化工工艺学考试卷

《化工工艺学》试题一

一、填空题（本题共20分，共10小题，每题各2分）

1、在合成氨烃类蒸汽转化的过程中，从热力学角度分析有三个副反应存在析炭

的可能性，这三个副反应的化学反应方程式分别为_____________________-_、______________________和______________________，而从动力学角度分析只有___________________才可能析炭。

1、CH4?C?2H2；2CO?C?CO2；CO?H2?C?H2O；CH4?C?2H2 2、空气煤气；水煤气；混合煤气；半水煤气 3、吸附态水；化学键态水 4、铜锌铝系；铜锌铬系 5、湿法脱硫；干法脱硫 6、催化剂筐；热交换器

7、2NH3 (g)+CO2 (g)=NH4COONH2 (l)；NH4COONH2 (l)＝NH2CONH2 (l)+H2O (l) 8、As<0.05%；C<1%；Pb<0.6%；F<0.05% 9、稳定的矿石组成；稳定的投矿量 10、2NaCl+H2O→Cl2↑+H2↑+2NaOH

2、按照用途的不同可将工业煤气分为四类，分别为：__________、__________、-_________和__________。

3、煤中的水分主要分为三类，其中包括：游离水、__________和__________。 4、在合成氨CO变换工序阶段低温变换催化剂主要有__________和__________

两种类型。

5、在合成氨原料气的净化过程中脱硫的方法主要分为：__________和_________-_两种类型。

6、氨合成塔的内件主要由__________、__________和电加热器三个部分组成。 7、尿素的合成主要分两步进行分别为：___________________________________-__________（反应方程式）和________________________________________-____（反应方程式）。

8、在以硫铁矿为原料生产硫酸过程中，硫铁矿在进入沸腾焙烧炉前需要达到的

组成指标为：S>20%、__________、__________、__________、__________和H2O<8%。

9、在沸腾炉焙烧硫铁矿时要稳定沸腾炉的炉温需要做到的三个稳定分别为：①

稳定的空气量、②__________和③_________________。

10、电解法生产烧碱的电解反应为_____________________________________（反

应方程式）。

二、简答题（本题共50分，共5小题，每题各10分）

1、简述烃类蒸汽转化过程中析炭的危害及防止析炭应采取的措施。 2、简述铁－铬系高温变换催化剂的组成（含量）及各组分的作用。 3、简述硫酸生产两转两吸工艺的优、缺点。 4、简述氨碱法生产纯碱的优、缺点。

5、写出转化率、产气率、选择性、收率及质量收率等衡量裂解结果指标的定义式。

三、计算题（本题共30分，共2小题，每题各15分）

1、在CO变换的实际生产中，通常可测得原料气及变换气中CO的干基含量，假设以1mol干原料气为基准，初始CO的干基含量为y1，变换后CO的干基含量为y2，试计算在转化过程中CO的转化率x。

2、在隔膜法电解食盐水溶液时，若电解槽的实际电压（V槽）为3.35V，电流效率为95%，食盐水的理论分解电压（V理）为2.171V，试求电解过程中的电能效率。（计算结果保留小数点后两位有效数字）

《化工工艺学》试题二

一、填空题（本题共20分，共10小题，每题各2分）

1、在合成氨工艺中应用蒸汽转化制得的粗原料气应满足：①残余甲烷含量的体积分数小于__________；②(CO+H2)/N2(摩尔比)在__________之间。 2、在合成氨烃类蒸汽转化的过程中，当析炭较轻时可采用_____________和____-_______两种法将积炭消除。

3、在煤热解的过程中，对热解产物的组成有较大影响的因素有__________、 __-_________和压力。

4、煤气化的工业方法要有_____________、___________和外热法。

5、在用铜氨液对合成氨原料气进行最终净化时，对CO的吸收具有活性的离子为-_________。

6、在用甲烷化法脱碳时的主反应为______________________和_____________-_________；副反应为______________________和______________________。 7、在合成尿素时适当提高氨碳比是有利的，其有利方面主要表现在___________-___________；______________________和有利于调节操作的热平衡。 8、硫铁矿接触法生产硫酸的过程包括___________、__________和吸收三个基本过程。

9、目前，世界上生产纯碱的方法主要有__________、___________和联合制碱法。 10、生物质是指自然界中含有__________、___________、__________、_______-____和油脂等的物质。

二、简答题（本题共50分，共5小题，每题各10分） 1、写出气态烃蒸汽转化的主反应和副反应的化学反应方程式。

2、从热力学分析气态烃蒸汽转化宜在低压下进行，但在工业生产中一般将压力提高到3.5～4.0Mpa，简述其原因。

3、简述合成氨原料气净化阶段湿法脱硫和干法脱硫两种方法各自的特点。 4、简述在合成氨粗原料气净化阶段采用低温甲醇洗涤法的优、缺点。 5、试写出尿素合成过程中发生的三个主要副反应的名称及化学反应方程式。 三、计算题（本题共30分，共2小题，每题各15分）

1、在CO变换的实际生产中，通常可测得原料气及变换气中CO的干基含量，假设以1mol干原料气为基准，初始CO的干基含量为y1，变换后CO的干基含量为y2，试计算在转化过程中CO的转化率x。

2、在隔膜法电解食盐水溶液时，若电解槽的实际电压（V槽）为3.35V，电流效率为95%，食盐水的理论分解电压（V理）为2.171V，试求电解过程中的电能效率。（计算结果保留小数点后两位有效数字）

《化工工艺学》试题三

一、

填空题（本题共30分，每空1分，共30空）

1、合成氨生产过程包括 、 和 三大步骤。

2、以天然气为原料，采用蒸汽转化法制造粗原料气时应满足两大要求：

； 。

3、写出甲烷蒸汽转化反应的独立主反应： ；

。

4、甲烷蒸汽转化过程所用催化剂的主要活性成分是 ，载体是 。

5、脱硫方法分为干法脱硫和湿法脱硫，其中低温甲醇洗涤法属于 。干法脱硫中最典型的方法是 。

6、一段转化炉 和 两个主要部分组成。

7、氨合成反应是在高温高压下进行，为了适应该条件，氨合成塔通常由内件和外筒两部分组成，其中内件只承受 ，外筒只承受 。 8、合成尿素反应为： 。

9、硫酸生产原料主要有：硫铁矿、硫磺、硫酸盐、硫化氢等，我国 分布较广。 10、硫铁矿在氧较充足的条件下，其焙烧反应方程式为 。

11、目前SO2炉气在净化过程中主要采用 （请选择：酸洗流程或水洗流程）。 12、SO2催化氧化所用催化剂为： 。

13、为了降低尾气中SO2的含量，提高硫的利用率，对SO2的转化工艺进行了改进，最有效的技术是 。

14、生产纯碱最重要的方法为 、 和天然碱加工。 15、氨碱法制碱过程中，碳酸化所需的CO2主要来源于 。 16、电解法制烧碱的原理为： 。 17、有机化学工业的最基本的产品为 。

18、烃类管式炉裂解生产乙烯要求为： 、 、 。

19、裂解气从裂解炉出来之后应立即进行 处理，然后再净化。

二、简答题（本题共60分，每题10分，共6题）

1、请绘出以硫铁矿为原料生产硫酸的方块流程图。

2、对裂解气进行深冷分离包括哪三大部分？每部分作用是什么？ 3、不论是氨的合成还是裂解气的分离，都要进行压缩，而且采用的是多级压缩，为什么？

4、联合法制碱包括哪两个过程？绘出其原则流程图？ 5、简述天然气为原料进行蒸汽转化的工艺条件。 6、简述该课程的特点。 三、计算题（10分）

原料丙烷进料1000kg/h，反应掉丙烷量700kg/h，得乙烯400 kg/h，，求反应的转化率、选择性和收率。

《化工工艺学》试题四

二、

填空题（本题共30分，每空1分，共30空）

1、氨的生产方法有 和 。

2、以天然气为原料，采用蒸汽转化法制造粗原料气时应满足两大要求：

； 。

3、CO变换所用催化剂分为 、 和宽温耐硫变换催化剂。

4、我国一般小型的合成氨厂在脱除CO2时，常采用化学家侯德榜提出的碳化法合成氨流程制取 。

5、铜铵液吸收法中，所采用的再生装置中三个塔从上到下的正确位置是： 、

、 。

6、一段转化炉根据烧嘴的位置不同可分为 、 和梯台炉。

7、氨合成塔分为连续换热、多段间接换热、多段冷激式等塔型，在布朗深冷净

化工艺中，

合成塔采用的是 氨合成塔。 8、合成尿素反应为 。

9、目前，焙烧硫铁矿主要采用 （沸腾焙烧或固定床焙烧）技术。 10、硫铁矿在氧不够充足的条件下，其焙烧反应方程式为 。 11、SO2炉气干燥所采用的干燥剂为 。 12、硫酸的生产方法主要有 和 两种方法。

13、纯碱的分子式为Na2CO3，倍半碱的分子式为Na2CO3·NaHCO3·2H2O，洁碱的

分子式为： 。

14、联合法制碱过程中，碳酸化所需的CO2主要来源于 。 15、苛化法制烧碱的原理为： 。

16、有机化学工业的基本原料有：煤、 、 和 。

17、裂解气从裂解炉出来之后应立即进行 处理，然后再净化。 18、工业上烃类裂解乙烯的过程主要有： 、 、 。 19、乙烯收率与原料烃的族组成的关系为： 。 二、简答题（每题10分，共60分）

1、绘出天然气为原料合成氨的方块流程图

2、二氧化硫催化氧化时，如果采用四段绝热中间换热式转化器，请在转化率—温度图上绘出转化过程的绝热操作线及冷却线。

3、氨合成的工艺条件如何选择？

4、简述氨碱法制纯碱包括哪些过程？

5、比较甲烷蒸汽转化、一氧化碳变换、氨的合成、二氧化硫氧化所采用催化剂的情况。

6、绘出深冷分离流程方块示意图 三、计算题（10分）

原料乙烷进料1000kg/h，反应掉乙烷量700kg/h，得乙烯500 kg/h，，求反应的转化率、 选择性和收率。

《化工工艺学》试题五

一、填空题（20分, 每空2分）

1. 化工生产过程一般可概括为 、 和产品分离及精制三大步骤。 2. 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 、 、和 三个阶段。

3．由反应方程式CH4+H2O=CO+3H2表示的反应，常被称为 反应。 4．平衡氨浓度与温度、压力、氢氮比和惰性气体浓度有关。当温度 ，或压力 时，都能使平衡氨浓度增大。

5. 反应器特别适用于有串联式深度氧化副反应的反应过程，可抑制串联副反应的发生， 反应器比较适合用于深度氧化产物主要来自平行副反应，且主、副反应的活化能相差甚大的场合。。 二、选择题（共20分，每题2分）

1. 下列哪个过程属于对石油的一次加工：

A．烃类热裂解；B. 催化重整；C. 催化裂化；D.常压蒸馏和减压蒸馏 2．各族烃类的裂解反应难易顺序为：

A. 正烷烃>异烷烃>环烷烃>芳烃 B. 正烷烃<异烷烃<环烷烃<芳烃 C. 环烷烃>芳烃>正烷烃>异烷烃 D. 环烷烃<芳烃<正烷烃<异烷烃 3. 下列可用来评价裂解原料性质的指标为: A. 转化率； B. 氢含量; C. 选择性; D. 氢碳比; 4. 对于天燃气水蒸汽转化反应,下列说法正确的为:

A. 水蒸气转化反应是吸热的可逆反应; B. 低温对转化反应平衡有利; C. 高压有利于转化反应平衡; D. 低水碳比有利于转化反应； 5. 对CO变换反应，下列说法正确的是：

A. 高温和高水碳比有利于平衡右移； B. 变换反应是可逆放热反应； C. 变换过程采用单反应器； D. 压力对平衡和反应速度都无影响； 6. 合成氨反应是：

A. 可逆放热反应 B. 放热反应 C. 可逆吸热反应 D. 吸热反应

7. 保持强放热的氧化反应能稳定进行的关键是:

A.合理选择载热体和载热体的温度控制. B.控制好单程转化率. C.控制好原料的配比. D.控制好适宜的空速.

8. 乙烯环氧化制环氧乙烷工艺的催化剂的活性组分是： A. Cu B. Ag C.三氧化二铝 D. Fe

9. 丙烯氨氧化制丙烯腈工艺流程回收部分设置急冷器, 是为了

A.冷却反应后物料. B.除去反应后物料中未反应的氨同时使其冷却. C.除去反应后物料中未反应的氨. D.防止丙烯腈, HCN等副产物聚合.

10. 乙烯氧氯化双组分催化剂中的KCl可视为:

A. 活性组分之一 B. 助催化剂 C. 抑制剂 D. 氧化促进剂 三、判断对错.(对的在括号内划√, 错的划×)（共10分，每题2分）

1．通过CO变换可产生更多氢气和降低CO含量。（ ） 2．对烃类的裂解过程，要求高温，高压，低停留时间（ ） 3．吸热反应是热力学上不利的反应。（ ）

4．用于氨合成的熔铁催化剂，使用前必须升温还原活化。（ ） 5．醋酸铜氨溶液精制合成氨用合成气是工业上应用最广泛的方法，增加高价铜浓度能增加铜液的吸收能力。（ ） 四、简要回答下列各题.（共30分，每题6分）

1．常采用哪些方法对合成气精制？这些方法各有何优缺点。 2. 裂解气为何脱炔，如何脱炔？ 3．乙烯环氧化的主、付反应如何？

4．在氧化反应过程中，致稳气有何作用？

5. 结合你所学的工艺知识，谈谈水在化工生产中的作用？ 五、参考有关工艺流程图，简要回答问题（20分）

附图为以天然气为原料的日产千吨的大型合成氨厂的转化工段流程图。请参考此流程图回答下列问题：

1.1#设备的作用是什么？ 2. 2#设备的作用是什么？ 3.此工艺为何要设置二段转化？

4.为何要向二段转化器中引入经预热至450℃左右的空气？ 5.此工艺的压力为何选3MPa？

附图：天然气一水蒸气转化工艺流程示意图

l—钴钼加氢脱硫器；2一氧化锌脱硫罐；3——段炉对流段；4_--段炉辐射段；5一二段转化炉；6一第一废热锅炉；７—第二废热锅炉；８—汽包；9—辅助锅炉；10—排风机；11一烟囱

《化工工艺学》试题六

三、 填空题（本题共35分，每空1分，共35空） 1、合成氨原料构成从以 为主转移到以 和 为主。

2、煤气化因采用不同的气化剂，可以生产几种不同用途的工业煤气： ；

； ； 。

3、甲烷蒸汽二段转化的目的：

； 。

4、一氧化碳高变催化剂是以 为主体，以 为主要添加物的多成分铁-铬系催化剂。 5、脱硫方法分为干法脱硫和湿法脱硫，湿法脱硫按其作用原理可分为 ； ； 。

6、二氧化碳既是氨合成 的毒物，又是制造 ； 等氮肥的重要原料。 7、氨是铜氨液中的主要组分，它以 ； ； 三种形式存在。 8、合成尿素反应为： 。

9、提高平衡氨含量的途径有： ； ； ； 。

10、接触法制造硫酸生产过程包含有三个基本工序： ； ； 。 11、硫铁矿在氧较充足的条件下，其焙烧反应方程式为 。 12、SO2催化氧化所用催化剂为： 。

13、为了降低尾气中SO2的含量，提高硫的利用率，对SO2的转化工艺进行了改进，最有效的技术

是 。

14、生产纯碱最重要的方法为 、 和天然碱加工。 15、氨碱法制碱过程中，碳酸化所需的CO2主要来源于 。 16、裂解气从裂解炉出来之后应立即进行 处理，然后再净化。 二、简答题（本题共45分，每题9分，共5题） 1、 请绘出以硫铁矿为原料生产硫酸的方块流程图。

2、不论是氨的合成还是裂解气的分离，都要进行压缩，而且采用的是多级压缩，为什么？

3、联合法制碱包括哪两个过程？绘出其原则流程图？ 4、简述天然气为原料进行蒸汽转化的工艺条件。

5、简述甲烷蒸汽转化过程中防止炭黑的生成条件及消除炭黑的方法。 三、计算题（20分，每小题10分）

1、某一氯碱工厂的电解车间，采用隔膜法电解食盐水溶液，共有40台电解槽，通电电流为10000A/台，求该厂每天理论上可生产多少NaOH 、Cl2、 H2 ？

2、管式裂解炉原料乙烷进料1000kg/h，反应掉乙烷量700kg/h，得乙烯400 kg/h，，求反应的转化率、选择性和收率。

《化工工艺学》试题七

四、 填空题（本题共35分，每空1分，共35空） 1、氨的生产方法有 和 。

2、工业实践证明，煤气化操作采用三高一短，即 、 、

、 的经验是行之有效的。

3、CO变换所用催化剂分为 、 和宽温耐硫变换催化剂。

4、脱硫方法分为干法脱硫和湿法脱硫，其中低温甲醇洗涤法属于 。干法脱硫中 最典型的方法是 。

5、铜铵液吸收法中，所采用的再生装置中三个塔从上到下的正确位置是： 、

、 。

6、氨合成反应过程由气固相催化反应过程的 、 和 等一系列连续步骤组成。 7、尿素合成条件下可能发生的副反应有三个： 、 和 。 8、合成尿素反应为 。

9、SO2炉气干燥所采用的干燥剂为 。 10、硫酸的生产方法主要有 和 两种方法。

11、纯碱的分子式为Na2CO3，倍半碱的分子式为 ，洁碱的分子式为： 。 12、联合法制碱过程中，碳酸化所需的CO2主要来源于 。 13、苛化法制烧碱的原理为： 。 14、芳烃的脱烷基化有： 、 、 和 。

15、裂解气从裂解炉出来之后应立即进行 处理，然后再净化。 16、工业上烃类裂解乙烯的过程主要有： 、 、 。 二、简答题（本题共45分，每小题9分，共5题） 1、 绘出天然气为原料合成氨的方块流程图

2、简述甲烷蒸汽转化过程中防止炭黑的生成条件及消除炭黑的方法。 3、氨合成的工艺条件如何选择？ 4、简述氨碱法制纯碱包括哪些过程？

5、比较甲烷蒸汽转化、一氧化碳变换、氨的合成、二氧化硫氧化所采用催化剂的情况。 三、计算题（20分，每小题10分）

1、某一氯碱工厂的电解车间，采用隔膜法电解食盐水溶液，共有40台电解槽，通电电流为10000A/台，求该厂每天理论上可生产多少NaOH 、Cl2、 H2 ？

2、管式裂解炉原料乙烷进料1000kg/h，反应掉乙烷量600kg/h，得乙烯340 kg/h，，求反应的转化率、选择性和收率。

《化工工艺学》试题一答案

一、填空题（本题共20分，共10小题，每题各2分）

1、CH4?C?2H2；2CO?C?CO2；CO?H2?C?H2O；CH4?C?2H2 2、空气煤气；水煤气；混合煤气；半水煤气 3、吸附态水；化学键态水 4、铜锌铝系；铜锌铬系 5、湿法脱硫；干法脱硫 6、催化剂筐；热交换器

7、2NH3 (g)+CO2 (g)=NH4COONH2 (l)；NH4COONH2 (l)＝NH2CONH2 (l)+H2O (l) 8、As<0.05%；C<1%；Pb<0.6%；F<0.05% 9、稳定的矿石组成；稳定的投矿量 10、2NaCl+H2O→Cl2↑+H2↑+2NaOH

二、简答题（本题共50分，共5小题，每题各10分） 1、答：

危害：① 炭黑覆盖催化剂的表面，堵塞催化剂的孔道，降低催化剂的活性。 ② 炭黑的生成影响反应器内的传热，致使转化炉管壁局部过热，而缩短其使用

寿命。

③ 炭黑的生成能使催化剂粉碎，增大床层阻力，影响生产能力。 应采取的措施：

① 提高蒸汽比（水碳比）；

② 保持催化剂的活性； ③ 选择适宜的操作条件。 2、答：

① 铁氧化物，含量为80~90%，是催化剂的活性组分；

② 三氧化二铬，含量为3.0~15%，是催化剂的稳定剂，防止催化剂中的铁组分过渡还原；

③ 氧化钾，含量为0.2~0.4%，是催化剂的助剂，能提高催化剂的活性，强度及耐热性。 3、答：

优点：① 转化反应速度快，最终转化率高； ② 能处理SO2含量较高的气体；

③ 能减轻尾气的危害。 缺点：① 热量损失大； ② 阻力大，能耗增加； ③ 流程长，操作复杂。 4、答：

优点：原料便宜；生产过程中氨能循环使用，损失少；能实现大规模连续生产；

易实现机械化和自动化；产品质量高。

缺点：原料利用率低；废液废渣污染严重，不便在内陆建厂；母液中含有大量的

NH4Cl，需加入石灰乳才能使之分解，并通过蒸馏回收氨，设置蒸氨塔消耗大量蒸汽和石灰；流程长，设备庞大，能量消耗大。 5、答：

① 转化率：转化率＝(参加反应的原料量／通过反应器的原料量)×100%； ② 产气率： 产气率＝(气体产物总质量／原料质量)×100%；

③ 选择性：选择性＝(转化为目的产物的原料摩尔数／反应掉的原料摩尔数)×100%；

④ 收率：收率＝(转化为目的产物的原料摩尔数／通过反应器的原料摩尔数)×100%；

⑤ 质量收率：质量收率＝(实际所得目的产物质量／通入反应器的原料质量)×100%

三、计算题（本题共30分，共2小题，每题各15分） 1、解：CO变换的方程式为：CO+H2O→CO2+H2

设：在变换过程中干基原料气的物质的量为1mol，CO的转化率为x，由假设

及题意可得：当反应到平衡时，CO转化的物质的量为y1?xmol，而生成的CO2和H2的物质的量分别为y1?xmol和y1?xmol，则平衡时变换气的物质的量为：

1?y1?x?y1?x?y1?x?1?y1?x(mol)

平衡时CO物质的量为：(1?y1?x)?y2 由CO物质的量的守恒则有：

初始CO的物质的量＝转化的CO的物质的量+未转化的CO的物质的量，即有： y1?1?y1?x?(1?y1?x)?y2

x?y1?y2?100%y1?y1?y2

整理得：

2、解：电能效率=(W理/W实)×100% =(I理×V理)/ (I实×V实) ×100% =(I理/I实)×(V理/V实) ×100% =95%×(2.171/3.35) ×100% =61.65%

在电解过程中的电能的效率为61.65％

《化工工艺学》试题二答案

一、填空题（本题共20分，共10小题，每题各2分） 1、0.5%；2.8~3.1 2、降压减量；提高水碳比 3、温度；加热速率 4、蓄热法；富氧空气气化法 5、Cu(NH3)2+

6、CO+3H2=CH4+H2O；CO2+3H2=CH4+2H2O；2CO＝C+CO2；Ni+4CO＝Ni(CO)4 7、抑制缩二脲的生成；降低物系介质的腐蚀性 8、焙烧；转化

9、氨碱法；天然碱加工

10、纤维素；半纤维素；淀粉；糖类

二、简答题（本题共50分，共5小题，每题各10分） 1、答：

主反应：CH4?H2O?CO?3H2； CH4?2H2O?CO?4H2；

CH4?CO2?2CO?2H2； CH4?2CO2?3CO?H2?H2O； CH4?3CO2?4CO?2H2O； CO?H2O?CO2?H2

副反应：CH4?C?2H2； 2CO?CO2?C； CO?H2?C?H2O

2、答：

① 可以节省压缩功消耗； ② 提高过量蒸汽余热的利用价值；

③ 可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。 3、答： 湿法脱硫：

吸收速度或化学反应速度快，硫容量大，适合于高硫含量的原料气，脱硫液再生方便，可循环使用，还可回收硫黄，但脱硫精度不高。 干法脱硫：

使用固体脱硫剂，脱硫精高，可将硫化物脱至0.1~0.5cm3/m3，但脱硫设备机组庞大，更换脱硫剂工作笨重，再生能耗大，仅适用于脱除低硫或微量硫。 4、答： 优点：

① 可脱除多种杂质：H2S、CO2、COS、CS2、RSH、C4H4S、HCN、NH3和NO，同时还有脱水作用，使气体得到干燥，有用的组分在甲醇的再生过程中得到回收。

② 净化程度高：总硫可降到0.1ppm以下； CO2可降到10ppm以下。

③ 可选择性脱除H2S和CO2，并可分别加以回收利用。

④ 甲醇热稳定性和化学稳定性好，不会被降解，不腐蚀设备管道，便宜，易获得，可大量生产。

⑤ 可与液氮脱除CO、CH4联合使用，工艺更加合理，能节省投资和动力消耗。 缺点：

① 甲醇有毒，对设备管道安装要求非常严格。 ② 工艺流程长，再生过程比较复杂。 5、答：

① 尿素水解反应：NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2； ② 缩合反应：2 NH2CONH2＝NH2CONH2+NH3；

③ 异构反应：NH2CONH2＝NH4NCO，NH4NCO＝NH3+HNCO 三、计算题（本题共30分，共2小题，每题各15分）

1、解：

CO变换的方程式为：CO+H2O→CO2+H2

设：在变换过程中干基原料气的物质的量为1mol，CO的转化率为x，由假设及题意可得：

当反应到平衡时，CO转化的物质的量为y1?xmol，而生成的CO2和H2的物质的量分别为y1?xmol和y1?xmol，则平衡时变换气的物质的量为：

1?y1?x?y1?x?y1?x?1?y1?x(mol)

平衡时CO物质的量为：(1?y1?x)?y2 由CO物质的量的守恒则有：

初始CO的物质的量＝转化的CO的物质的量+未转化的CO的物质的量，即有：

y1?1?y1?x?(1?y1?x)?y2

x?整理得：2、解：

y1?y2?100%y1?y1?y2

电能效率=(W理/W实)×100% =(I理×V理)/ (I实×V实) ×100% =(I理/I实)×(V理/V实) ×100% =95%×(2.171/3.35) ×100% =61.65%

在电解过程中的电能的效率为61.65％

《化工工艺学》试题三答案

一、填空题（本题共30分，每空1分，共30空）

1、造气、净化、压缩与合成 2、残余CH4＜0.5%、（H2+CO）/ N2 =2.8~3.1 3、CH4?H2O?CO?3H2；CO?H2O?CO2?H2。4、Ni、Al2O3 5、湿法脱硫、氧化锌脱硫 6、对流段、辐射段 7、高温、 高压 8、CO2?2NH3?NH2CONH2?H2O 9、硫铁矿

10、4FeS2?11O2?2Fe2O3?8SO2 11、酸洗流程

12、钒催化剂 13、两次转化两次吸收 14、氨碱法、联合制碱法 15、石灰石煅烧

16、2NaCl?2H2O?2NaOH?Cl2??H2?

17、乙烯 18、高温、停留时间短、低烃分压 19、急冷 二、简答题（本题共60分，每题10分，共6题） 答案要点： 1、

FeS2

As、Se、 2、 Pb、SiF4 空气或O2 焙烧 SO2炉气 烧渣 降温 SO2炉气 杂质 炉气 酸雾 O2 转化 浓硫酸 除尘 净化 干燥 烧渣 硫酸 杂质 SO2 产品硫酸 吸收 气体净化系统——脱酸性气体、脱水、脱炔、脱一氧化碳。 压缩和冷冻系统——加压降温。

精馏分离系统——精馏塔、分离甲烷、乙烯、丙烯、C4馏分及C5馏分。 3、（1）氨合成与烃类裂解都需要在高压下进行。

（2）压缩机压缩功与压缩比的对数成正比，在压缩过程中绝热压缩功耗最大，温升最大，等温压缩功耗最低，当压缩比太大时，绝热压缩温升可能超过润滑油闪点，造成压缩机摩擦损耗和功耗增加。因此需要采用多段压缩，目的是尽可能接近等温压缩。

4、（1）制碱过程NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3↓+ NH4Cl （2）从母液中将氯化铵结晶出来：NH3 + HCO3－→ NH4+ + CO32－ NH3 + HCO3－ → NH2COO－ + H2O

原则流程图：

NH3 CO2 NaCl 氨母液Ⅱ 母液Ⅱ 吸 氨 加 盐 碳酸化 Ⅰ过程 过 滤 NaHCO3去煅烧

Ⅱ过程 过 滤 冷却加盐 碳酸化 氨母液Ⅰ 吸 氨

5、

压力：热力学上，降压有利，但是实际采用加压操作，可以节省压缩功消耗；可

以提高蒸汽余热利用价值；可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。3.5~4.0Mpa。

温度：升温在热力学和动力学上都有利，但受反应管寿命限制，温度不能太高，

具体与操作压力大小有关。一段炉1.8Mpa，出口温度约760℃3.2Mpa，出口温度约800℃二段炉：确保出口甲烷低于0.5%。出口温度需达1000℃以上。 水蒸汽与甲烷的摩尔比m：提高水碳比，可以提高甲烷的转化率；此外还可抑制

付反应即析碳反应的发生。但是过高，从经济上不合理；而且还会增大系统阻力、增加动力消耗；增加辐射段的热负荷，一般水碳比选择为2.5~3.5。 空间速度：越大，催化剂用量越少，其大小的选择由设备尺寸，催化剂的颗粒大

小以及操作压力等因素综合决定。 6、略

三、计算题（10分）

转化率：70%，选择性：89.8%，收率：62.86%

《化工工艺学》试题四答案

一、填空题（本题共30分，每空1分，共30空）

1、氰化法、直接合成法 2、残余CH4＜0.5%；（H2+CO）/ N2 =2.8~3.1 3、低温变换催化剂 、高温变换催化剂 4、碳酸氢铵 5、回流塔、还原器、再生器

6、顶部烧嘴炉、侧壁烧嘴炉 7、绝热式 8、CO2?2NH3?NH2CONH2?H2O

9、沸腾焙烧 10、3FeS2?8O2?Fe3O4?6SO2

11、93~95%的浓硫酸 12、硝化法、接触法 13、NaHCO3 14、合成氨系统 15、Na2CO3?Ca(OH)2?CaCO3??2NaOH 16、石油、天然气 、生物质 17、急冷

18、热裂解、裂解气预处理、裂解气分离 19、P＞N＞A 二、简答题（本题共60分，每题10分，共6题） 答案要点： 1、 2、

3、答案要点：

温度：400~500℃； T X 氨 未反应的氢、氮气 甲 烷 化 二氧化碳 脱 碳 低温变换 高温变换 空气 压 缩 二段转化 蒸汽 一段转化 天然气 压 缩 脱 硫 压 缩 合 成 分 离

压力：中小型厂20~32Mpa； 空间速度：根据压力来确定；

进塔气体组成：氢氮比约3；惰性气体：根据新鲜原料气中量来确定；初始氨含量：越低越好，具体量由氨分离方法确定。水吸收可低于0.5%。 4、

盐水制备、石灰石煅烧、吸氨、碳酸化、过滤、煅烧、氨回收。 5、

过程 项目 主要成分 活性成分 载体 NiO2 Ni 耐火材料烧结型Al2O3 MgO / ＞500 甲烷转化 高变 Fe2O3 Fe3O4 主要成分 Cr2O3、K2O 350~400 低变 CuO Cu / Fe3O4 Fe 铁Al2O3 Al2O3、K2O SiO2、CaO 500左右 CO变换 氨合成 SO2催化氧化 V2O5 V2O5 硅铝酸钙 助催化剂 活性温度范围℃ Cr2O3、ZnO 180~250 K2SO4 450~600 6、

三、计算题（10分）

转化率：70%，选择性：76.5%，收率：53.55%

《化工工艺学》试题五答 案

一、填空题（共20分,每空2分）

1、原料预处理、化学反应

2、链引发反应、链增长反应、链终止反应 3、天然气蒸汽转化反应 4、降低、提高 5、固定床、硫化床

二、选择题（本题共20分，每题2分）

1、D 2、A 3、D 4、A 5、B 6、A 7、C 8、C 9、D 10、C 三、判断题（本题共10分，每题2分）

1、√ 2、× 3、× 4、√ 5、×

四、简要回答下列各题.（共30分，每题6分） 1、答：

精制合成气的方法有铜氨液吸收法，甲烷化法，液氮洗涤法三种。三种精制方法比较，铜氨液精制法需建立一套加压铜氨液吸收塔及再生系统，设备投资增大管理复杂；甲烷化转化法只需增加一套甲烷化反应装置和催化剂，设备虽然简单，但消耗了合成气中的氢气，除了采用低温变换反应外，最好增加一套一氧化碳选择氧化反应器，以便进一步降低一氧化碳残余含量；液氮洗涤法需有空分装置，如果已具备此条件，只需增加一套高效热交换器和液氮洗涤泡罩塔。 2、答：

乙烯和丙烯产品中所含炔烃对乙烯和丙烯衍生物生产过程带来麻烦。它们可能影响催化剂寿命，恶化产品质量，形成不安全因素，产生不希望的副产品。常采用脱除乙炔的方法是溶剂吸收法和催化加氢法。溶剂吸收法是使用溶剂吸收裂解气中的乙炔以达到净化目的，同时也回收一定量的乙炔。催化加氢法是将裂解气中乙炔加氢成为乙烯或乙烷，由此达到脱除乙炔的目的。溶剂吸收法和催化加氢法各有优缺点。 3、答：

主反应：平行副反应：

串联副反应：

二氧化碳和水主要由乙烯直接氧化生成，反应的选择性主要取决于平行副反应的竞争，环氧乙烷串联副反应是次要的。

4、答：致稳气是惰性的，能减小混合气的爆炸限，增加体系安全性；具有较高的比热容，能有效地移出部分反应热，增加体系稳定性。 5、略

五、参考有关工艺流程图，简要回答问题（共20分） 答案要点：

1、1#设备的作用是将有机硫转化为无机硫。

2、2#设备的作用是用氧化锌干法脱硫法脱除天然气中的无机硫。

3、一段生产无法达到对天然气转化的要求：残余甲烷含量低于0.5%，H2/N2 = 3/1。二段转化可以满足上述要求，同时还可以提供后续合成所需氮气。

4、降低二段转化的热负荷，提高二段转化催化剂的利用率。

5、有三大优点：可以节省压缩功消耗；提高过量蒸汽余热的利用价值；可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。

《化工工艺学》试题六答案

一、填空题（本题共35分，每空1分，共35空） 1、固体燃料、气体燃料、液体燃料 2、空气煤气、水煤气、混合煤气、半水煤气

3、将一段转化气中的甲烷进一步转化、加入空气提供氨合成需要的氮，同时燃烧一部分转化气而实现内部给热。

4、Fe2O3、Cr2O3 5、物理法、化学法、物理-化学法 6、催化剂、尿素、碳酸氢铵 7、络合氨、固定氨、游离氨 8、CO2?2NH3?NH2CONH2?H2O 9、降低温度、提高压力、保持氢氮比为3左右、减少惰性气体含量

10、焙烧、转化、吸收 11、4FeS2?11O2?2Fe2O3?8SO2 12、钒催化剂 13、两次转化两次吸收 14、氨碱法、联合制碱法 15、石灰石煅烧 16、急冷 二、简答题（本题共45分，每小题9分，共5题）

答案要点：

产品硫酸 2、（1）氨合成与烃类裂解都需要在高压下进行。

吸收 杂质 FeS2 As、Se、 Pb、SiF4

焙烧 SO2炉气 烧渣 除尘 SO2炉气 杂质 净化 炉气 酸雾 干燥 空气或O2

降温

浓硫酸

烧渣 硫酸 O2 SO2 转化 （2）压缩机压缩功与压缩比的对数成正比，在压缩过程中绝热压缩功耗最大，温升最大，等温压缩功耗最低，当压缩比太大时，绝热压缩温升可能超过润滑油闪点，造成压缩机摩擦损耗和功耗增加。因此需要采用多段压缩，目的是尽可能接近等温压缩。 3、（1）制碱过程NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3↓+ NH4Cl （2）从母液中将氯化铵结晶出来：NH3 + HCO3→ NH4+ + CO32

－－ NH3 + HCO3 → NH2COO + H2O

－－原则流程图：

NH3

Ⅰ过程 母液Ⅱ 吸 氨 氨母液Ⅱ NaCl CO2 加 盐 碳酸化 过 滤 NaHCO3去煅烧 Ⅱ过程

NH4Cl去干燥 过 滤 冷却加盐 碳酸化 氨母液Ⅰ 吸 氨 母液Ⅰ

4、

压力：热力学上，降压有利，但是实际采用加压操作，可以节省压缩功消耗；可以提高蒸汽余热利用价值；可以降低原料气制备与净化系统的设备投资。压力通常为3.5~4.0Mpa。

温度：升温在热力学和动力学上都有利，但受反应管寿命限制，温度不能太高，具体与操作压力大小有关。一段炉1.8Mpa，出口温度约760℃3.2Mpa，出口温度约800℃二段炉：确保出口甲烷低于0.5%。出口温度需达1000℃以上。

水蒸汽与甲烷的摩尔比m：提高水碳比，可以提高甲烷的转化率；此外还可抑制付反应即析碳反应的发生。但是过高，从经济上不合理；而且还会增大系统阻力、增加动力消耗；增加辐射段的热负荷，一般水碳比选择为2.5~3.5。

空间速度：越大，催化剂用量越少，其大小的选择由设备尺寸，催化剂的颗粒大小以及操作压力等因素综合决定。

5、①应使转化过程不在热力学析炭的条件下进行，也就是说，需要把水蒸气用量提高到大

于理论最小水炭比，这是保证不会有炭黑生成的前提。

②选用适宜的催化剂并保持活性良好，以避免进入动力学可能析炭区。 ③选择适宜的操作条件： ④检查转化管内是否有炭沉积。

⑤当析炭较轻时，可采取降压、减量，提高水炭比的办法将其除去。当析炭较重时，可采用蒸汽除炭。

三、计算题（20分，每小题10分）

1、解：

NaOH的产量：G1 = 1.492 × 10000 × 24 × 40 / 10 = 14.32 (t)

6

Cl2的产量： G2 = 1.323 × 10000 × 24 × 40 / 10 = 12.7 (t) H2的产量： G3 = 0.0376 × 10000 × 24 × 40 / 10 = 0.36 (t) 2、解：按反应 C2H6 ——→ C2H4 + H2

转化率 = （700/1000）×100% = 70% 目的产物摩尔数 = 400/28 = 14.28 mol 反应掉原料摩尔数 = 700/30 = 23.33mol 选择性 = （14.28/23.33）×100% = 61.22%

收率 = 转化率 × 选择性 = 70% × 61.22% = 42.85%

6

6

《化工工艺学》试题七答案

一、填空题（本题共35分，每空1分，共35空）

1、氰化法、直接合成法 2、高炉温、高风量、高炭层、短循环 3、低温变换催化剂 、高温变换催化剂 4、湿法脱硫、氧化锌脱硫5、回流塔、还原器、再生器 6、外扩散、内扩散、化学反应动力学

7、尿素的水解、缩合、异构化 8、CO2?2NH3?NH2CONH2?H2O 9、93~95%的浓硫酸 10、硝化法、接触法 11、NaHCO3、 Na2CO3·NaHCO3·2H2O

12、合成氨系统 13、Na2CO3?Ca(OH)2?CaCO3??2NaOH

14、催化、催化氧化、加氢、水蒸气 15、急冷 16、热裂解、裂解气预处理、裂解气分离

二、简答题（本题共45分，每小题9分，共5题）

答案要点：

1、 天然气 压 缩 脱 硫 蒸汽 一段转化

空气 压 缩 二段转化 高温变换 低温变换 二氧化碳 脱 碳 甲 烷 化

未反应的氢、氮气

压 缩

氨 分 离 合 成

2、①应使转化过程不在热力学析炭的条件下进行，也就是说，需要把水蒸气用量提高到大

于理论最小水炭比，这是保证不会有炭黑生成的前提。

②选用适宜的催化剂并保持活性良好，以避免进入动力学可能析炭区。 ③选择适宜的操作条件： ④检查转化管内是否有炭沉积。

⑤当析炭较轻时，可采取降压、减量，提高水炭比的办法将其除去。当析炭较重时，可采用蒸汽除炭。

3、答案要点：温度：400~500℃；压力：中小型厂20~32Mpa；空间速度：根据压力来确定；进塔气体组成：氢氮比约3；惰性气体：根据新鲜原料气中量来确定；初始氨含量：越低越好，具体量由氨分离方法确定。水吸收可低于0.5%。 4、盐水制备、石灰石煅烧、吸氨、碳酸化、过滤、煅烧、氨回收。

5、

过程 项目 主要成分 活性成分 载体 NiO2 Ni 耐火材料烧结型Al2O3 MgO / ＞500 甲烷转化 高变 Fe2O3 Fe3O4 主要成分 Cr2O3、K2O 350~400 低变 CuO Cu / Fe3O4 Fe 铁Al2O3 Al2O3、K2O SiO2、CaO 500左右 CO变换 氨合成 SO2催化氧化 V2O5 V2O5 硅铝酸钙 助催化剂 活性温度范围℃ Cr2O3、ZnO 180~250 K2SO4 450~600 三、计算题（20分，每小题10分）

1、解：

NaOH的产量：G1 = 1.492 × 10000 × 24 × 40 / 10 = 14.32 (t) Cl2的产量： G2 = 1.323 × 10000 × 24 × 40 / 10 = 12.7 (t) H2的产量： G3 = 0.0376 × 10000 × 24 × 40 / 10 = 0.36 (t) 2、解：按反应 C2H6 ——→ C2H4 + H2

转化率 = （600/1000）×100% = 60% 目的产物摩尔数 = 340/28 = 12.143 mol 反应掉原料摩尔数 = 600/30 = 20mol 选择性 = （12.43/20）×100% = 60.7%

收率 = 转化率 × 选择性 = 60% × 60.7% = 36.42%

666

《化学工艺学》考查课期末试题

班级：08化工（1）班 学号：08003028 姓名： 李 强

1. 现代化学工业的特点是什么？

答：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、精细化发展；3、多学科合作、技术密集型生产；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、安全与环境保护问题日益突出。

2.什么是转化率？什么是选择性？对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？

答：1、转化率：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。定义式为X=某一反应物的转化量/该反应物的起始量 对于循环式流程转化率有单程转化率和全程转化率之分。 单程转化率：系指原料每次通过反应器的转化率

XA= 组分A在反应器中的转化量/反应器进口物料中组分A的量 =组分A在反应器中的转化量/新鲜原料中组分A的量+循环物料中组分A的量 全程转化率：系指新鲜原料进入反应系统到离开该系统所达到的转化率 XA, tot=组分A在反应器中的转化量/新鲜原料中组分A的量

2、选择性：用来评价反应过程的效率。选择性系指体系中转化成目的产物的某反应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，

定义式S=转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的转化总量 或S=实际所得的目的产物量/按某反应物的转化总量计算应得到的目的产物理论量

3、因为对于复杂反应体系，同时存在着生成目的产物的主反应和生成副产物的许多副反应，只用转化率来衡量是不够的。因为，尽管有的反应体系原料转化率很高，但大多数转变成副产物，目的产物很少，意味着许多原料浪费了。所以，需要用选择性这个指标来评价反应过程的效率。

3. 催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？

答：1、基本特征包括：催化剂是参与了反应的，但反应终止时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化，因此催化剂在生成过程中可以在较长时间内使用；催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速反应），但不能改变平衡；催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。

2、作用：提高反应速率和选择性；改进操作条件；催化剂有助于开发新的反应

过程；发展新的化工技术；催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。 3、应该注意以下三点：Ⅰ、活性 系指在给定温度下、压力和反应物流量下，催化剂使原料转化的能力，活性越高则原料的转化率越高。Ⅱ、选择性 系指反应所消耗的原料中有多少转化为目的产物，选择性越高，生产单位量目的产物的原料消耗定额越低，也越有利于产物的后处理。Ⅲ、寿命 系指其使用期限的长短，寿命表征生产单位量产品所消耗的催化剂量，或在满足生产要求的技术水平上催化剂能使用的时间长短。

4. 烃类热裂解反应为什么不允许在负压下操作？

答：由于裂解是在高温下操作的，不宜与用抽真空减压的方法降低烃分压，这是因为高温密封困难，一旦空气漏入负压操作的裂解系统，与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险，而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利，要增加能量消耗。

5. 简述芳烃的主要来源及主要生产过程？

答：1、主要来源 芳烃最初全部来源于煤焦化工业。后来由于有机合成工业的迅速发展，煤焦化得到的芳烃不能满足需求。许多工业发达国家开始发展以石油为原料生产石油芳烃，以弥补不足。石油芳烃发展至今，已成为芳烃的主要来源。石油芳烃主要来源于石脑油重整生成油及烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油。 2、主要生产过程 Ⅰ、焦化芳烃生产 在高温作用下，煤在焦炉碳化室内进行干馏时，煤质发生一系列的物理化学变化生成焦炭和粗煤气。粗煤气经初冷、脱氨、脱萘、终冷后，进行粗苯回收Ⅱ、石油芳烃生产 以石脑油和裂解汽油为原料生产芳烃的过程可分为反应、分离和转化三个部分。反应包括催化重整生产芳烃、裂解汽油生产芳烃、轻烃芳构化与重芳烃的轻质化。分离包括溶剂萃取、萃取蒸镏。芳烃的转化包括芳烃转化反应的化学过程（主要有异构化、歧化与烷基转移、烷基化和脱烷基化等几类反应）和催化剂的选择和使用。

6. 由渣油制合成气过程包括哪些类型？渣油气化的主要设备是什么，有何结构特点？

答：1、渣油制合成气过程包括部分氧化法和蓄热炉深度裂解法两种类型。 2、渣油气化的主要设备是气化炉。部分氧化法气化炉型式为受限射流反应器，外形为圆形钢桶，内部结构有两类：与急冷流程配套的气化炉内部主要构件有喷嘴、气化室和冷激室；与废热锅炉流程配套的气化炉则只有喷嘴和气化室。喷嘴是气化炉的核心，它有两种功能：一是雾化作用；二是形成合适的流场，加速热、质传递。喷嘴为套管式结构。气化室为一空桶，使出口端流体接近平推流状况，以减少停留时间短，物料所占的百分率。

7. 氧化碳加氢合成甲醇的工艺中，为什么要采用氢气过量及加入一定量的二氧化碳？

答：氢气过量可提高反应速率，降低副反应的生成，而且氢气的热导率大，有利于反应热的导出，易于反应温度的控制。通入一定量的二氧化碳，可以减少反应热量的放出，利于床测温度控制，同时还能抑制二甲醚的生成;

（2）催化剂：α—Fe-Al2O3-MgO-K2O-CaO-SiO2 （3）反应压力：15MPa。 （4）反应温度：390~520℃。 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：5~10MPa。 （4）反应温度：230~270℃。 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：600~630℃ 8. 正丁烯氧化脱氢制丁二烯

（1）化学反应：n-C4H8 + 1/2O2 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

（4）反应温度：327~547℃

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：160~180℃。

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： 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：

12CuCl ＋ O2 ＋ 2HCl 2CuCl2 ＋ H2O

2（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？

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：0.8~1.2。 （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）说明管式裂解炉辐射段的作用。

（2）说明Lummus SRT-Ⅲ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-Ⅲ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-Ⅲ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-Ⅲ型裂解炉管的材质HP-40（Cr25Ni35），该炉管管壁耐温

温度为1100~1150℃。

（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（0.01~0.1s）将裂解气由约800℃下降至550~600℃，并副产8.7~12MPa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。 （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：

① 裂解炉辐射盘管管壁温度超过设计规定值； ② 裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值。

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： ① 急冷换热器出口温度超过设计值； ② 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） 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

要还原，将Fe3O4用氢气还原为α-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？

（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3~5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？ 答：

（1） 反应温度（1分）：230~270℃。 （2） 反应压力：5~10MPa。 （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：

CO?2H2?CH3OH CO2?3H2?CH3OH?H2O

副反应（4分）：

2CO?4H2?(CH3)2O?H2O CO?3H2?CH4?H2O 4CO?8H2?C4H9OH?3H2O CO2?H2?CO?H2O

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Fe(CO)5。

（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3~5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=7~9，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） 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。

（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%。 （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？ 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380~400℃，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800~820℃。

（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α—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：

（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：327~547℃。 （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60~90℃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：160~180℃，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160~180℃。

（4） 反应的乙炔与氯化氢的摩尔比是1：1.05~1.1。采用氯化氢过量是因为①

氯化氢价格便宜。②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：30~50h-1。

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