1、 1 化学工艺学简单题 一、 简答题 1. 化学工业按生产的产品分类可分为那几大类？ 答：化学工业按产品分类可分为如下几大类： （ 1） 无机化学工业。 （ 2） 有机化学工业 （ 3） 精细化学品工业 （ 4） 高分子化学工业 （ 5） 生物化工工业。 2. 化学工业的主要资源包括那些？ 答：化学工业的主要资源包括：无机化学矿，石油，煤，天然气，生物质，再生资源，空气和水等。 3. 烃类热裂解产物中的有害物质有哪些？存在哪些危害？如何脱除？ 答： 烃类热裂解产物中的有害物质包括：硫化氢等硫化物，二氧化碳，炔烃和水。 硫化氢的危害：硫化氢会腐蚀设备和管道，使干燥的分子筛的寿命缩短，使脱炔用的加
2、氢催化剂中毒并使烯烃聚合催化剂中毒。 二氧化碳的危害：在深冷分离裂解气时，二氧化碳会结成干冰，堵塞管道及设备，影响正常生产；对于烯烃聚合来说，是烯烃聚合过程的惰性组分，在烯烃循环时造成积累，使烯烃的分压下降，从而影响聚合反应速度和聚合物的分子量。 炔烃的危害：炔烃使乙烯和丙烯聚合的催化剂中毒。 水的危害：在深冷分离时，温度可达 -100，水在此时会结冰，并与甲烷，乙烷等形成结晶化合物（ CH4 6H2O， C2H6 7H2O， C4H10 7H2O），这些结晶会堵塞管道和设备。 脱除方法：硫化氢和二氧化碳用氢氧化钠碱液吸收来脱除；炔烃采用选择性加氢法来脱除。水采用分子筛干燥法脱除。 4. 简述
3、芳烃的主要来源。 答：芳烃的主要来源有： （ 1） 从煤焦化副产煤气所得粗苯和煤焦油中提取； （ 2） 从催化重整汽油中提取； （ 3） 从烃类热裂解制乙烯所得裂解汽油中提取； （ 4） 轻烃芳构化和重芳烃轻质化制芳烃。 5. 举例说明芳烃转化催化剂有哪些？ 答：芳烃转化所用催化剂包括： （ 1） 酸性卤化物，如： AlCl3、 AlBr3、 BF3 等路易斯酸。 （ 2） 浸渍在载体上的质子酸，如：载于硅藻土或硅胶等载体上的硫 酸、磷酸及氢氟酸等。 （ 3） 浸渍在载体上的路易斯酸，如载于 -Al2O3 上的 AlCl3、 AlBr3、 BF3、 FeCl3、 ZnCl2、 TiCl4等。
4、（ 4） 混合氧化物催化剂，如 SiO2-Al2O3 等。 （ 5） 贵金属 -氧化硅 -氧化铝催化剂，如 Pt/ SiO2-Al2O3 等。 （ 6） 分子筛催化剂，如经过改性的 Y 型分子筛、丝光沸石和 ZSM 系列分子筛等。 6. 工业上生产合成气的方法有哪些？其中哪种方法投资和成本最低？ 答：工业上生产合成气的方法有： （ 1） 以煤为原料的煤气化法。 （ 2） 以天然气为原料的天然气蒸汽转化法。 （ 3） 以重油或渣油为原料的部分氧化法。 其 中以天然气蒸汽转化法的投资和成本最低。 7. 合成气主要工业化用途有哪些？ 2 合成气的主要工业化用途包括： （ 1） 合成氨； （ 2） 合
5、成甲醇； （ 3） 合成醋酸； （ 4） 烯烃的羰基合成； （ 5） 合成天然气、汽油和柴油。 8. 在乙烯直接氧化制环氧乙烷过程中，与空气氧化法相比较，氧气氧化法有哪些优点？ 答：与空气氧化法相比，用氧气氧化乙烯制环氧乙烷具有如下优点： （ 1） 空气氧化法反应部分的工艺流程较为复杂，需要空气净化系统、排放气氧化和吸收系统及催化燃烧系统， 23 台氧化反应器。而氧气氧化法只需要一台反应器，不需要上述系统，仅多了一套脱碳系统，不包括空气分离装置 时，氧气氧化法的建厂费用和固定资产投资比空气氧化法省。 （ 2） 氧气氧化法的催化剂不会受空气污染，且氧化反应温度低，因此催化剂的寿命长。 （ 3）
6、氧气氧化法可采用浓度较高的乙烯，反应器的生产能力比空气氧化法高。 （ 4） 氧气氧化法的乙烯消耗定额和电力消耗比空气氧化法低。 9. 丁二烯的生产方法有哪些？ 答：丁二烯的工业生产方法包括： （ 1） 从烃类热裂解制乙烯副产的 C4 馏分得到。 （ 2） 乙醇和成丁二烯。 （ 3） 由正丁烷和正丁烯脱氢得到。 （ 4） 正丁烯氧化脱氢制丁二烯。 10. 在丁二烯的生产过程中，加入水蒸气具有哪些作用？ 答：水蒸汽的作用包括： （ 1） 加入水蒸汽可以提高反应 的选择性。 （ 2） 加入水蒸汽可以提高反应速率。 （ 3） 加入水蒸汽可以控制反应温度。 （ 4） 加入水蒸汽可以利用水煤气反应达到清焦
7、的作用。 （ 5） 加入水蒸汽可以降低爆炸极限，达到防止爆炸的目的。 11. 说明氨合成催化剂的组成及其作用。 答：氨合成催化剂的组成包括 Fe， Al2O3， K2O， CaO， MgO， SiO2 等。 （ 1） 氨氧化催化剂的活性组分是 Fe，未还原时为 FeO +Fe2O3，其中 FeO 占 2438%，Fe2+/Fe3+=0.5，一般在 0.470.57 之间，可视为 Fe3O4，具有尖晶石结构。 （ 2） Al2O3 的作用： Al2O3 与 Fe3O4 作用可形成 FeAl2O4，具有尖晶石结构，当催化剂还原后， Fe3O4被还原为 Fe，而未被还原的 Al2O3 仍保持着尖晶石
8、结构，起到骨架作用，从而防止铁细晶的长大，使催化剂的比表面积增加，活性增加。因此， Al2O3 为结构型助催化剂，氧化镁的作用与 Al2O3 的作用相似，也是结构型助催化剂。 （ 3） K2O 的作用：氧化钾是电子型助催化剂，在 Fe Al2O3 催化剂中添加氧化钾后，可以使金属的电子逸出功下降，有助于氮的活性吸附。 （ 4） CaO 的作用： CaO 的作用与 K2O 相似，也是电子型助催化剂，同时，氧化钙能降低固熔体的熔点和 粘度，有利于三氧化二铝和四氧化三铁固熔体的形成，提高催化剂的热稳定性。 （ 5） Si2O 的作用：二氧化硅是磁铁矿中的杂质，具有中和 K2O 和 CaO 的作用，此
9、外， Si2O 还具有提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能。 12. 天然气蒸汽转化反应是体积增大的可逆反应，加压对化学平衡不利，为什么还要加压操作？ 答：从烃类蒸汽转化反应的平衡考虑，反应宜在低压下进行，但从 20 世纪 50 年代开始，逐渐将压力提高到 3.54.0MPa 下操作，现在的最高压力可达 5MPa。其原因如下： （ 1） 可以节省压缩功耗。 3 烃类蒸汽转化为体积增大的反应，而气体的压缩功 与被压缩气体的体积成正比，所以压缩含烃原料和二段转化所需的空气的功耗要比压缩转化气节省。同时由于氨是在高压下合成的，氢氮混和气压缩的功耗与压缩前后压力比的对数成正比，这就是说，合成压缩机的吸入压
10、力越高，压缩功耗越低。尽管转化反应压力提高后，原料气压缩和二段转化所用的空气压缩机的功耗要增加，但单位产品氨的总功耗还是减少的。 （ 2） 可以提高过量蒸汽余热的利用价值。 由于转化是在过量水蒸气条件下进行的，经一氧化碳变换冷却后，可以回收原料气中大量余热。其中水蒸气的冷凝热占有相当大的比重，这部分热量与水蒸气的分压有直接关系 ，压力越高，水蒸汽的分压也越高，因此其冷凝温度（即露点）越高，在同一汽气比条件下，低变炉出口气体的露点随压力的升高而增加，蒸汽冷凝液利用价值也就越高，温度相同，压力越高，热效率越高，即回收的热量越多。 （ 3） 可以减少原料气制备与净化系统的设备投资。 转化压力提高，变
11、换、净化以至到氢氮混和气压缩机前的全部设备的操作压力都随着提高，对于同样的生产规模，在一定程度上，可以减少设备投资，而且在加压条件下操作，可提高转化和变换的反应速率，可以减少催化剂用量。 13. 在烃类热裂解的过程中，加入水蒸气作为稀释剂具有哪些优点？ 答： 在烃类热裂解的过程中，加入水蒸汽作为稀释剂具有如下优点： （ 1） 水蒸汽的热容较大，能对炉管温度起稳定作用，因而保护了炉管。 （ 2） 水蒸汽价廉易得，且容易与裂解产物分离。 （ 3） 水蒸汽可以抑制原料中的硫化物对合金钢裂解炉管的腐蚀。 （ 4） 水蒸汽可以与裂解管中的焦炭发生水煤气反应而清焦。 （ 5） 水蒸汽对金属表面起一定的氧化
12、作用，使金属表面的铁镍形成氧化膜，从而减轻了铁、镍对烃类气体分解生炭的催化作用。 14. 裂解气的压缩为什么采用多级压缩？确定压缩段数的依据是什么？ 答：；裂解气的采用多级压缩的优点： （ 1） 节约压缩功耗，压缩机压缩气体的过程接近绝热压 缩，功耗大于等温压缩，如果把压缩分为若干段进行，段间冷却移热，则可节省部分压缩功，段数越多，越接近等温压缩。 （ 2） 裂解气中的二烯烃易发生聚合反应，生成的聚合物沉积在压缩机内，严重危及操作的正常进行。而二烯烃的聚合速度与温度有关，温度越高，聚合速度越快，为了避免聚合现象的发生，必须控制每段压缩后气体温度不高于 100 。 （ 3） 减少分离净化负荷，裂
13、解气经过压缩后段间冷凝，可除去大部分的水，减少干燥器的体积和干燥剂的用量，延长干燥器的再生周期；同时还可以从裂解气中分凝出部分 C3 及 C3 以上的重组分，减少进入深冷系统的负荷， 从而节约了冷量。 根据每段压缩后气体温度不高于 100，避免二烯烃在压缩机内发生聚合反应，压缩机的压缩比为 2 左右，并依据气体的最初进口压力和最终出口压力来确定压缩机的段数。 15. 说明在裂解气的分离过程中，设置冷箱的作用及其特点。 答：在烃类热裂解的裂解气分离的过程中，设置冷箱的作用提高乙烯的回收率。 冷箱的特点： （ 1） 用冷箱分出氢气（ 91.48%），使脱甲烷塔的 CH4/H2 增加，从而使乙烯的回
14、收率增加。 （ 2） 冷箱分出的富氢可作为炔烃加氢的原料。 （ 3） 冷箱采用逐级冷凝，分股进料，从而减轻脱甲烷塔的负荷。 （ 4） 流程通过节流阀 A、 B、 C 的节流制冷作为低温冷量的来源。 冷箱适用于生产规模大，自动化水平高，原料气组成稳定的流程。 16. 工业上氢气的来源有哪些？ 答：工业上氢气的来源包括： 4 （ 1） 水电解制氢。 （ 2） 焦炉煤气、油品铂重整和烃类热裂解等副产氢气，经过变压吸附可制得纯氢。 （ 3） 煤气化制氢，工业煤经过水煤气反应或半水煤气反应可制得氢气。 （ 4） 气态烃或轻油（石脑油）经水蒸汽转化反应可制氢。 二、 写出下列过程的主要化学反应，催化剂，反
15、应压力和反应温度。 1. 二氧化硫接触氧化制三氧化硫。 （ 1）化学反应： SO2 + 1/2O2 SO3 （ 2）催化剂：活性组分： V2O5。载体：硅胶、硅藻土及其混合物。助催化剂： K2O、 K2SO4、 TiO2、MoO3 等。 （ 3）反应压力：常压。 （ 4）反应温度： 400600 2. 双加压法氨接触氧化制一氧化氮。 （ 1）化学反应： 4NH3 + 5O2 4 NO + 6H2O （ 2）催化剂： Pt 网。 （ 3）反应压力： 0.250.5MPa。 （ 4）反应温度： 850860 3. 氧气氧化法乙烯环氧化制环氧乙烷。 （ 1）化学反应： C2H4 + 1/2O2 C2
16、H4O （ 2）催化剂：活性组分： Ag。载体：碳化硅， Al2O3 和含有少量 SiO2 的 Al2O3，助催化剂：碳酸钾、碳酸钡和稀土元素化合物。 （ 3）反应压力： 1.03.0 MPa。 （ 4）反应温度： 204270 4. 丙烯氨氧化制丙烯腈。 （ 1）化学反应： CH2=CHCH3 + NH3 + 3/2O2 CH2=CHCN + 3H2O （ 2）催化剂：钼酸铋系： P-Mo-Bi-Fe-Co-Ni-K-O/Si2O；锑系： Sb-Fe-O。 （ 3）反应压力：常压。 （ 4）反应温度：最佳温度： 440。 5. 氢氮气合成氨 （ 1）化学反应： N2 + 3H2 2NH3 （
17、 2）催化剂： Fe-Al2O3-MgO-K2O-CaO-SiO2 （ 3）反应压力： 15MPa。 （ 4）反应温度： 390520。 6. 一氧化碳、氢气合成甲醇 （ 1）化学反应： CO + 2H2 2CH3OH （ 2）催化剂： CuO-ZnO-Al2O3 。 （ 3）反应压力： 510MPa。 （ 4）反应温度： 230270。 7. 乙苯脱氢制苯乙烯 （ 1）化学反应： C2H5 CH=CH2 + H2 （ 2）催化剂： Fe2O3-Cr2O3-K2O （ 3）反应压力：常压。 （ 4）反应温度： 600630 8. 正丁烯氧化脱氢制丁二烯 （ 1）化学反应： n-C4H8 + 1
18、/2O2 CH2=CH CH=CH2 + H2O （ 2）催化剂：铁酸盐尖晶石催化剂。 （ 3）反应压力：常压 5 （ 4）反应温度： 327547 9. 乙烯液相氯化制 1， 2 二氯乙烷 （ 1）化学反应： CH2=CH2 + Cl2 ClCH2CH2Cl （ 2）催化剂： FeCl3 （ 3）反应压力：常压。 （ 4）反应温度： 50。 10. 电石乙炔法制氯乙烯。 （ 1）化学反应： C2H2 + HCl CH2=CHCl （ 2）催化剂： HgCl2/活性碳。 （ 3）反应压力：常压。 （ 4）反应温度： 160180。 三、 根据所给流程回答下列问题： 1. 乙烯配位催化氧化制乙醛
19、： 回答问题： （ 1） 为什么催化剂溶液可以在反应器与除沫分离器之间自动循环？ （ 2） 写出三个基本化学反应。 （ 3） 反应热是如何移出的？ （ 4） 反应器的进料组成是多少？ （ 5） 写出反应所用的催化剂溶液的组成。 （ 6） 写 出催化剂再生的方法和再生的化学反应。 （ 7） 反应温度和压力各是多少？乙烯的转化率是多少？ （ 8） 自吸收塔顶部出来的气体在循环时为什么将部分气体排放而不全部作为循环气返回到反应器？ 答： （ 1） 新鲜乙烯和循环乙烯的混合物与氧气分别自反应器的底部送入，催化剂溶液也从底部送入反应器，乙烯和氧气以鼓泡的形式通过反应器，在液相内进行化学反应转变为乙醛。由
20、于反应放热，将产物乙醛和部分水汽化，因此反应器内被密度较低的气液混合物所充满，该气液混合物通过反应器上部的两根连通管流入除沫分离器。由于在除沫器内气速降低，气体自顶部流出，催化剂溶液沉 积在底部，这样，在除沫器内的催化剂的密度比反应器内的气液混合物的密度大得多，因此催化剂溶液可自行通过除沫器底部的循环管返回到反应器内，从而实现了反应器和除沫器之间的循环。 （ 2） 写出三个基本化学反应。（ 3 分） 烯烃的羰化反应： CH2=CH2 PdCl2 H2O CH3CHO Pd0 2HCl Pd0 的氧化反应： Pd0 2CuCl2 PdCl2 2CuCl 氯化亚铜的氧化： 2CuCl 21 O2
21、2HCl 2CuCl2 H2O （ 3） 反应热是如何移出的？ 在反应器中，由于反应放热，使催化剂溶液处于沸腾状态，反应热是通过乙醛和水的沸腾蒸发移走的。 （ 4） 反应器的进料组成是多少？ 6 反应器的进料组成为：乙烯： 65%，氧： 17%，惰性气体： 18%。 （ 5） 写出反应所用的催化剂及催化剂溶液的组成。 催化剂为： PtC2-CuCl2-HCl-H2O， 催化剂的组成一般为： Pd 含量： 0.25 0.45g/L，总铜含量：65/70g/L， Cu2 /总铜约 0.6， pH： 0.81.2。 （ 6） 写出催化剂再生的方法和再生的化学反应。 在反应过程中会有草酸生成，草酸与铜
22、离子结合生成草酸铜沉淀，这样使铜离子浓度下降，从而造成催化活性下降，因此在流程中，设置了草酸铜分解器，将催化剂加热，使催化剂中的草酸铜沉淀分解，从而实现了催化剂的再生，分解反应如下： CuCl2 + CuC2O4 2CuCl + CO2 （ 7） 反应温度和压力各是多少？ 反应温度为： 120，反应压力： 400 450kPa。 （ 8） 自吸收塔顶部出来的气体，大约含有 65%的乙烯和 8%的氧，此外还含有惰性气体氮以及副产的氯甲烷、氯乙烷、二氧化碳等。如果这些气体全部循环，就会导致惰性组分的积累，为此需要将部分尾气排空。 2. 轻柴油热裂解制乙烯的流程 回答问题： （ 1）说明管式裂解炉辐
23、射段的作用。 （ 2）说明 Lummus SRT-型管式裂解炉对流段包括哪些预热器？烟道气出口温度是多少？炉子的热效率是多少？。 （ 3） Lummus SRT-型裂解炉管的材质是什么？该炉管管壁耐温温度是多少？。 （ 4）急冷换热器有什么作用？ （ 5）油急冷器和油洗塔有什么作用？ （ 6）水洗塔有什么作 用？ （ 7）工艺用稀释水蒸气是如何产生的？该系统有何优点？ （ 8）管式裂解炉和急冷换热器在何种情况下需要清焦？ 答： （ 1） 管式裂解炉辐射段里装有裂解炉管和烧嘴，作用是通过烧嘴内喷出的燃料燃烧供热，使裂解炉管内的轻柴油裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃。 （ 2） Lummus SRT-
24、型管式裂解炉对流段包括锅炉给水预热器、原料油预热器、工艺水蒸气预热器、蒸汽过热器和原料蒸汽混合气预热器。 （ 3） Lummus SRT-型裂解炉管的材质 HP-40（ Cr25Ni35），该炉管管壁耐温温度为 11001150。 （ 4） 急冷换热器的作用是通过 裂解气与高压热水经列管换热器间接换热，在极短的时间内（ 0.010.1s）将裂解气由约 800下降至 550600，并副产 8.712MPa 的高压水蒸气。 （ 5） 从急冷换热器出来的裂解气在油急冷器中用急冷油喷淋降温，并与裂解气一起进入油洗塔塔顶用裂解汽油喷淋冷却，使裂解气中除氢气、气态烃、水蒸气和裂解汽油以外的馏分冷凝下来。
25、（ 6） 从油洗塔出来的裂解产物进入水洗塔，在塔的顶部和中段用急冷水喷淋使裂解气冷却并使其中一部分稀释水蒸气和裂解汽油冷凝下来。 （ 7） 从油洗塔冷凝并分离出来的水，其中相当于稀释水蒸气的水量用稀释水泵经过 滤器送入气提塔，将工艺水中的轻烃汽提回水洗塔，保证塔釜水中含油量少于 100ppm。此工艺水用泵送入稀释水蒸气发生器汽包，再分别由中压水蒸气加热器和急冷油加热器加热汽化产生稀释水蒸气，经气液分离后再送入汽化炉。这种稀释水蒸气循环使用系统，既节约了新鲜的锅炉给水又减少了污水的排放量，减轻了对环境的污染。 （ 8） 当管式裂解炉在出现下列情况之一时应停止进料，进行清焦： 裂解炉辐射盘管管壁温
26、度超过设计规定值； 裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值。 7 当急冷换热器出现下列情况之一时应对急冷换热器进行清焦： 急冷换热器出口温度 超过设计值； 急冷换热器进出口压差超过设计值。 3. 氢氮气合成氨的 Kellogg 流程 回答问题： （ 1） 设置甲烷化气 -新鲜气换热器 2 和水冷器 3 的目的是什么？ （ 2） 氢氮气的压缩采用何种类型的压缩机？ （ 3） 高压氨分离器的温度是多少？ （ 4） 什么是弛放气？什么是放空气？为什么要放空？放空气在放空前为什么要设置放空气氨冷器和放空气分离器？ （ 5） 设置开工炉的目的是什么？ （ 6） 合成塔中通入冷激气的作用。 答： （ 1）
27、在氢氮气合成压缩机的段间设置甲烷化气 -新鲜气换热器 2 和水冷器 3 的目的在于，氢氮气合成压缩机的进口压力为 2.7MPa，而压缩机的出口压力达到 15MPa，如果采用一段压缩，其压缩比过大，而导致压缩功耗过大，在采用多级（段）压缩时，当被压缩的气体冷却后，气体的体积会因温度的下降而下降，而压缩功耗与气体的体积正相关，故而达到节省压缩功的目的。 （ 2） 氢氮气的压缩采用离心式压缩机。 （ 3） 高压氨分离器的温度为 -23。 （ 4） 所谓弛放气是指在高压氨分离器分离液氨时，压力较高，液氨对氢氮气和其他惰性气体的溶解度较大，当液氨由高压氨分离器经减压进入低压氨分离器时，由于压力降低，上述
28、气体在其中的溶解度下降而逸出，这一部分逸出的气体称为弛放气。所谓放空气是指，在氢氮气合成氨的过程中 ，氢氮气的一次转化率由于受到化学平衡的影响而较低，大量未反应的氢氮气需要经压缩后循环返回合成塔继续反应，循环的过程中，由于含有甲烷和氩等惰性气体，如果不放空，必将造成惰性气体的积累，因此在未反应的氢氮气循环时，为避免惰性气体的积累，必须将一部分循环氢氮气放空，称为放空气。由于在 Kellogg 的流程中，放空的位置选在合成塔的出口，在此位置的氨含量最高，因此，设置了氨冷器和氨分离器，将放空气中的氨回收回来，防止氨的损失。 （ 5） 在流程中设置开工炉的目的是，开工之前的氨合成催化剂处于氧化态，需
29、要还原，将 Fe3O4用氢气 还原为 -Fe，再还原的过程中，需要用开工炉将还原的氢气加热到所需的还原温度，此外，还原完毕后，需要将氢氮气经开工炉加热到所需温度后，进入反应器的催化床层，待反应正常后，再关闭开工炉。 （ 6） 氢氮气合成氨的反应是放热反应，在 Kellogg 流程中，氨合成塔采用绝热式反应器，为了控制反应温度，防止床层飞温而烧坏催化剂需要将冷的氢氮气通入反应器的各反应段间，使从反应床层的气体降温冷却，从而达到控制反应温度的目的。 4. 低压法合成甲醇流程 回答问题： （ 1）反应温度是多少？ （ 2）反应压力是多少？ （ 3）合成塔空速是多少？ （ 4）反应器是何种类型？ （
30、5）写出甲醇合成的主、副反应。 （ 6）什么是放空气？什么是弛放气？为什么防空？ （ 7）为什么在精馏塔顶 35 块塔板处采出产品甲醇而不再塔顶采出？ （ 8）为什么在脱轻组分塔加入 1%2%的 NaOH 溶液？ 8 答： （ 1） 反应温度（ 1 分）： 230270。 （ 2） 反应压力： 510MPa。 （ 3） 合成塔空速： 10000h-1。 （ 4） 反应器为冷激式绝热床反应器。 （ 5）主反应： OHCHHCO 322 OHOHCHHCO 2322 3 副反应（ 4 分）： OHOCHHCO 2232 )(42 OHCHHCO 2423 OHOHHCHCO 2942 384 OH
31、COHCO 222 此外还可能生成少量的乙醇和微量的醛、酮、酯等副产物，也可能形成少量的 5)(COFe 。 （ 6）所谓放空气是指分离器上部排出的气体大部分返回压缩机的循环段，另一少部分排出系统，排出系统的气体称为放空气（ ） 2 分。所谓弛放气是指从分离器底部排出的粗甲醇经减压进入闪蒸罐，由于分离器的压力较高，一部分气体会溶于粗甲醇中，当粗甲醇进入闪蒸罐中，由于压力降低，溶解度下降，溶于其中的气体会闪蒸出来，此部分气体称为弛放气（ 2 分）。由于进入压缩机的合成气中含有少量杂质，而甲醇合成反应的转化率比较低，反应后分离出来的气体需要循环，如果循环气体全部循环会导致其中杂质的积累，因此需要放
32、空（ 2 分）。 （ 7）由于在脱轻组分塔的塔釜组分中还含有少量的轻组分，这些轻组分在进入精馏塔中进行分离时，会全部进入精馏塔塔顶，因此在精馏塔的塔顶， 甲醇的含量不是最高，而在距塔顶 35 块板处，甲醇的含量达到最高值，因此，在此处采出产品甲醇。（ 3 分） （ 8）粗甲醇溶液呈酸性，为了防止腐蚀设备和管线，并导致甲醇含铁超标，因此需要加入少量的NaOH 溶液来中和甲醇溶液的酸度，使其达到 Ph=79，用柱塞泵连续打入脱轻组分塔的提馏段 。（ 3 分） 5. 丙烯氨氧化制取丙烯腈流程 回答问题： （ 1） 丙烯氨氧化反应器采用何种反应器？如何移走反应热？反应器中的旋风分离器有何作用？ （ 2
33、） 反应的原料配比是多少？ （ 3） 反应的接触时间是多少？ （ 4） 反应的丙烯转化率是多少？ （ 5） 反应的丙烯腈的选择性是多少？ （ 6） 为什么在要求在换热器 6 的出口的温度大于 250？ （ 7） 急冷塔有何作用？，说明急冷塔的结构和急冷塔各段的作用。 答： （ 1） 丙烯氨氧化反应器采用流化床反应器，通过向流化床反应器中的 U 型管通加压热水，使水沸腾，副产高压蒸汽的办法移热。反应器中的旋风分离器起到回收催化剂的作用。 9 （ 2） 反应的原料配比： C3=： NH3：空气 = 1： 1： 10.2 （ 3） 反应的接触时间： 6 秒。 （ 4） 反应的丙烯转化率是 94%。
34、（ 5） 反应的丙烯腈的选择性是 75%。 （ 6） 在换热器 6 的出口温度必须大于 250，当因为温度低于 250时，丙烯腈、氰化氢和丙烯醛发生自聚反应，同 时氨、二氧化碳与水反应产生碳酸氢铵结晶，从而堵塞设备和管道，因此，为了避免上述反应的发生，在换热器 6 的出口温度必须大于 250。 （ 7） 急冷塔的作用是用稀硫酸中和反应出口物料中少量未反应的氨和冷却反应物料。 急冷塔分为三段，下段为空塔，设有稀酸喷淋装置，用稀硫酸把夹带的催化剂、高沸物和聚合物洗涤下来并中和大部分的氨，气体在此被冷至 84。中段，设置填料，气体从下段进入中段后，再次与稀酸接触，将剩余的氨及催化剂粉末、高沸物等脱除
35、干净，并冷至 80。上段，设置筛板，用水洗去气流中的酸并冷至 40，在此，一部分产物会溶 于水中，此部分冷却水与塔顶气体一并进入水吸收塔。 6. 天然气蒸汽转化流程 回答问题： （ 1）说明一段炉辐射段的组成及其作用。 （ 2）一段炉对流段都有哪些加热盘管？ （ 3）钴钼加氢槽有什么作用？其反应温度和反应压力是多少？ （ 4）硫化锌脱硫槽的作用是什么？为什么天然气先通过钴钼加氢槽而后通过氧化锌脱硫槽？ （ 5）一段炉辐射盘管的材质是什么？其管壁温度有什么要求？一段炉出口温度是多少？出口残余甲烷含量是多少？ （ 6）说明天然气蒸汽转化反应的催化剂的组成及各组分的作用。 （ 7）二段炉的作用是什么
36、？ 答： （ 1） 一段炉辐射段 包括转化炉管和烧嘴，其作用是利用燃料天然气通过烧嘴燃烧所放出的热量，供甲烷蒸汽转化反应生成合成气所需，并将一段炉出口残余甲烷含量降至 10%以下。 （ 2） 一段炉对流段的加热盘管包括：燃料天然气预热盘管、原料天然气预热盘管、过热蒸汽盘管、原料空气预热盘管及原料天然气 -工艺蒸汽预热盘管。 （ 3） 钴钼加氢槽的作用是将天然气中的有机硫加氢转化为硫化氢，其反应温度为 380400，反应压力 3.6MPa 。 （ 4） 氧化锌脱硫槽的作用是利用氧化锌与硫化氢反应，将原料天然气中的硫化物降至 0.1ppm 以下，将原料天然气先通过钴钼加氢槽而后通过 氧化锌脱硫槽是
37、因为氧化锌脱除某些有机硫化物的能力不佳，不能达到要求，为此先将原料天然气通过钴钼加氢槽，将其中的有机硫化物加氢转变为硫化氢后，再通过氧化锌脱硫槽，将原料天然气中的硫化物脱除至 0.1ppm 以下，保护天然气蒸汽镍触媒免受中毒。 （ 5） 一段炉辐射段转化盘管的材质为 HK-40（ Cr25Ni20）合金钢。在反应条件下，其管壁温度不得超过 920，管内介质温度 800820。 （ 6） 甲烷蒸汽转化反应所用的催化剂组成为活性组分镍，载体和一些助催化剂，载体成分有 Al2O3 或 MgAl2O4 尖晶石，其作用是支承、分散活 性组分并使之不易烧结，此外载体还要有足够的机械强度；为了抑制烃类在催化
38、剂表面的酸中心上裂解析碳，在催化剂中加入 K2O等碱性物质来中和表面的酸性；此外还加入一些稀土金属的氧化物来提高催化剂的活性。 （ 7） 二段炉的作用是将一残余甲烷含量达 10%， 800左右的一段转化气直接进入二段炉，同时补加氧气（或空气），氧与转化气中的氢气反应放热，温度升至 1000以上，继续进行转化反应，使二段炉出口气体中的残余甲烷含量降至 0.3%以下。 7. 正丁烯氧化脱氢流程 回答问题： 10 （ 1） 为什么空气首先与水蒸汽混合，再与丁烯混合？ （ 2） 反应温度是多少 ？ （ 3） 反应压力是多少？ （ 4） 反应的水烯比是多少？ （ 5） 反应的空速是多少？ （ 6） 用什
39、么作为吸收剂来吸收碳四组分，为什么在吸收前需要加压？吸收压力是多少？ （ 7） 减压有利于解析，为什么解析塔操作压力为 0.35MPa 而不是常压操作？ 答： （ 1） 空气首先与水蒸汽混合，再与丁烯混合的目的是降低爆炸极限范围，安全。 （ 2） 反应温度： 327547。 （ 3） 反应压力：常压。 （ 4） 水烯比为 12： 1。 （ 5） 反应的正丁烯的空速为 600h-1。 （ 6） 用沸程为 6090的石油馏分（ C6 油）作为吸收剂来吸收 C4 组分。根据亨利定律，加压有利于吸收，所以采用加压吸收；吸收压力为 1.2MPa。 （ 7） 虽然减压有利于解析，但压力增加，组分的沸点也随
40、之增加，在常压下丁二烯的沸点为-4.4，如果在常压下解析，那么解析塔塔顶冷凝器的冷凝介质必须使用凝固点低于 -4.4的冷冻盐水作为冷凝介质，消耗冷量，不利于节能，当解析塔的操作压力达到 0.35MPa 时，塔顶冷凝器因为压力升高，冷凝温度升高，此时就可以使用循环水作为塔顶冷凝器的冷凝介质，从而达到节能的目的。 8. 电石乙炔法制氯乙烯流程 回答问题： （ 1） 工业上除了本法生产氯乙烯外，还有那些方法生产氯乙烯？ （ 2） 本法采用的催化剂是什么？ （ 3） 反应温度是多少？为什么 反应控制在该温度范围内？ （ 4） 反应的乙炔与氯化氢的摩尔比是多少？为什么氯化氢过量？ （ 5） 反应压力是多
41、少？ （ 6） 在原料氯化氢中为什么不允许有氯气存在？ （ 7） 反应的乙炔空速是多少？ 答： （ 1） 工业上除了电石乙炔法生产氯乙烯外，还有乙烯平衡氧氯化法生产氯乙烯。 （ 2） 电石乙炔法采用的催化剂是： HgCl2/活性炭。 （ 3） 反应温度为： 160180，当反应温度低于 160时，反应活性比较低，反应速度较慢；当反应温度高于 180时， HgCl2 催化剂升华加剧，催化剂会因为活性组分的升华而失去活性；所以，反应温度为 160180。 （ 4） 反应的乙炔与氯化 氢的摩尔比是 1： 1.051.1。采用氯化氢过量是因为氯化氢价格便宜。反应后多余的氯化氢可以用水吸收和碱洗出去，而乙炔的分离必须采用精馏的方法，因此比乙炔的分离方便。 （ 5） 反应压力为常压。 （ 6） 在原料氯化氢中不允许有氯气存在，是因为当原料氯化氢中含有氯气时，当氯化氢与乙炔在混合器中混合时，乙炔与氯气发生爆炸性反应而导致爆炸，因此在原料氯化氢中不允许有氯气存在。 （ 7） 反应的乙炔空速为： 3050h-1。
