化學工藝學複習

2022-05-28 12:15:06 字數 5261 閱讀 4527

1 化工生產過程一般可概括為:

原料預處理;化學反應;產品分離與精製三個步驟。

2 化工過程的主要效率指標有:生產能力和生產強度;化學反應的效率—合成效率;轉化率、選擇性和收率(產率);平衡轉化率和平衡產率。

3 轉化率(x):指某一反應物參加反應而轉化的數量占該反應物起始量的分率或百分率。選擇性(s):

體系中轉化成目的產物的某反應物量與參加所有反應而轉化的該反應物總量之比。(表達主、副反應進行程度的大小反映原料的利用是否合理)

收率(y):從產物角度來描述反應過程的效率。關係根據轉化率、選擇性和收率的定義可知,相對於同一反應物而言,三者有以下關係:

y=sx。對於無副反應的體系,s=1,故收率在數值上等於轉化率,轉化率越高則收率越高;有副反應的體系,s<1,希望在選擇性高的前提下轉化率盡可能高。但是,通常使轉化率提高的反應條件往往會使選擇性降低,所以不能單純追求高轉化率或高選擇性,而要兼顧兩者,使目的產物的收率最高。

4 重要的有機化工基礎原料有:乙烯、丙烯和丁二烯等低階烯烴分子中具有雙鍵,化學性質活潑,能與許多物質發生加成、共聚或自聚等反應,生成一系列重要的產物。

5 烴類熱裂解其反應歷程分為:鏈引發、鏈增長、鏈終止三個階段。

6 烴類熱裂解一次反應的現律性有:烷烴、烯烴、環烷烴、芳烴的反應規律。

7 烴類熱裂解的二次反應都包含:烯烴的再裂解、聚合、環化、縮合、生炭、加氫和脫氫反應型別。

8 裂解原料性質的引數有:族組成---pona值;氫含量;特性因數;芳烴指數四種。

9 停留時間:裂解原料經過輻射盤管的時間。停留時間與裂解溫度對裂解產物分布影響:

①高溫裂解有利於一次反應的進行。短停留時間可抑制二次反應的進行。同時可減少結焦。

②高溫—短停留時間操作可以抑制芳烴的生成,減少汽油收率。③使炔烴收率明顯增加,並使乙烯/丙烯比及c4中的雙烯烴/單烯烴的比增大,工業上利用此效應,適應市場需要。

10 烴類水蒸氣熱裂解制乙烯過程中,加入水蒸氣的作用是:1.易分離;2.

熱容量大,使系統有較大的熱慣性;3.抑制硫對鎳鉻合金爐管的腐蝕;4.脫除結碳,抑制鐵鎳的催化生碳作用。

11裂解過程的工藝引數選擇:高溫短停留時間,低烴分壓。原因如下:

1)高裂解溫度。裂解反應為一級不可逆強吸熱反應;提高裂解溫度,有利於乙烯產率的增加。裂解溫度的提高受到a)二次反應的產物分布及目的產品收率的限制;b)受到.

裂解爐管的結焦影響及清焦週期的限制;c.受到裂解爐管材質要求的限制。2)低停留時間。

停留時間越短,可以抑制二次反應的進行,對提高乙烯產率有利。3)低烴分壓。乙烯裂解反應為體積增大的化學反應。

降低壓力有利乙烯的生成。乙烯裂解反應為氣相反應。裂解反應為一級反應;縮合/聚合反應為二級反應,壓力提高,反應物濃度增加,反應速度加快。

但對縮合/聚合反應增加的幅度更大。所以應採取低的反應壓力。4)稀釋劑。

稀釋劑作用是降低烴分壓,防止裂解爐管內壁的結焦。同時可以.穩定裂解溫度,.

脫除結焦。缺點是需要的急冷速度、急冷劑用量大;.處理能力下降;.

所需爐管管徑、管長增大,所需的熱負荷增加。

12 管式裂解爐輻射盤管的清焦方法(原理)是:(1)停爐清焦:切斷進料及出口,用惰性氣體或水蒸氣清掃管線,再用空氣和水蒸氣燒焦。

(2)**清焦:交替裂解法和水蒸氣、氫氣清焦法。切換物料。

其它方法:加入助劑,起到抑制作用。原理:

利用空氣或空氣中的氧與焦垢反應氣化而達到清焦的目的。

13 裂解氣分離裝置主要的系統有:淨化系統;壓縮和製冷系統;精餾分離系統所組成。

14急冷的目的:終止裂解反應,**廢熱;急冷方式:直接急冷、間接急冷。

15 裂解氣進行預分離的目的和任務任務:(1)經預分餾處理,盡可能降低裂解氣的溫度,從而保證裂解氣壓縮機的正常運轉,並降低裂解氣壓縮機的功耗。(2)裂解氣經預分餾處理,盡可能分餾出裂解氣的重組分,減少進入壓縮分離系統的進料負荷。

(3)在裂解氣的預分餾過程中將裂解氣中的稀釋蒸汽以冷凝水的形式分離**,用以再發生稀釋蒸汽,從而大大減少汙水排放量。(4)在裂解氣的預分餾過程中繼續**裂解氣低能位熱量。裂解氣中嚴格控制的雜質有:

h2s、co2、h2o、c2h2、co等。(3)雜質存在的害處:①對裂解氣分離裝置而言,co2會在低溫下結成乾冰,造成深冷分離系統裝置和管道堵塞。

②h2s將造成加氫脫炔催化劑和甲烷化催化劑中毒。對於下游加工裝置而言,當氫氣、乙烯、丙烯產品中的酸性氣體含量不合格時,可使下游加工裝置的聚合過程或催化反應過程的催化劑中毒,也可能嚴重影響產品質量。③水分帶入低溫分離系統會造成裝置和管道的堵塞,除水分在低溫下結冰造成凍堵外,在加壓和低溫條件下,水分尚可與烴類生成白色結晶的水合物。

(4)除掉這些雜質的方法:鹼洗法脫除酸性氣體;乙醇胺法脫除酸性氣;h2s、co2無機鹼洗或醇胺濕法脫除;h2o:3a分子篩吸附脫除;c2h2、co催化加氫脫除。

110裂解過程的工藝引數選擇:高溫短停留時間,低烴分壓。原因如下:

1)高裂解溫度。裂解反應為一級不可逆強吸熱反應;提高裂解溫度,有利於乙烯產率的增加。裂解溫度的提高受到a)二次反應的產物分布及目的產品收率的限制;b)受到.

裂解爐管的結焦影響及清焦週期的限制;c.受到裂解爐管材質要求的限制。2)低停留時間。

停留時間越短,可以抑制二次反應的進行,對提高乙烯產率有利。3)低烴分壓。乙烯裂解反應為體積增大的化學反應。

降低壓力有利乙烯的生成。乙烯裂解反應為氣相反應。裂解反應為一級反應;縮合/聚合反應為二級反應,壓力提高,反應物濃度增加,反應速度加快。

但對縮合/聚合反應增加的幅度更大。所以應採取低的反應壓力。4)稀釋劑。

稀釋劑作用是降低烴分壓,防止裂解爐管內壁的結焦。同時可以.穩定裂解溫度,.

脫除結焦。缺點是需要的急冷速度、急冷劑用量大;.處理能力下降;.

所需爐管管徑、管長增大,所需的熱負荷增加。

16 裂解原料油中各種烴,按其結構可分為四大族,即鏈烷烴族、烯烴族=環烷烴族、和芳烴族;這四大族的族組成以pona值表示:p-烷烴、o-烯烴、n-環烷烴、a-芳烴。

17 裂解氣分離的流程方案有多種,但都有乙個共同點是 :先分離不同碳原子數的烴;再分離同碳原子數的烷烴和烯烴。

18 裂解氣深冷分離的三大代表流程中是:順序流程;前脫乙烷流程;前脫丙烷流程。1)分離流程的共同點:

a.裂解氣的分離由三個系統構成:氣體淨化系統,壓縮與冷凍系統,精餾分離系統。

b.都是先將不同碳原子數的烴分開,然後再採取先易後難的分離順序分離同一碳原子的烴。c.

最終出產品的乙烯塔與丙烯塔併聯安排,並且排於最後。 2)流程的特點優缺點、適用範圍:1)順序分離流程:

工藝簡單,適用於所有裂解原料。其中的中、低壓脫甲烷技術,流程複雜。2)前脫丙烷流程:

適用於液體原料。流程簡單、執行穩定、開車時間短。深冷部分採用分凝分離器前脫丙烷流程,能耗低,但流程中的熱幫浦系統的優化不好,其採用的特殊裝置分凝分離器**昂貴。

19分子篩脫水乾燥的原理是:3a分子篩是離子型極性吸附劑,對極性分子特別是水有極大的親和性,易於吸附,而對h2、ch4和c3以上烴類均不易吸附。裂解氣分離靠的是深冷精餾,需要企業分離,不壓縮,產生不了液相,就分離不了。

20脫甲烷塔的任務是:將裂解氣中c1,h2及其它懶性氣體與c2以上組分進行分離。它在裂解分氣離流程中占有必不可少,對乙烯的純度及收率影響最大的地位?

21採用催化加氫法脫除裂解氣中炔烴的工藝流程有前加氫和後加氫兩種,(1)前加氫:在裂解氣中氫氣未分離出來之前,利用裂解氣中的氫對炔烴進行選擇性加氫,以脫除其中炔烴。優點:

流程簡化,節省投資。缺點:操作穩定性差。

(2)後加氫:指裂解氣分離出c2餾分和c3餾分後,再分別對c2和c3餾分進行催化加氫,以脫除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。優點:

溫度較易控制,不易發生飛溫。缺點:後加氫的缺點呢?

流程複雜化,耗新氫。

24 芳烴主要產品:苯、甲苯、二甲苯、乙苯、異丙苯、十二烷基苯和萘。用途:

合成樹脂、合成纖維、合成橡膠、合成洗滌劑、增塑劑、染劑、醫藥、農藥、炸藥、香料、專用化學品等工業。(苯:合成苯乙烯、環己烷、苯酚、苯胺及烷基苯等。

甲苯:溶劑,合成異氰酸酯、甲酚。對二甲苯:

對苯二甲酸或對苯二甲酸二甲酯,與乙二醇反應生成的聚酯用於生產纖維、膠片和樹脂,是最重要的合成纖維和塑料之一。鄰二甲苯:鄰苯二甲酸酐,增塑劑,如鄰苯二甲酸二辛酯(dop)、鄰苯二甲酸二丁酯(dbp)等。

間二甲苯:間苯二甲酸。乙苯:

苯乙烯。異丙苯:苯酚/丙酮。

萘:染料、鞣料、潤滑劑、殺蟲劑、防蛀劑)

25 芳烴的烷利用裂解汽油來生產芳烴時,首先要經過裂解汽油預處理及裂解汽油的加氫這兩道工序,裂解汽油預處理目的:分餾除去c5餾分、部分c9芳烴與c9以上餾分;得到 c6-c8餾分。裂解汽油的加氫目的:

除去雙烯烴、單烯烴和氧、氮、硫等有機化合物。(一段加氫是將使易生膠的二烯烴加氫轉化為單烯烴以及烯基芳烴轉化為芳烴;二段加氫主要使單烯烴飽和並脫除硫、氧、氮等有機化合物)

26 芳烴的轉化反應主要有:異構化反應;歧化反應;烷基轉移反應;烷基化反應;脫烷基化反應。苯的烷基化反應特點:

(1)主反應:放熱反應;熱力學上有利。(2)副反應:

多烷基苯的生成;二烷基苯的異構化反應;烷基轉移(反烴化)反應;芳烴縮合和烯烴的聚合反應。

27 c8芳烴分離方法有:沸點差異(精餾法);凝固點差異(深冷結晶法);配合物穩定性(絡合分離);吸附能力不同(吸附分離)。

28 簡述苯、甲苯和各種二甲苯單體的主要生產過程,並說明各自的特點。苯、甲苯和各種二甲苯單體可以從由煤焦油、石油芳烴(主要**於石腦油重整生成油及烴裂解生產乙烯副產的裂解汽油)中經過精製、芳烴抽提、精餾及通過吸附、結晶等過程分離提煉而得。除此之外,還可以通過以下各工藝來補充生產。

1)苯單體的其他主要生產過程脫烷基化:甲苯脫甲基制苯。甲苯的歧化反應:

通過甲苯歧化反應可使用途較少並有過剩的甲苯轉化為苯和二甲苯兩種重要的芳烴原料。2)各種二甲苯單體的其他主要生產過程。甲苯的歧化反應。

通過甲苯歧化反應可使用途較少並有過剩的甲苯轉化為苯和二甲苯兩種重要的芳烴原料。c8芳烴的異構化:c8芳烴的異構化是以不含或少含對二甲苯的c8芳烴為原料,通過催化劑的作用,轉化成濃度接近平衡濃度的c8芳烴,從而達到增產對二甲苯的目的。

5-2 合成氣的用途:1)合成氨;甲醇;乙烯;乙醛;乙二醇;丙酸;甲基丙烯酸;醋酸乙烯;醋酸;醋酐。還有託過費—託合成制合成油(烴);2)近年來有機金屬絡合物催化劑體系的技術開發已取得長足的進步,利用co為原料的液相催化羰基化工藝在工業上被大量應用,導致人們對開發合成氣製備新工藝的興趣愈來愈大。

29 芳烴轉化的必要性與意義是:芳香烴中需求量最大的是對二甲苯、鄰二甲苯及乙苯。而粗苯、乙烯裂解汽油的芳烴中主要含量為苯;重整芳烴中對二甲苯及鄰二甲苯含量也不高。

因此將苯、甲苯、間二甲苯轉化為對二甲苯、鄰二甲苯及乙苯很有必要。2)主要的芳烴轉化反應:a.

異構化反應:間二甲苯轉化為對二甲苯及鄰二甲苯。b.

歧化反應:甲苯歧化為二甲苯。c.

烷基化反應:苯與乙烯通過烷基化轉化為乙苯。

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