《化学工艺学》(天津大学)习题

第1章 绪论 1.1 本章要点 1. 了解本课程的性质、地位及任务 2. 了解化学工业的原料及加工利用 1.2 主要问题 1、化学工艺学的研究范畴包括哪些内容？ 包括原料的选择和预处理； 生产方法的选择及方法原理； 设备(反应器和其他)的作用、 结构和操作；催化剂的选择和使用；其他物料的影响；操作条件的影响和选定；流 程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和利用；对不同 工艺路线和流程的技术经济评比等。 2、现代化学工业的特点有哪些？ (1)原料、生产方法和产品的多样性与复杂性 (2)向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高 (3)是多学科合作、生产技术密集型的生产部门 (4)重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法 (5)资金密集，投资回收速度快，利润高 (6)化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首要解决的问题 3、大宗的无机化工、有机化工的主要产品有哪些？ 大宗的无机化工产品有硫酸、硝酸、盐酸、纯碱、烧碱、合成氨和氮、磷、钾等化 学肥料。 大宗的有机化工产品有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、合成 气。 4、三大合成材料指什么？ 合成塑料、合成橡胶、合成纤维。 5、对石油的一次加工和二次加工有哪些加工方法？ 一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏。 二次加工主要方法有： .催化重整； .催化裂化； . 催化加氢裂化；烃类热裂解；烷基化；异构化；焦化等 6、常、减压蒸馏流程有哪些？ ①燃料型。 ②燃料一润滑油型。 ③燃料一化工型。 7、煤的加工路线有几种？ 煤的高温干馏(炼焦)；煤的低温干馏；煤的气化；煤的液化。 8、化学工业的原料资源有几类？ 无机化学矿；石油；天燃气；煤；生物质；再生资源；空气和水。 9、化工生产过程一般可分为几大步骤？ 化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制三大步骤。 10、什么是转化率、选择性、收率？ 转化率是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， 用符号 X 表示。其定义式为 转化率表征原料的转化程度，反映了反应进度。 选择性系指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。用符号S 表示，其定义式如下 在复杂反应体系中，选择性是个很重要的指标，它表达了主、副反应进行程度的相 对大小，能确切反映原料的利用是否合理。 收率亦称为产率，是从产物角度来描述反应过程的效率。符号为 y，其定义式为 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=S·X 11、什么是平衡转化率？ 可逆反应达到平衡时的转化率称为平衡转化率，此时所得产物的产率为平衡产率。 平衡转化率和平衡产率是可逆反应所能达到的极限值 (最大值)，但是，反应达平衡往 往需要相当长的时间。随着反应的进行，正反应速率降低，逆反应速率升高，所以 净反应速率不断下降直到零。在实际生产中应保持高的净反应速率，不能等待反应 达平衡，故实际转化率和产率比平衡值低。若平衡产率高，则可获得较高的实际产 率。工艺学的任务之一是通过热力学分析，寻找提高平衡产率的有利条件，并计算 出平衡产率。 12、简述温度、压力、浓度对反应的影响规律？ (1)温度对化学平衡的影响 对于不可逆反应不需考虑化学平衡，而对于可逆反应，其平衡常数与温度的关系为 对于吸热反应，0，K 值随着温度升高而增大，有利于反应，产物的平衡产率 增加。 对于放热反应，仲碳氢伯碳氢。 异构烷烃裂解所得乙烯、丙烯收率远较正构烷裂解所得收率低，而氢、甲烷、C1及 C4以上烯烃收率较高。 随着碳原子数的增加，异构烷烃与正构烷烃裂解所得乙烯和丙烯收率的差异减小。 3、烯烃裂解的主要反应有哪些？ (1)断链反应；(2)脱氢反应；(3)歧化反应；(4)双烯合成反应；(5)芳构化反应 4、环烷烃的裂解反应规律如何？ 侧链烷基比烃环易于断裂，长侧链的断裂反应一般从中部开始，而离环近的碳键不 易断裂；带侧链环烷烃比无侧链环烷烃裂解所得烯烃收率高。 环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于开环生成烯烃的反应。 五碳环烷烃比六碳环烷烃难于裂解。 环烷烃比链烷烃更易于生成焦油，产生结焦。 5、芳烃裂解的主要类型有哪些？ (1)烷基芳烃的裂解侧链脱烷基或断键反应 (2)环烷基芳烃的裂解脱氢和异构脱氢反应。 (3)芳烃的缩合反应 6、结焦、生碳反应的途径如何？ (1)烯烃经过炔烃中间阶段而生碳。 (2)经过芳烃中间阶段而结焦。 7、生碳、结焦规律如何？ 在不同温度条件下，生碳结焦反应经历着不同的途径；在 900～l100~C 以上主要是 通过生成乙炔的中间阶段，而在 500～900℃主要是通过生成芳烃的中间阶段。 生碳结焦反应是典型的连串反应，随着温度的提高和反应时间的延长，不断释放出 氢，残物(焦油)的氢含量逐渐下降，碳氢比、分子量和密度逐渐增大。 随着反应时间的延长，单环或环数不多的芳烃，转变为多环芳烃，进而转变为稠环 芳烃，由液体焦油转变为固体沥青质，再进一步可转变为焦炭。 8、各族烃类的裂解反应规律如何？ ①烷烃－构烷烃在各族烃中最利于乙烯、丙烯的生成。烯烃的分子量愈小，其总产 率愈高。异构烷烃的烯烃总产率低于同碳原子数的正构烷烃，但随着分子量的增大， 这种差别减小。 ②烯烃一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。 ③环烷烃—在通常裂解条件下，环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。相 对于正烷烃来说，含环烷烃较多的原料丁二烯、芳烃的收率较高，而乙烯的收率较 低。 ④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 碳键和脱氢反应，而芳环保持不裂开，可脱氢缩合为多环芳烃，从而有结焦的倾向。 9、各族烃类的裂解反应难易顺序？ 正烷烃异烷烃环烷烃(六碳环五碳环)芳烃 10、裂解反应机理如何？ 烃类裂解反应机理研究表明裂解时发生的基元反应大部分为自由基反应。大部分烃 类裂解过程包括链引发反应、链增长反应和链终止反应三个阶段。链引发反应是自 由基的产生过程；链增长反应是自由基的转变过程，在这个过程中一种自由基的消 失伴随着另一种自由基的产生，反应前后均保持着自由基的存在；链终止是自由基 消亡生成分子的过程。 11、什么是一次反应？什么是二次反应？ 一次反应是指原料烃在裂解过程中首先发生的原料烃的裂解反应，二次反应则是指 一次反应产物继续发生的后继反应。 12、评价裂解原料性质的指标主要有哪些？ 族组成—PONA 值；氢含量；特性因数；关联指数(BMCI 值)。 13、温度-停留时间对裂解产品收率有何影响？ ①高温裂解条件有利于裂解反应中一次反应的进行，而短停留时间又可抑制二次反 应的进行。因此，对给定裂解原料而言，在相同裂解深度条件下.高温一短停留时间 的操作条件可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。 ②高温一短停留时间的操作条件可以抑制芳烃生成的反应，对给定裂解原料而言， 在相同裂解深度下以高温一短停留时间操作条件所得裂解汽油的收率相对较低。 ③对给定裂解原料，在相同裂解深度下，高温一短停留时间的操作条件将使裂解产 品中炔烃收率明显增加，并使乙烯／丙烯比及C4中的双烯烃／单烯烃的比增大。 14、