法： ① 直接急冷：冷却介质（水、油）与裂解气直接接触。 ② 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。 1裂解主要设备与工艺：设备：管式裂解炉。 工艺：烃的热裂解，裂解气的预分馏，气体净化系统，压缩和冷冻系统，精馏分离系统 裂解气体净化： 、乙醇胺法脱除酸性气体 CO2， H2S，危害为：干冰堵塞管道，也使催化剂中毒，产品达不到规定； ，危害为生成结 晶物堵塞设备及管道； ，危害为影响催化剂寿命，恶化产品质量，形成不安全因素，产生副产品。 2精馏分离方法：顺序分离流程（后加氢）；前脱乙烷前加氢流程；前脱乙烷后加氢流程；前脱丙烷前加氢流程；前脱丙烷后加氢流程。 2深冷分离：深冷分离过程需要制冷剂。 制冷是利用制冷剂压缩和冷凝得到制冷剂液体，再在不同压力下蒸发，则获得不同温度级位的冷冻过程。 催化加氢 催化加氢类型：不饱和键的 加氢；催化还原加氢；加氢分解。 （热力学）：第一类加氢反应（乙炔加氢，一氧化碳甲烷化，有机硫化物的氢解）第 二类加氢反应（苯加氢合成环己烷）第三类加氢反应（一氧化碳加氢合成甲醇） 催化加氢反应原理：在催化剂的作用下，分子氢被活化与有机化合物中的不饱和官能团加成反应。 催化加氢工艺条件：温度：低温有利于加氢反应。 压力：提高压力对反应有利。 用量比（摩尔比）。 催化加氢精制产品： 裂解气的净化除炔 裂解汽油的精制 精制苯 精制氢气 催化加氢催化剂：金属催化剂、骨架催化剂、金属氧 化物催化剂、金属硫化物催化剂和金属络合物催化剂等。 CO加氢合成甲醇工艺流程： ① 造气 ② 压缩 ③ 合成 ④ 分离精制 CO加氢合成甲醇速度因素：温度，压力，催化剂 CO 加氢合成甲醇工艺条件： （催化剂种类而异） （适宜空速与催化剂活性、反应温度及进塔气体组成有关） （ ZnCr2O3催化剂 : H2： CO=；铜基催化剂 : H2： CO= 3。 CO含量高不好：不利温度控制，引起羰基铁积聚，使催化剂失活，一般采用氢过量； H2 过量 :抑制高级醇、高级烃和还原性物质 的生成，提高甲醇的浓度和纯度。 氢导热性好，利于防止局部过热和催化剂床层温度控制） 催化脱氢 催化脱氢反应类型： 烷烃脱氢生成烯烃、二烯烃及芳烃 C12H26→ nC12H24+H2； 烯烃脱。