化學工藝學答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 則分離溫度很低，需要大量冷量。為了使分離溫度不太低，可通過壓縮氣體適當提高壓力。 裂解氣的制冷是為了在深冷分離過程中，利用制冷劑壓縮和冷凝得到制冷劑液體，再于不同壓力下蒸發以獲得不同溫度級位的冷凍過程。 10. 什么是裂解氣的前加氫和后加氫 工藝？ 答：裂解氣的前加氫是指 在裂解氣中氫氣未分離出來之前，利用裂解氣中H2 進行選擇性加氫，以脫除其中的炔烴；后加氫是指裂解氣分離出 C2 餾分、 C3餾分后，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。 11. 裂解氣分離流程中能耗最大的兩個是什么？ 答：裂解氣分離 流程中能耗最大的兩個分別是“脫甲烷”和“乙烯精餾”。 脫甲烷塔是脫除裂解氣中的氫和甲烷，是裂解氣分離裝置中投資最大、能耗最多的環節，其冷凍功耗約占全裝置冷凍功耗的 50%以上。 由于乙烯塔溫度僅次于脫甲烷塔，所以冷量消耗占總制冷量 的比例也較大，約為 38%～ 44%。 補充習題： 1 根據熱力學反應標準自由焓和化學鍵如何判斷不同烴類的裂解反應難易程度、可能發生的裂解位置及裂解產物；解釋烷烴、環烷烴及芳烴裂解反應規律，造成裂解過程結焦生炭的主要反應是哪些？ 2 試以丙烷裂解為例，闡述烴類裂解的自由基反應機理，計算 600℃， 700℃，800℃， 900℃， 1000℃下，丙烷裂解生成物中乙烯和丙烯比例（假設無其它副反應發生）。并繪出裂解溫度 — 乙烯（丙烯）組成的曲線。 3 在原料確定的情況下，從裂解過程的熱力學和動力學出發，為了獲取最佳裂解效果，應選擇 什么樣的工藝參數（停留時間、溫度、壓力?），為什么？ 4 提高反應溫度的技術關鍵在何處，應解決什么問題才能最大限度提高裂解溫度？ 5 為了降低烴分壓通常加入稀釋劑，試分析稀釋劑加入量確定的原則是什么？ 6 試討論影響熱裂解的主要因素有哪些？評價裂解過程優劣的目標函數（指標）是什么？ 7Lummus 公司的 SRT 型裂解爐由 I 型發展到 VI 型，它的主要改進是什么？采取的措施是什么？遵循的原則是什么？你大膽的設想下一步將怎么改？ 8 裂解氣出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有幾種，你認為哪種好，為什么？若設計一個間接急冷 換熱器其關鍵指標是什么？如何評價一個急冷換熱器的優劣？ 9 裂解氣進行預分離的目的和任務是什么？裂解氣中要嚴格控制的雜質有哪些？這些雜質存在的害處？用什么方法除掉這些雜質，這些處理方法的原理是什么？ 10 壓縮氣的壓縮為什么采用多級壓縮，確定段數的依據是什么？ 11 某乙烯裝置采用低壓法分離甲烷，整個裝置中需要的最低冷凍溫度為 115℃，根據乙烯裝置中出現的原料、產品，設計一個能夠提供這樣低溫的制冷系統，繪出制冷循環示意圖。并標以各蒸發器和冷凝器的溫度（第一級冷凝器溫度，為冷卻水上水溫度 25～ 30℃）。 12 裂解 氣分離流程各有不同，其共同點是什么？試繪出順序分離流程、前脫乙烷后加氫流程，前脫丙烷后加氫流程簡圖，指出各流程特點，適用范圍和優缺點。 13 甲烷塔操作壓力的不同，對甲烷塔的操作參數（溫度、回流比?）、塔設計（理論板數，材質?），即未來的操作費用和投資有什么影響？ 14 對于一已有的甲烷塔 H2/CH4 對乙烯回收率有何影響？采用前冷工藝對甲烷塔分離有何好處？ 15 何為非絕熱精餾，何種情況下采用中間冷凝器或中間再沸器，分析其利弊。 16 根據本章所學知識，試設計一個簡單的流程表述烴類熱裂解從原料到產品所經歷的主要工序 及彼此的關系。 17 近年來乙烯工業的主要發展方向和研究開發的熱點是什么？ 5 ※ 習題四 第 4 章課后習題 1. 芳烴中的“三苯”及“三烯”分別指什么？ 答：芳烴中的“三苯”指苯、甲苯、二甲苯；“三烯”指乙烯、丙烯、丁二烯。 2. 芳烴的兩種原料是什么？石油芳烴主要來源哪 2 種原料？ 答：芳烴的 2 種原料是煤、石油；石油芳烴主要來源于石 腦油重整生成油、烴裂解生產乙烯副產的裂解汽油。 3. 芳烴餾分的分離主要有哪 2 種方法？原理是什么？ 答：芳烴餾分的分離方法主要有 溶劑萃取 法和萃取蒸餾法 2 種。 其原理分別如下： 溶劑萃取分離芳烴是利用一種或兩種以上的溶劑（萃取劑）對芳烴和非芳烴選擇溶解分離出芳烴。對溶劑性能的基本要求：對芳烴的溶解選擇性好、溶解度高；與萃取原料密度差大；蒸發潛熱與熱容小、蒸汽壓?。挥辛己玫幕瘜W穩定性與熱穩定性、腐蝕性小。 萃取蒸餾是利用極性溶劑與烴類混合時，能降低烴類蒸汽壓使混合物初沸點提高的原理而設計的工藝過程，由于此種效應對芳烴的影響最大，對環烷烴的影響次之，對烷烴的影響最小，這樣就有助于芳烴和非芳烴的分離。 4. C8 芳烴（ 4 種）分別是如何分離的？ 答： 4 種 C8芳烴的分離方法如下： ① 鄰二甲苯的分離 沸點最高，與關鍵組分對二甲苯的沸點相差 ℃ 精餾法分離。 ② 乙苯的分離 沸點最低，與關鍵組成對二甲苯的沸點僅差 ℃ 精餾分離耗能大，在異構化裝置中轉化回收。 ③ 對、間二甲苯的分離 由于對二甲苯與間二甲苯的沸點 差只有 ℃，難于采用精餾方法進行分離。目前工業上采用的方法主要有 深冷結晶分離法、絡合萃取分離法、模擬移動床吸附分離法。 5. 工業分離對二甲苯的方法有哪 3 種？ 答：工業分離對二甲苯的方法有深冷結晶分離法、絡合萃取分離法、模擬移動床吸附分離法 3 種。 Ⅰ .深冷結晶分離法：工業上多采用二段結晶工藝。第一段結晶，對二甲苯純度約為 85%～ 90%；第二段結晶 對二甲苯純度可達 %～ %。 Ⅱ .絡合萃取分離法：利用一些化合物與二甲苯異構體形成絡合物的特性可以達到分離各異構體的目的。 Ⅲ .模擬移動床 吸附分離法：利用固體吸附劑吸附二甲苯異構體的能力不同進行的一種分離方法。 補充習題： 1 簡述芳烴的主要來源及主要生產過程。 2 芳烴的主要產品有哪些？各有何用途？ 3 試論芳烴轉化的必要性與意義，主要的芳烴轉化反應有哪些？ 4 試分析我國與美國、日本的芳烴生產各有何特點及其原因。 5 簡述苯、甲苯和各種二甲苯單體的主要生產過程，并說明各自的特點。 6 簡述芳烴生產技術的新進展及其主要特征。 7 如何理解芳烴生產、轉化與分離過程之間的關系，試組織兩種不同的芳烴生產方案。 5 ※ 習題五 課后習題： 1. 有哪些原料可生產合成氣？合成氣的生產方法有哪些？近年來出現哪些生產合成氣的新方法？ 答：制造合成氣的原料是多種多樣的，許多含碳資源如煤、天然氣、石油餾分、農林廢料、城市垃圾等均可用來制造合成氣。 合成氣的生產方法如下： ① 以煤為原料的生產方法 有間歇和連續兩種操作方式。煤制合成氣中 H2/ CO 比值較低，適于合成有機化合物。 ② 以天然氣為原料的生產方法 主要有轉化法和部分氧化法。目前工業上多采用水蒸氣轉化法，該法制得的合成氣中 H2/CO 比值理論上是 3，有利于用來制造合成氨或氫氣。 ③ 以 重 油 或 渣油 為原料的 生產方法 主 要 采 用部 分氧化法。 生產合成氣的新方法：近年來，部分氧化法的工藝因其熱效率較高。 H2/CO比值易于調節，故逐漸收到重視和應用，但需要有廉價的氧源，才能有滿意的經濟性。最近開展了二氧化碳轉化法的研究，有些公司和研究者已進行了中間規模和工業化的擴大試驗。 2． 為什么天然氣 — 水蒸氣轉化過程中需要供熱？供熱 形式是什么？一段轉化爐有哪些型式？ 答：從熱力學角度看，高溫下甲烷濃度低，從動力學看，高溫