1. 什么叫烃类热裂解过程的一次反应和二次反应？

答：一次反应：由原料烃类经热裂解生成乙烯和丙烯的反应。

　　二次反应：主要是指一次反应生成的乙烯，丙烯等低级烯烃进一步发生反应生成多种产物，甚至最后生成焦或碳

2. 简述一次裂解反应的规律性。

答：1) 同碳原子数的烷烃，C－H键能大于C－C键能，故断链比脱氢容易。

　  2) 碳链越长的烃分子越容易断链。

　  3) 烷烃的脱氢能力与分子结构有关。叔氢最易脱去，仲氢次之，伯氢又次之。

　  4) 有支链的烃容易断链或脱氢。

3. 烃类热裂解的一次反应主要有哪几个？烃类热裂解的二次反应主要有哪几个？

答：一次反应有：

1)  烃热裂解：脱氢反应、断链反应 

2)  环烷烃热裂解：开环反应

3)  芳香烃热裂解：脱氢缩合反应 、断侧链反应

4) 烯烃热裂解：断链反应、脱氢反应 

二次反应主要有：

1) 烯烃的裂解（即二次反应—断链）

2) 烯烃的聚合、环化、缩合与生焦反应 

3) 烯烃的脱氢和加氢反应

4) 烃分解生碳

4. 什么叫焦，什么叫碳？结焦与生碳的区别有哪些？

答：有机物在惰性介质中经高温裂解，释放出氢或其它小分子化合物生成碳，并非独个碳原子，而是以若干碳原子稠合形式的碳，称为生碳。若产物中尚含有少量氢，碳含量约为95％以上，称为结焦。 

结焦是在较低温度下﹙＜1200K﹚通过芳烃缩合而成，生碳是在较高温度下﹙＞1200K﹚通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠和的碳原子。

5. 试述烃类热裂解的反应机理。

答：热裂解的自由基反应机理： C2H6→C2H4+H2

6. 什么叫一级反应？写出一级反应动力学方程式和以转化率表示的动力学方程式。

答：一级反应：反应速度与浓度的一次方成正比

　一级反应动力学方程式：  r=-dc/dt=kc 

  以转化率表示的动力学方程式：  ㏑[β/（1－α）]=kt 

  β—体积增大率，它随转化深度而

　β=裂解气体积（标准态）/原料气体积（标准态） 

                            第一章  第二节

1. 烃类裂解有什么特点？

答：1) 高温（反应温度高，一般为800℃以上，最高快可达900℃以上）

2) 强吸热反应

3) 短停留时间

4) 低烃分压 

2. 裂解供热方式有哪两种？

答：直接供热和间接供热。

3. 什么叫族组成，PONA的含义是什么？

答：族组成（简称PONA值）: 是指原料烃分子中所含各族烃的质量百分比 

PONA的含义：P—烷族烃　N—环烷族烃   O—烯族烃 　A—芳香族烃4. 什么叫停留时间，停留时间与裂解产物分布有何影响？

答：停留时间：物料从反应开始到达某一转化率时在反应器内经历的时间。

    停留时间的影响：由于有二次反应，故每一种原料在某一特定温度下裂解时，都有一个得到最大乙烯收率的适宜停留时间。停留时间过长，乙烯收率下降。由于二次反应主要发生在转化率较高的裂解后期，如能控制很短的停留时间，减少二次反应的发生，就可以增加乙烯收率。 5. 在裂解反应中，工业上采用水蒸汽作为稀释剂的优点是什么？（在裂解反应中，为什么工业上采用水蒸汽作为稀释剂？）

答：1) 水蒸汽热容量大，能对炉管温度起稳定作用，在一定程度上保护了炉管；

2) 水蒸汽与产物易分离，与产物不起反应，对裂解气的质量无影响；

3) 水蒸汽可以抑制原料中的硫对合金钢裂解管的腐蚀作用，可以保护裂解炉管；

4) 水蒸气在高温下能与裂解管中的沉积焦炭发生如下反应：

 C + H2O →H2↑ + CO ↑

具有对炉管的清焦作用；

5) 水蒸气对金属表面起一定的氧化作用，形成氧化物薄膜，减轻了铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用。

 6. 什么叫KSF,为什么要用正戊烷作为衡量石脑油裂解深度的当量组分。

答：KSF是综合考虑了原料性质、停留时间和裂解温度三方面影响作为衡量重质原料裂解深度的指标。 　

在裂解函数中之所以选定正戊烷作为衡量裂解深度的当量组分，是因为

1) 在任何轻只有品种都有正戊烷；

2) 在裂解过程中，正戊烷只减少不增加；

3) 在裂解过程中易分析。 

7. 为了提高烯烃收率裂解反应条件应如何控制？

答：高温，低烃分压，短停留时间。

8. 为什么要对裂解气急冷，急冷有哪两种？

答：⑴急冷的目的：终止裂解反应

    ⑵急冷的方法：①直接急冷；②间接急冷。 

　　⑶直接急冷的急冷剂用油或水。目前的裂解装置都实现采用间接急冷，以回收高品位的热能，后采用直接急冷，最后洗涤的方法。采用间接急冷的目的是回收高品位的热能，同时终止二次反应。 

9. 管式裂解炉结焦的现象有哪些，如何清焦？

答：1) 炉管出口压差增大；

2) 燃料量增大；

3) 裂解气中乙烯含量降低

清焦：停炉清焦法和不停炉清焦法（也称在线清焦法）

                          第一章  第四节

1. 简述三种深冷分离流程有什么共同点和不同点？脱丙塔塔底温度为什不能超过100℃？

答：三种深冷分离流程：顺序分离流程、前脱乙烷分离流程、前脱丙烷分离流程

⑴三种流程的共同点：

①先将不同碳原子数的烃类分开，再分离同一碳原子数的烯烃和烷烃，采取先易后难的分离顺序。

②最终出产品的乙烯塔和丙烯塔并联安排，并且排在最后，作为二元组分精馏处理。

⑵三种流程的不同点：

①精馏塔的排列顺序不同：

顺序分离流程是按组份碳原子数顺序排列的，其顺序为：1)脱甲烷塔2)脱乙烷塔3)脱丙烷塔；

前脱乙烷流程的排列顺序是［2 1 3］。

前脱丙烷流程的排列顺序是［3 1 2］。

②加氢脱炔的位置不同：

在脱甲烷塔之前进行加氢脱炔的称为前加氢；在脱甲烷塔之后进行加氢脱炔的称为后加氢。

前脱乙烷深冷分离流程和前脱丙烷深冷分离流程都是采用前加氢脱炔流程。

顺序深冷分离流程是采用后加氢脱炔流程。

③冷箱位置不同：顺序分离流程和前脱丙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之前。而前脱乙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之后。

⑶脱丙塔塔底温度不能超过100℃的原因：

脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶分出C3馏分，塔底的液体为C4以上馏分，液体里面含有二烯烃，二烯烃容易聚合结焦，所以脱丙烷塔塔底温度不宜超过100℃，并且必须加入阻聚剂。为了防止结焦堵塞，脱丙烷塔一般有两个再沸器，以便轮换检修使用。 

2. 什么叫“前冷”流程，什么叫“后冷”流程？前冷流程有什么优缺点？

答：⑴冷箱在脱甲烷塔以前的称“前冷流程”，冷箱在脱甲烷塔之后的称“后冷流程”。

　  ⑵前冷流程的优点：前冷流程分离出的氢气浓度高，氢气含量为90%左右（mol），后冷流程分离出的氢气纯度比较低，只有75%左右。由于氢气大部分在前冷箱中已经分出，所以提高了脱甲烷塔进料的C1/H2的摩尔比，从而提高了乙烯回收率。

　　⑶前冷流程的缺点：脱甲烷塔的操作弹性比后冷要低一些，流程比较复杂，仪表自动化程度要求比较高。 

3. 脱甲烷塔在深冷分离中的地位和作用是什么？脱甲烷塔的特点是什么？

答：⑴ 脱甲烷塔的地位：由于脱甲烷塔的操作效果对产品（乙烯、丙烯）回收率、纯度以及经济性的影响最大，所以在分离设计中，对于工艺的安排、设备和材质的选择，都是围绕脱甲烷塔系统考虑的。

⑵ 脱甲烷塔的作用：就是将裂解气中氢气、甲烷以及其它惰性气体与C2以上组份进行分离，脱甲烷塔的关键组份是甲烷和乙烯。

⑶ 脱甲烷塔的特点：脱甲烷塔的塔顶产品是气相产品，主要甲烷和氢气， 他们在塔顶的操作条件（温度、压力）下，是不能全部冷凝下来的，因此脱甲烷塔与一般的精馏塔是不相同般的精馏塔塔顶产品都可以全部冷凝下来，脱甲烷塔的塔顶产品含有不凝气甲烷和氢气，所以塔顶回流的液体组成与气相产品的组成是不同的.

4. 脱甲烷过程有哪两种方法，各有什么优缺点？

答：工业生产上脱甲烷过程有高压法与低压法之分。

1）.低压法

　　①优点：甲烷与乙烯的相对挥发度a比较大，乙烯回收率比较高，适用范围比较宽。

　　②缺点：例如要用到耐低温的钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂等。

2）.高压法

　①优点：由于脱甲烷塔塔顶气体产物（尾气）压力比较高，可借助脱甲烷塔塔顶的高压气体的自身节流膨胀来获得额外的降　温，这种降温方法比甲烷冷冻系统要简单一些（流程简单、设备也简单）。另外，提高压力可缩小精馏塔的体积（塔径），所以从总投资　和材质的要求来看，高压法是比较有利的。

　②缺点：甲烷与乙烯的相对挥发度a比较低，塔板数较多，回流比较大。 

5. 乙烯塔在深冷分离中的地位是什么？乙烯塔应当怎样改进？

答： ⑴乙烯塔的重要性：乙烯的纯度要求要达到聚合级，冷量消耗大，乙烯塔在深冷分离装置中是一个比较关键的塔。(乙烯塔是出乙烯产品的精馏塔) 

　  ⑵乙烯塔的改进：提馏段采用中间再沸器（或理解成中间换热器、中间加热器）的办法来回收冷量；乙烯塔顶脱甲烷，可以借用乙烯塔的大量回流，这种方法比设置第二甲烷塔有利。

6．简述影响乙烯回收的诸因素。

答：影响乙烯回收率高低的关键是尾气中乙烯的损失，影响尾气中乙烯损失的主要因素是原料气的组成(C1/H2)、操作温度和操作压力。 

                       第二章   思考题

1.芳烃的来源有哪些？

答：炼焦副产的粗苯、煤焦油   ，裂解汽油 ，催化重整油

 2.简述芳烃的转化反应有哪些？芳烃的转化反应的催化剂主要有哪些？

答：异构化反应   ，歧化与烷基转移反应 ，烷基化反应  ，脱烷基化反应。

催化剂：

①无机酸（H2SO4、HF、H3PO4）  

②酸性卤化物 （AlBr3、AlCl3、BF3）  

③固体酸

※浸附在适当载体上的质子酸 H3PO4/硅藻土

※浸附在适当载体上的酸性卤化物 BF3/γAl2O3

※贵金属－氧化硅－氧化铝催化剂

※分子筛催化剂

 3.用热力学和动力学分析说明苯和乙烯烷基化反应的温度为什么控制在95℃左右？

答：①苯与乙烯的烷基化反应，烷基化反应为放热反应。按热力学计算，温度在50一250℃范围内，其平衡常数K值都很大，主、副反应的平衡转化率几乎接近100％。

②如果只考虑平衡的关系，则反应温度选定50℃即可，但实际上，温度偏低，反应速度太慢，很难在较短时间内达到平衡产率。

提高反应温度，虽可以加快乙基化的反应速度，但不利于烯烃的吸收（本质结果就是转化率低）。 

③反应是放热反应，根据实践经验．选定与苯沸点相近的温度，即80℃左右较为适宜——沸腾气化移走反应热。

④烷基化反应的最宜温度为80一100℃（考虑络合物催化剂的热稳定性及防腐材料的耐热性）

故，工业上控制在95℃左右

4.了解芳烃的转化反应的机理。

答：

                                酸性催化剂提供

5.简述乙苯生产的工艺流程。

答：①液相烷基化法

ⅰ传统的无水三氯化铝法，流程：原料乙烯和苯以质量比为1：（8~10）的流量从烃化塔底部进入，在90~100℃，常压至0.15MPa的条件下进行反应。烃化产物从烃化塔上部流出，经冷却流入沉降槽，上层的烃化液自沉降槽上部溢出进入水解塔，然后进入油碱分离器，碱液循环使用，烃化液经上部溢出进入储罐。

ⅱ高温均相无水三氯化铝法，流程：乙烯和苯的摩尔比为0.8，反应温度140~200℃，反应压力为0.588~0.784MPa，三氯化铝用量为传统的25%的条件进行反应。反应产物经泄压绝热闪蒸，气态组分返回反应器，液相产物经水洗、碱洗和三塔蒸馏系统，分离出苯、乙苯和多乙苯。

②气相烷基化法--ZSM-5分子筛催化剂的Mobil-Badger法，流程：原料气混合后进入反应器，反应温度370~425℃，压力为1.37~2.74MPa，质量空速为3~5乙烯／Kg催化剂•h。烷基化产物由反应器底部引出，经换热器流入初馏塔，轻组分进入物料回收塔，塔顶蒸出苯、甲苯进入苯、甲苯塔，分离的得到的苯循环使用、甲苯作为副产物引出；塔釜物料进入乙苯塔，蒸出的乙苯送入储罐区。

6.乙苯生产对原料有何要求？为什么？

答：有较好的反应活性，而且比较容易得到。由于烯烃在烷基化过程中形成的正烃离子会发生骨架重排取最稳定的结构存在，所以乙烯以上的烯烃与苯进行烷基化反应时，只能得到异构烷基苯而不能得到正构烷基苯。

                             第三章  催化加氢

1. 从对一氧化碳加氢合成甲醇反应热效应的分析，可得到什么结论？副反应与主反应的标准自由焓比较，又可说明什么问题？

答：这些反应中，合成甲醇主反应的标准自由焓△G0 最大，说明这些副反应在热力学上均比主反应有利。必须采用能抑制副反应的选择性好的催化剂，才能进行合成甲醇反应。主反应分子数减少最多，加大反应压力对合成甲醇有利。反应温度低有利甲醇合成，但反应速度慢，关键在于催化剂。

2. 铜系催化剂中，活性组分为何物？催化剂中须控制哪些杂质的含量？

答：活性组成是CuO、ZnO，铜系催化剂，对硫化物敏感，对氯化物及铁也很敏感，须对造气原料脱硫至0.1ppm 以下，全装置要求清除铁锈。 

3. 反应温度对反应结果有何影响？如何确定反应温度（若用CuO-ZnO-Al2O3作催化剂）？

答：⑴①在温度低时，平衡常数灵敏，Kp值很大，决定反应速度的主要是动力学项k1，因此随着温度的升高，k1值增高，反应速度加快。②当反应温度高至一定值时，由于Kp值达到一个很小的值，使矛盾转化。影响反应速度的主要因素转化为推动力项Kp。温度越高，Kp越小，反应速度也越小。③反应温度过高，能引起不希望的副反应发生（生成高级醇），使催化剂发生熔结现象而活性下降，尤其是铜系催化剂稳定性差，因此要严格控制反应温度和及时有效地移走反应热。

⑵最适宜反应温度与催化剂的活性有关，对CuO-ZnO-Al2O3 催化剂最适宜的温度为230-270℃。最适宜的温度与转化深度和催化剂的老化程度也有关的，一般为了使催化剂有较长的寿命，开始时宜采用较低温度，过一定时间后再升至适宜温度，其后随着催化剂老化程度的增加，反应温度也需相应提高。 

4.原料气组成中CO过量会带来什么问题？H2过量有什么好处？

答：①H2/CO化学计量比是2：1

②CO含量高，对温度控制有害，且引起羰基铁在催化剂上的积聚，使催化剂失掉活性，应采用H2过量

③氢过量，可提高（被加氢物质）平衡转化率，加快反应速度，抑制副反应，可提高传热系数，有利于导出反应热和延长催化剂的寿命。

5.CO+H2合成甲醇反应特点及对反应器的要求；主要可采用哪些反应器？什么是低压法甲醇合成反应器设计和操作的关键问题？

答：⑴要求有抗氢蚀和抗一氧化碳腐蚀的能力，可用铬钢，其中含有少量碳并加入钼、钨和钒，如1Cr18Ni8Ti不锈钢。

⑵冷激式反应器、列管式等温反应器

⑶合成。

6.低压法合成甲醇工艺流程由哪几个工序所组成？如何安排粗甲醇精制得到纯度符合要求的产品？（作业）

答：⑴合成甲醇工艺流程是由造气、压缩、合成及粗甲醇精制四个工序组成的。 

⑵可采用双塔精制流程：①第一塔为脱轻组分塔，为加压操作，分离易挥发物，塔顶馏出物经过冷却冷凝回收甲醇。不凝气体及轻组分则排放。一般此塔为40~50块塔板。②第二塔为精制塔，用来脱除重组分和水。重组分乙醇、高级醇等杂醇油在塔的加料板下6~14块板处，侧线气相采出。水由塔釜分出，塔顶排出残余的轻组分，距塔顶3~5块塔板处侧线采出产品甲醇。常压下操作需要塔板数为60~70块。

7.合成气合成甲醇，组成的配比应什么过量，为什么？低压法甲醇合成塔的设计和操作的关键问题是什么？（作业）

答：⑴H2/CO化学计量比是2：1。氢过量，可提高（被加氢物质）平衡转化率，加快反应速度，抑制副反应，可提高传热系数，有利于导出反应热和延长催化剂的寿命。

⑵严格控制反应温度及时地移走反应热是低压法甲醇合成塔的设计和操作的关键问题。

8.影响合成甲醇反应速度的因素是什么？如何确定合成甲醇的工艺条件？

答：⑴影响因素：温度、压力、用量比、溶剂。

⑵①最适宜反应温度与催化剂的活性有关，对ZnO-Cr2O3 催化剂，最适宜的温度为380℃左右，而对CuO-ZnO-Al2O3 催化剂最适宜的温度为230-270℃。

②反应所需压力与反应温度有关，采用铜系催化剂，由于适宜的反应温度可降低至230～270℃，故所需压力也可相应降至50-100atm，在生产规模大时，一般采用100atm左右，较为适宜。

③H2/CO化学计量比是2：1。氢过量，可提高（被加氢物质）平衡转化率，加快反应速度，抑制副反应，可提高传热系数，有利于导出反应热和延长催化剂的寿命。

④在液相加氢时，有时需要采用溶剂做稀释剂，以带走反应热。以苯加氢为例，以骨架镍为催化剂，以庚烷为溶剂，加氢速度较无溶剂加氢时明显提升。

9.CO+H2合成甲醇，当反应压力与反应处理量一定时，反应温度与转化率之间的关系有什么特点，为什么出现这种情况？

答：⑴在一定范围内，转化率随着反应温度的升高而增加，并且在某个温度（最佳温度）下转化率达到最大值，超过这个温度后，转化率随着温度的继续升高而下降。

⑵原因：反应温度影响反应速度和选择性，并且存在一个最适宜温度使得转化率到到最大。

10.根据热力学分析，合成甲醇应在低温（＜100℃，Kf值大）和高压下（＞30MPa，推动力大）更为有利，工业上为什么不采用此工艺条件？

答：反应温度低，反应速度太慢；催化剂活性不够高；同时低温高压又需要耗费大量的能源，从经济角度上讲效率低。

                                 第4章

1. 催化脱氢反应主要有哪几种类型？

答：1） 烷基芳烃脱氢     

2） 烷烃或烯烃脱氢

3） 环烷烃脱氢       

4） 直链烷烃芳烃化  

5） 醇脱氢制醛、酮    CH3CHCH3——>CH3C=O

                                                    |               |

                                                    OH             CH3

以气态氧为氢接受体的氧化脱氢、以卤素为氢接受体的氧化脱氢、以硫化物为氢接受体的氧化脱氢。

2. 烃类脱氢催化剂应当有什么样的要求？

答：①具有良好的活性和选择性；②热稳定性好；③化学稳定性好；④抗结焦性能好和容易再生。

3. 为什么烃类采用氧化铁系催化剂脱氢时，总以水蒸气做稀释剂？

答：水蒸气是氧化性气体，在大量水蒸汽存在下，可以阻止氧化铁的被过渡还原，而获得高的选择性。因此采用氧化铁系催化剂脱氢时，总以水蒸气做稀释剂。

4. 正丁烯在铁酸盐尖晶石催化剂上氧化脱氢制丁二烯，需要控制的操作参数有哪几个？各个参数对反应有什么影响？(作业)

答：正丁烯在铁酸盐尖晶石催化剂上氧化脱氢，制取丁二烯，一般采用绝热式反应器，所需要控制的变量有：

    (1)氧与正丁烯的用量比；氧的过量为一般理论量的50℅；

    (2)水蒸气与正丁烯的用量比；已采用达到最高选择性的最小用量比；

    (3)反应器的入口温度；适宜的温度为327℃～547℃

    (4)反应器的入口压力；降低反应入口压力可提高选择性和收率；

    (5)正丁烯空速；600/h或更多；

    (6)原料纯度；原料中的异丁烯的含量要严格要求。

5. 氧化脱氢法与催化脱氢法相比，有什么优点？ （作业）

答：氧化脱氢法与催化脱氢法相比，氧化脱氢法的优点为：

1）氧化脱氢法的原料单耗最小；

2）正丁烯单程转化率高；

3）丁二烯选择性高；

4）丁二烯单程收率高；

5）水蒸气单耗最低；

6）在技术经济指标方面的优越性更为显著。

                              第七章

1、按反应类型分，氯化反应可分哪四种类型？

答：加成氯化、取代氯化、氧氯化、氯化物裂解。

2、简述氯乙烯的生产方法，说明各方法的特点。

答：⑴乙炔加HCl法  、乙烯氧氯化法

⑵乙炔加HCl法：①优点，技术成熟，流程简单，副反应少，产品纯度高；②缺点，稳定性较差，能耗大，Hg有毒

乙烯氧氯化法：①优点，选择性好；②缺点，CuCl2易流失。

3、平衡法生产氯乙烯由哪三大工序组成？写出三个主反应方程式。画出工艺流程框图。指出“平衡”的含义。

答：①

②

③

4、简述生产聚乙烯时，采用固定床和流化床反应器的优缺点。

答：⑴固定床优点：①气体在床层内的流动返混小，有利于抑制 串联副反应的反应。②催化剂的强度和耐磨性要求不高。   缺点：① 结构复杂，催化剂装卸困难；②空速小；③由于温度轴向分布热点存在，影响催化剂效率

⑵流化床优点：床层温度分布均匀，易控制。    缺点：氯化过程有水产生，如反应器的一些部位保温不好，温度过低，当达到露点时，水就会凝结，将使设备受到严重腐蚀。当催化剂表面被氧化铁覆盖时，副产物氯乙烷明显增加。下载本文