化學(xué)工藝學(xué)課后習(xí)題及答案

1、第2章化學(xué)工藝基礎(chǔ)章化學(xué)工藝基礎(chǔ)23何謂化工生產(chǎn)工藝流程？舉例說(shuō)明工藝流程是如何組織的？答：化工生產(chǎn)工藝流程——將原料轉(zhuǎn)變成化工產(chǎn)品的工藝流程。教材上有2個(gè)例子。24何謂循環(huán)式工藝流程？它有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：循環(huán)流程的特點(diǎn)：未反應(yīng)的反應(yīng)物從產(chǎn)物中分離出來(lái)，再返回反應(yīng)器。循環(huán)流程的優(yōu)點(diǎn)：能顯著地提高原料利用率，減少系統(tǒng)排放量，降低了原料消耗，也減少了對(duì)環(huán)境的污染。循環(huán)流程的缺點(diǎn)：循環(huán)體系中惰性物質(zhì)和其他雜質(zhì)會(huì)逐漸積累，對(duì)反應(yīng)速率和產(chǎn)品產(chǎn)率有

2、影響，必須定期排出這些物質(zhì)以避免積累。同時(shí)，大量循環(huán)物料的輸送會(huì)消耗較多動(dòng)力。25何謂轉(zhuǎn)化率？何謂選擇性？對(duì)于多反應(yīng)體系，為什么要同時(shí)考慮轉(zhuǎn)化率和選擇性?xún)蓚€(gè)指標(biāo)？答：轉(zhuǎn)化率是指某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應(yīng)物起始量的百分率。選擇性是指體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物量與參加所有反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的該反應(yīng)物總量之比。在復(fù)雜反應(yīng)體系中，選擇性表達(dá)了主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的相對(duì)大小，能確切反映原料的利用是否合理。有副反應(yīng)的體系，希望在選擇性高的前提

3、下轉(zhuǎn)化率盡可能高。但是，通常使轉(zhuǎn)化率提高的反應(yīng)條件往往會(huì)使選擇性降低，所以不能單純追求高轉(zhuǎn)化率或高選擇性，而要兼顧兩者，使目的產(chǎn)物的收率最高。26催化劑有哪些基本特征？它在化工生產(chǎn)中起到什么作用？在生產(chǎn)中如何正確使用催化劑？答：三個(gè)基本特征：①催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時(shí)，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化。②催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間，但不能改變平衡。③催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應(yīng)。在化工生產(chǎn)中

4、的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：⑴提高反應(yīng)速率和選擇性。⑵改進(jìn)操作條件。⑶催化劑有助于開(kāi)發(fā)新的反應(yīng)過(guò)程，發(fā)展新的化工技術(shù)。⑷催化劑在能源開(kāi)發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用。在生產(chǎn)中必須正確操作和控制反應(yīng)參數(shù)，防止損害催化劑。催化劑使用時(shí)，必須在反應(yīng)前對(duì)其進(jìn)行活化，使其轉(zhuǎn)化成具有活性的狀態(tài)，應(yīng)該嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行活化，才能保證催化劑發(fā)揮良好的作用。應(yīng)嚴(yán)格控制操作條件：①采用結(jié)構(gòu)合理的反應(yīng)器，使反應(yīng)溫度在催化劑最佳使用溫度范圍內(nèi)合理地分布，防止超

5、溫；②反應(yīng)原料中的毒物雜質(zhì)應(yīng)該預(yù)先加以脫除，使毒物含量低于催化劑耐受值以下；③在有析碳反應(yīng)的體系中，應(yīng)采用有利于防止析碳的反應(yīng)條件，并選用抗積碳性能高的催化劑。在運(yùn)輸和貯藏中應(yīng)防止催化劑受污染和破壞；固體催化劑在裝填時(shí)要防止污染和破裂，裝填要均勻，避免“架橋”現(xiàn)象，以防止反應(yīng)工況惡化；許多催化劑使用后，在停工卸出之前，需要進(jìn)行鈍化處理，以免燒壞催化劑和設(shè)備。210假設(shè)某天然氣全是甲烷，將其燃燒來(lái)加熱一個(gè)管式爐，燃燒后煙道氣的摩爾分?jǐn)?shù)組成

6、（干基）為86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。試計(jì)算天然氣與空氣的摩爾比，并列出物料收支平衡表。解：設(shè)煙道氣（干基）的量為100mol。轉(zhuǎn)化的乙烷量=60%3.333=2.000kmol，未轉(zhuǎn)化的乙烷量=3.3332.000=1.333kmol設(shè)未反應(yīng)的乙烷除了有0.133kmol隨產(chǎn)物乙烯帶走外，其余全部返回到反應(yīng)器中，即1.3330.133=1.2kmol則新鮮乙烷量=3.3331.2=2.133kmol，乙烯選擇性=1.

7、6572.0=82.9%乙烷的全程轉(zhuǎn)化率=2.02.133=93.8%，乙烯的單程收率=1.6573.333=49.7%乙烯全程收率=1.6572.133=77.7%，乙烯全程質(zhì)量收率=46.4（302.133）=72.5%第3章34提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵在何處？應(yīng)解決什么問(wèn)題才能最大限度提高裂解溫度？答：裂解反應(yīng)的技術(shù)關(guān)鍵之一是采用高溫短停留時(shí)間的工藝技術(shù)。提高裂解溫度，必須提高爐管管壁溫度，而此溫度受到爐管材質(zhì)的限制。因此，研制新型

8、的耐熱合金鋼是提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵。當(dāng)爐管材質(zhì)確定后，可采用縮短管長(zhǎng)（實(shí)際上是減少管程數(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)短停留時(shí)間操作，才能最大限度提高裂解溫度?；蛘吒倪M(jìn)輻射盤(pán)管的結(jié)構(gòu)，采用單排分支變徑管、混排分支變徑管、不分支變徑管、單程等徑管等不同結(jié)構(gòu)的輻射盤(pán)管，這些改進(jìn)措施，采用了縮小管徑以增加比表面積來(lái)提高傳熱面積，使壁溫下降，提高了盤(pán)管的平均傳熱強(qiáng)度，由此達(dá)到高溫短停留時(shí)間的操作條件。35為了降低裂解烴分壓，通常加入稀釋劑，試分析稀釋劑加入量確定的

9、原則是什么？答：工業(yè)上常用水蒸氣作為稀釋劑，加水蒸氣量的原則：水蒸氣的加入量隨裂解原料不同而異，一般是以能防止結(jié)焦，延長(zhǎng)操作周期為前提。若加入過(guò)量的水蒸氣，可使?fàn)t管的處理能力下降，增加了爐子熱負(fù)荷，也增加了水蒸氣的冷凝量和急冷劑用量，并造成大量廢水。38裂解氣出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有幾種？你認(rèn)為哪種好？為什么？若設(shè)計(jì)一個(gè)間接急冷換熱器其關(guān)鍵指標(biāo)是什么？如何評(píng)價(jià)一個(gè)急冷換熱器的優(yōu)劣？答：從裂解管出來(lái)的裂解氣是富含烯烴的氣體

10、和大量水蒸汽，溫度在727927℃，由于烯烴反應(yīng)性強(qiáng)，若在高溫下長(zhǎng)時(shí)間停留，仍會(huì)繼續(xù)發(fā)生二次反應(yīng)，引起結(jié)焦，并使烯烴收率下降，因此必須使裂解氣急冷以終止反應(yīng)。采取的方法有兩種：直接急冷和間接急冷。我認(rèn)為間接急冷比較好。一般情況下，因?yàn)橹苯蛹崩涞募崩鋭┦怯糜突蛩?，急冷下?lái)的油水密度相差不大，分離困難，污水量大，不能回收高品位的熱能。而間接急冷可回收高品位熱能，產(chǎn)生高壓水蒸汽作為動(dòng)力能源以驅(qū)動(dòng)三機(jī)等機(jī)械（三機(jī)：裂解氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)、丙烯

11、壓縮機(jī)），可減少對(duì)環(huán)境的污染程度。關(guān)鍵指標(biāo)是急冷換熱器的運(yùn)轉(zhuǎn)周期應(yīng)不低于裂解爐的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。為了減少裂解氣在急冷換熱器內(nèi)的結(jié)焦傾向，使之能正常操作，控制指標(biāo)：一是增大裂解氣在急冷換熱器中的線(xiàn)速度，一般控制裂解氣在急冷換熱器中的停留時(shí)間小于0.04秒；二是必須控制裂解氣的出口溫度要高于裂解氣的露點(diǎn)。評(píng)價(jià)急冷換熱器的優(yōu)劣：急冷換熱器的結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足裂解氣急冷的特殊條件：急冷換熱器管內(nèi)通過(guò)高溫裂解氣，入口溫度約827℃，壓力約110KPa（表），