化工工学试题与答案

化工工艺学试题（1）

一、填空：（每空1分共10分）

1. 目前工业上对、间二甲苯的分离的工艺方法有低温结晶分离法、络合分离法和模拟移动床吸附法三种。

2. 乙苯催化脱氢合成苯乙烯时脱氢部分常用多管等温型反应器和绝热反应器两种类型反应器。

3、催化加氢反应所用的催化剂以催化剂的形态分有金属催化剂、骨架催化剂、金属氧化物、金属硫化物、金属络合物五种？ 二、简答（每题5分，共90分） 1、煤的干馏和煤的气化的定义。

答：将煤隔绝空气加热，随着温度的升高，煤中有机物逐渐开始分解，其中挥发性物质呈气态逸出，残留下不挥发性产物主是焦炭或半焦，这种加工方法称煤的干馏。煤、焦或半焦在高温常压或加压条件下，与气化剂反应转化为一氧化碳、氢等可燃性气体的过程，称为煤的气化。 2、什么叫烃类热裂解？

答：烃类热裂解法是将石油系烃类原料经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成分子量较小的烯烃、烷烃和其它分子量不同的轻质和重质烃类。

3、烃类热裂解的原料有哪些？

答：天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油 4、烃类热裂解过程有何特点？

答：①强吸热反应，且须在高温下进行；②存在二次反应，为了避免二次反应，

停留时间很短，烃的分压要低；③反应产物是一复杂的混合物，除了气态烃和液态烃外，尚有固态焦的生成。 5、烃类热裂解制乙烯的分离过程中，裂解气为什么要进行压缩？为什么要分段压缩？

答：裂解气中许多组分在常压下都是气体，沸点很底，为了使分离温度不太底，可以适当提高分离压力。多段压缩有如下好处：节省压缩功；段与段中间可以进行降温，避免温度太高引起二烯烃的聚合；段与段中间也可便于进行净化和分离。

6、烃类裂解制乙烯的过程中，为什么要对裂解气进行脱酸性气体？怎样

进行脱除？

答：酸性气体主要是指二氧化碳和硫化氢，另外还含有少量有机硫化物，这些酸性气体过多会对分离过程带来危害：例如硫化氢会腐蚀管道和设备，使加氢脱炔催化剂中毒，使干燥用的分子筛寿命缩短，二氧化碳会结成干冰，会堵塞管道，他们对产物的进一步利用也有危害，所以必须脱除。用碱洗法脱除；酸性气体量多时可以先用乙醇胺脱除，再用碱洗法彻底除去。 7、脱甲烷塔高压法和低压法有何优缺点？

答：低压法分离效果好，乙烯收率高，能量消耗低。低压法也有不利之处，如需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂。高压法的脱甲烷塔顶温度为—96℃左右，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯冷剂即可，比甲烷冷冻系统简单。此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投资和材质要求来看，高压法是有利的；但高压法因乙烯与甲烷相对挥发度接近而不易分离，运行能耗要高于低压法。

8、为了节省能量和简化流程，乙烯塔作了哪两项改进？

答：用中间再沸器的办法来回收冷量；不设第二脱甲烷塔，在乙烯塔塔顶脱甲烷，在精馏段侧线出产品乙烯，一个塔起两个塔的作用。 9、写出在裂解气分离中低压脱甲烷塔的塔顶需要－1400C左右的冷量，说明（或画图说明）如何获得这一级别的冷量？

答：可采用甲烷、乙烯、丙烯三元复迭制冷循环，通过两个复迭换热器，使冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷就可向低于-140℃的冷量用户供冷。 10、 芳烃烷基化反应中，工业生产上无水AlCl3催化剂应该怎样处理才具有活性？

答：纯的无水AlCl3无催化活性，必须有助催化剂HCl或RCl同时存在，使其转化为络合物，工业生产上使用的AlCl3络合物是将无水AlCl3溶于芳烃中，并同时通入HCl（或加入少量水，使少量AlCl3水解产生HCl）配置而成芳烃·H+·AlCl4-的复合体。AlCl3络合物催化剂活性甚高，可使反应在100℃左右进行，还具有使多烷基苯与苯发生烷基转移的作用。但其呈强酸性，对设备、管道具有强腐蚀性。

12、简要回答以苯和乙烯为原料，我们怎样才能合成出苯乙烯。以及苯乙烯在储存时应注意那些事项？

答：包括两步：第一步苯与乙烯烷基化合成乙苯；第二步乙苯催化脱氢合成苯乙烯。因苯乙烯活性高，容易聚合，因此贮存的苯乙烯要放在干燥而清洁的贮槽中，必须加阻聚剂，环境温度不宜高，保持期也不宜过长。 13、炔烃和烯烃在同一催化剂上加氢时，单独加氢和共同加氢时反应速度有何不同，为什么？

答：同一催化剂上当单独加氢是烯烃速度大于炔烃，但当共同加烃时炔烃速度大于烯烃，这是因为共同存在时发生了吸附竞争，乙炔吸附能力最强，大部分活性中心被乙炔所覆盖，所以乙炔加氢速度快。 14、举例说明芳烃之间转化的主要反应有哪几种。

答：异构化反应：歧化反应：烷基化反应：烷基转移反应：脱烷基化反应。

化工工艺学（2）

一、填空：（每空1分，共10分）

1、衡量水质污染程度常用的指标是化学耗氧量和生物耗氧量。 2. 烃类裂解制乙烯时，工业上采用吸附方式对裂解气脱水，用分子筛、活性氧化铝或硅胶作吸附剂。

4、工业上常用的芳烃烷基化的烷基化剂主要有烯烃和卤代烷烃-------两种，另外醇、醛、酮也可作为烷基化剂。 二、简答（每题5分，共90分）

1、 烃类热裂解制乙烯的过程中，管式裂解炉的辐射管为什么用变径管（前细后粗）比用均径管有好处？

答：反应初期用小管径有利于强化传热，使原料迅速升温，缩短停留时间；裂解管后部管径变粗，有利于减小烃分压，减少二次反应，而且也不会因二次反应生成的焦很快堵塞管道，因而延长了操作周期，提高了乙烯收率。 4、工业上苯的来源主要有哪5种？

答：从炼焦副产粗笨中获取，从裂解汽油中获取，从重整汽油中获取，从甲苯岐化获取或甲苯加氢脱甲基获取

5、芳烃脱烷基化有哪几种方法？甲苯脱甲基工业化的是哪一种？

答：①、烷基芳烃催化裂化脱烷基；②、烷基芳烃催化氧化脱烷基；③、 烷基芳烃的加氢脱烷基；④、 烷基苯的水蒸气脱烷基法。甲苯脱甲基工业化的是第③种。

7、工业上获取丁二烯有哪三种方法？目前主要是哪2种？

答：（1）、从烃类热裂解制乙烯的联产物碳四馏分分离得到；（2）、由丁烷或丁烯催化脱氢法制取；（3）、由丁烯氧化脱氢法制取。目前主要是第一和第三种。 8、烃类热裂解制乙烯的过程中，为什么要对裂解气进行脱炔？怎样进行脱除？ 答：

9、应当采取哪些措施，才能使多级循环制冷的能量得到合理利用？

答：(1) 尽可能使各段引出的不同温度的蒸气，作不同温度级位的热剂，供工艺中相应温度级位的热量用户(如再沸器)的需要；(2) 尽可能使各段分出的不同温度的液体，作不同温度级位的冷剂，供工艺中相应温度级位的冷量用户(如冷凝器)之需要；(3) 尽可能组织热交换，把液态冷剂进行过冷，在过冷状态下进行节流膨胀，能多获得供冷的低温液态冷剂，少产生气相冷剂，使节流膨胀后的气化率降低，以提高制冷能力。

11、烃类热裂解过程中为什么常用水蒸气做稀释剂？

答：水蒸气除了能降低烃分压外，还有如下优点：热容大，能稳定炉温，保护炉管；易于分离，便宜易得；可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用；水蒸气在高温下有清焦作用；水蒸气的氧化性使金属表面的铁、镍形成氧化薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用。

12、烃类热裂解制乙烯的过程中，结焦和生炭的机理有何不同？

次反应；一次反应生成的乙烯、丙烯继续反应并转化为炔烃、二烯烃、芳烃直至生碳或结焦的反应成为二次反应。

5. 什么叫停留时间，停留时间对裂解产物分布有何影响？

答：物料从反应开始到达某一转化率时，在反应器中经历的时间叫停留时间。停留时间的选择除与裂解温度有关外，也与裂解原料和裂解工艺技术等有关：在一定的反应温度下，每一种裂解原料，都有它最适宜的停留时间，如裂解原料较重，则停留时间应短一些，原料较轻则可选择稍长一些。 6. 为什么要对裂解气急冷，急冷有哪两种？哪种方式更好？ 答：

7. 管式裂解炉结焦的现象有哪些，如何清焦？

答：裂解炉辐射盘管管壁温度或急冷锅炉出口温度超过规定值；或裂解炉辐射段入口压力增加值或急冷锅炉进出口压差超过规定值。清焦方法有停炉清焦法和不停炉清焦法(也称在线清焦法)。 8. 什么是裂解气深冷分离？

答：裂解气分离是在-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，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的。实际上，此法为冷凝精馏过程。 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。

9. 什么叫前加氢流程？什么叫后加氢流程？各有什么优缺点？

答：前加氢：脱甲烷塔前进行的加氢脱炔。前加氢由于氢气自给，故流程简单，能量消耗低。缺点：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；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：脱甲烷塔后进行的加氢脱炔。后加氢其优点有：一是因为是在脱甲烷塔之后进行，氢气已分出，加氢所用氢气按比例加入，加氢选择性高，乙烯几乎没有损失；二是加氢产品质量稳定，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；三是加氢原料气体中杂质少，催化剂使用周期长，产品纯度也高。不足之处：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的氢脱除，因此，需设第二脱甲烷塔，导致流程复杂，设备费用高。 10.

什么是冷箱，冷箱有什么作用。

答：冷箱是在-100摄氏度~-160摄氏度下操作的低温设备。它的原理是用节流膨胀阀来获得低温，它的用途是依靠低温来回收乙烯，制取富含氢气和富含甲烷的馏分。 11.

写出二甲苯异构化的反应图式和乙苯异构化的反应方程式。

答：二甲苯的异构化图式：

（2分） 乙苯异构化的反应方程式：

12. 答：

（3分）

简单描述变压吸附分离法制取氢气的工艺过程。

13.

氧化脱氢法与催化脱氢法相比有哪些优点。

答：①氧化脱氢反应温度较低。 ②通常脱氢是吸热反应，而氧化脱氢却是放热的，可省去原先的供热设备； ③由于催化剂在较低温度和氧气气氛下工作，结焦极少，所以催化剂可以长期运转；④在通常脱氢反应中，压力对平衡转化率有很大影响，但在氧化脱氢时，压力影响甚微，所以减压或用水蒸气稀释并非一定必要； ⑤由于反应温度较低，有可能让转化率及选择性都获得提高。而在通常的脱氢法中，升高温度转化率可以提高，但选择性因副反应激烈往往是下降的。 14.

以丙烯和乙苯为原料，用哈康法生产环氧丙烷和苯乙烯包括哪几个步

骤？

答：(1) 乙苯液相自氧化制备过氧化氢乙苯 ；(2) 丙烯用过氧化氢乙苯环氧化生成环氧丙烷和α-甲基苯甲醇 （苯乙醇）；(3) α-甲基苯甲醇（苯乙醇）脱水转化为苯乙烯。 15.

乙烯环氧化生产环氧乙烷所用的催化剂是什么？有哪几部分组成？此催

化剂的制备方法有哪两种？

答：工业上使用银催化剂，由活性组分银、载体和助催化剂组成，银催化剂的制备方法有粘接法和浸渍法两种。

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