化学工艺学答案(5)

※<习题一>第2章化学工艺基础2-3何谓化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的？答：化工生产工艺流程——将原料转变成化工产品的工艺流程。教材上有2个例子。2-4何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？答：循环流程的特点：未反应的反应物从产物中分离出来，再返回反应器。循环流程的优点：能显著地提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了对环境的污染。循环流程的缺点：循环体系中惰性物质和其他杂质会逐渐积累，对反应速率和产品产率有影响，必须定期排出这些物质以避免积累。同时，大量循环物料的输送会消耗较多动力。    2-5何谓转化率？何谓选择性？对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？答：转化率是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的百分率。选择性是指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。在复杂反应体系中，选择性 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达了主、副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。有副反应的体系，希望在选择性高的前提下转化率尽可能高。但是，通常使转化率提高的反应条件往往会使选择性降低，所以不能单纯追求高转化率或高选择性，而要兼顾两者，使目的产物的收率最高。2-6催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？答：三个基本特征：①催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。②催化剂只能缩短达到化学平衡的时间，但不能改变平衡。③催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。在化工生产中的作用主要体现在以下几方面：⑴提高反应速率和选择性。⑵改进操作条件。⑶催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术。⑷催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。在生产中必须正确操作和控制反应参数，防止损害催化剂。催化剂使用时，必须在反应前对其进行活化，使其转化成具有活性的状态，应该严格按照操作规程进行活化，才能保证催化剂发挥良好的作用。应严格控制操作条件：①采用结构合理的反应器，使反应温度在催化剂最佳使用温度范围内合理地分布，防止超温；②反应原料中的毒物杂质应该预先加以脱除，使毒物含量低于催化剂耐受值以下；③在有析碳反应的体系中，应采用有利于防止析碳的反应条件，并选用抗积碳性能高的催化剂。在运输和贮藏中应防止催化剂受污染和破坏；固体催化剂在装填时要防止污染和破裂，装填要均匀，避免“架桥”现象，以防止反应工况恶化；许多催化剂使用后，在停工卸出之前，需要进行钝化处理，以免烧坏催化剂和设备。2-10假设某天然气全是甲烷，将其燃烧来加热一个管式炉，燃烧后烟道气的摩尔分数组成（干基）为86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。试计算天然气与空气的摩尔比，并列出物料收支平衡表。解：设烟道气（干基）的量为100mol。反应式：     CH4  2O2  CO2  2H2O分子量：     16    32    44   18反应转化的量：  9.4   2×9.4  9.4   2×9.4则产物的量为：N2：86.4mol×28＝2419.2gO2：4.2mol×32＝134.4gCO2：9.4mol×44＝413.6gH2O：2×9.4mol×18＝338.4g       原料的量为：N2：86.4mol×28＝2419.2gO2：（4.22×9.4）mol×32＝736gCH4：9.4mol×16＝150.4g         CH4/空气（摩尔比）＝9.4/（86.423）×100％＝8.6%  列物料衡算表得组分  输入  输出mol  mol%  g  Wt％  mol  mol%  g  Wt％N2  86.4  72.7  2419.2  73.2  86.4  72.7  2419.2  73.2O2  23  19.4  736  22.3  4.2  3.5  134.4  4.1H2O          18.8  15.8  338.4  10.2CH4  9.4  7.9  150.4  4.5        CO2          9.4  7.9  413.6  12.5∑  118.8  100.0  3305.6  100.0  118.8  99.9  3305.6  100.02-13一氧化碳与水蒸气发生的变换反应为CO＋H2OCO2＋H2，若初始混合原料的摩尔比为H2O／CO＝2／1，反应在500℃进行，此温度下反应的平衡常数Kp＝P(CO2)•P(H2)／P(H2O)•P(CO)＝4.88，求反应后混合物的平衡组成和CO的平衡转化率。解：设初始原料中＝1mol，则＝2mol，达到平衡时，CO转化了mmol。由       CO＋H2O  CO2＋H2转化量     m   m   m  m平衡时  ＝1－m =2－m 生成 ＝＝m 产物总量n＝∑＝3 ，平衡时    ＝＝m/3            由4.88＝＝ 得m＝0.865 Xco＝0.865/1＝86.5%平衡组成: ＝0.045  ＝0.378  ＝＝0.2882-15将纯乙烷进行裂解制取乙烯，已知乙烷的单程转化率为60%，若每100Kg进裂解器的乙烷可获得46.4Kg乙烯，裂解气经分离后，未反应的乙烷大部分循环回裂解器（设循环气只是乙烷）在产物中除乙烯及其他气体外，尚含有4Kg乙烷。求生成乙烯的选择性、乙烷的全程转化率、乙烯的单程收率、乙烯全程收率和全程质量收率。解：进反应器的乙烷量=100/30=3.333kmol产物中乙烷量=4/30=0.133kmol，生成乙烯46.4所转化的乙烷量=46.4/28=1.657kmol转化的乙烷量=60%×3.333=2.000kmol，未转化的乙烷量=3.333-2.000=1.333kmol设未反应的乙烷除了有0.133kmol随产物乙烯带走外，其余全部返回到反应器中，即1.333-0.133=1.2kmol                则新鲜乙烷量=3.333-1.2=2.133kmol，乙烯选择性=1.657/2.0=82.9%            乙烷的全程转化率=2.0/2.133=93.8%，乙烯的单程收率=1.657/3.333=49.7%   乙烯全程收率=1.657/2.133=77.7%，乙烯全程质量收率=46.4/（30×2.133）=72.5%第3章3-4提高反应温度的技术关键在何处？应解决什么问题才能最大限度提高裂解温度？答：裂解反应的技术关键之一是采用高温-短停留时间的工艺技术。提高裂解温度，必须提高炉管管壁温度，而此温度受到炉管材质的限制。因此，研制新型的耐热合金钢是提高反应温度的技术关键。当炉管材质确定后，可采用缩短管长（实际上是减少管程数）来实现短停留时间操作，才能最大限度提高裂解温度。或者改进辐射盘管的结构，采用单排分支变径管、混排分支变径管、不分支变径管、单程等径管等不同结构的辐射盘管，这些改进措施，采用了缩小管径以增加比表面积来提高传热面积，使壁温下降，提高了盘管的平均传热强度，由此达到高温-短停留时间的操作条件。3-5为了降低裂解烃分压，通常加入稀释剂，试 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稀释剂加入量确定的原则是什么？答：工业上常用水蒸气作为稀释剂，加水蒸气量的原则：水蒸气的加入量随裂解原料不同而异，一般是以能防止结焦，延长操作周期为前提。若加入过量的水蒸气，可使炉管的处理能力下降，增加了炉子热负荷，也增加了水蒸气的冷凝量和急冷剂用量，并造成大量废水。3-8裂解气出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有几种？你认为哪种好？为什么？若设计一个间接急冷换热器其关键指标是什么？如何评价一个急冷换热器的优劣？答：从裂解管出来的裂解气是富含烯烃的气体和大量水蒸汽，温度在727-927℃，由于烯烃反应性强，若在高温下长时间停留，仍会继续发生二次反应，引起结焦，并使烯烃收率下降，因此必须使裂解气急冷以终止反应。采取的方法有两种：直接急冷和间接急冷。我认为间接急冷比较好。一般情况下，因为直接急冷的急冷剂是用油或水，急冷下来的油水密度相差不大，分离困难，污水量大，不能回收高品位的热能。而间接急冷可回收高品位热能，产生高压水蒸汽作为动力能源以驱动三机等机械（三机：裂解气压缩机、乙烯压缩机、丙烯压缩机），可减少对环境的污染程度。关键指标是急冷换热器的运转周期应不低于裂解炉的运转周期。为了减少裂解气在急冷换热器内的结焦倾向，使之能正常操作，控制指标：一是增大裂解气在急冷换热器中的线速度，一般控制裂解气在急冷换热器中的停留时间小于0.04秒；二是必须控制裂解气的出口温度要高于裂解气的露点。评价急冷换热器的优劣：急冷换热器的结构必须满足裂解气急冷的特殊条件：急冷换热器管内通过高温裂解气，入口温度约827℃，压力约110KPa（表），要求在极短时间内（0.1S），将裂解气温度降到350-360℃，传热的热强度达400103KJ/m2•h；管外走高压热水，温度约为320-330℃，压力8-13MPa，由此可知，急冷换热器与一般换热器不同的地方是高热强度，管内外必须同时承受很大的温度差和压力差，同时又要考虑急冷管内的结焦操作操作条件极为苛刻。3-9裂解气进行预分离的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制是杂质有哪些？这些杂质存在的害处？用什么方法除掉这些杂质，这些处理方法的原理是什么？答：任务：将急冷后的裂解气进一步冷却至常温，并在冷却过程中分馏出裂解气中的重组分（如燃料油、裂解汽油、水分）。目的：①经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度，从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗。②裂解气经预分馏处理，尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的负荷。③在裂解气的预分馏过程中将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再发生稀释蒸汽，从而大大减少污水排放量。④在裂解气的预分馏过程中继续回收裂解气低能位热量。裂解气中含有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等气体杂质，若不脱除，进入到乙烯、丙烯产品中，影响产品质量，故必须脱除杂质。⑴酸性气体的脱除裂解气中的酸性气体主要是指CO2和H2S，这些酸性气体含量过多时，会带来如下危害：H2S：能腐蚀设备管道，使干燥用的分子筛寿命缩短，还能使加氢脱炔和甲烷化用的催化剂中毒。CO2：在深冷操作中会结成干冰，堵塞设备和管道，影响正常生产。当乙烯、丙烯产品中的酸性气体含量不合格时，可使下游加工装置的聚合过程或催化剂中毒。所以，必须将这些酸性气体脱除，要求将裂解气中的H2S和CO2的摩尔含量分别脱除至110-6以下。裂解气中的酸性气体，一般是用物理吸收法或化学吸收法脱除，应用最广泛的是以NaOH溶液作吸收剂的碱洗法，其次是以乙醇胺溶液作吸收剂的再生法。⑵为避免低温系统冻堵，要求将裂解气中水含量（质量分数）降至110-6以下。因为裂解分离是在-100℃以下进行，此时水能结冰，也能与烃生成固体结晶水合物，这些物质结在管壁上，轻则增大动力消耗，重则使设备和管道堵塞，影响正常生产，所以要进行干燥脱水处理。因为含水量不高（裂解气中饱和水量为600-70010-6），要求脱水后物料含水量极少，故工业上应用最广泛的是分子筛、活性氧化铝硅胶为干燥剂的固体吸附法。⑶裂解气中含有少量的炔烃，乙炔富集于C2馏分，甲基乙炔和丙二烯富集于C3馏分，若将它们混于乙烯、丙烯产品用于衍生物的生产过程，特别是用于聚合反应时，影响聚合催化剂寿命，产生不希望的副产品，恶化产品质量，形成不安全因素。因此，必须脱除，使乙烯产品中的乙炔（摩尔分数）低于510-6，丙烯产品中甲基乙炔低于510-6，丙二烯低于110-5。溶剂吸收法和催化加氢法。溶剂吸收法是使用溶剂吸收裂解气中的乙炔以达到净化目的，同时也回收一定量的乙炔。催化加氢法是将裂解气中乙炔加氢成为乙烯或乙烷，由此达到脱除乙炔的目的。3-10压缩气的压缩为什么采用多级压缩？确定段数的依据是什么？答：目前，工业上一般认为经济上合理而技术上可行的裂解气压缩机出口的裂解气压力约为3.7MPa，而压缩机的入口压力一般为0.14MPa，提高入口压力虽可节约压缩机功率，但对裂解反应不利，故为节约能量，采用多级压缩。原因：①节约压缩功耗；②降低出口温度；③实现段间净化分离。压缩段数应满足工艺要求，必须控制每段压缩机出口的裂解气温度不高于100℃，以避免发生二烯烃的聚合，由此根据下式计算出每段压缩比，最终确定段数。3-12裂解气分离流程各有不同，其共同点是什么？答：①在分离顺序上遵循先易后难的原则，先将不同碳原子数的烃分开，再分同一碳原子数的烯烃和烷烃；②将生产乙烯的乙烯精馏塔和生产丙烯的丙烯精馏塔置于流程最后，可确保这两个主要产品纯度，同时也减少分离损失，提高烯烃收率。3-15何谓非绝热精馏？何种情况下采用中间冷凝器或中间再沸器？分析其利弊？答：非绝热精馏——在塔中间对塔内物料进行冷却和加热的过程。使用条件：对于顶温低于环境温度、底温高于环境温度，且顶底温差较大的精馏塔。利：可降低分离过程的有效能损失，达到节省能量的目的。对中间再沸器而言，还可减小提馏段塔径。弊：由于中间冷凝器和中间再沸器的设置，在降低塔顶冷凝器和塔釜再沸器负荷的同时，会导致精馏段回流和提馏段上升蒸气的减少，故为了达到分离要求，就相应增加塔板数，从而增加设备投资。第5章合成气的生产过程5-3以天然气为原料生产合成气的过程有哪些主要反应？从热力学角度考虑，对反应有哪些要求？从动力学角度考虑又有哪些要求？答：主反应：CH4H2O CO3H2   CH42H2O CO24H2   （5-22）COH2O CO2H2   （5-23）副反应：主要是析碳反应CH4 C2H2    K3  （5-24）歧化：2CO CCO2    K4 （5-25）还原（消碳）：COH2 CH2O   K5 （5-26）从化学反应平衡（热力学角度）考虑：甲烷水蒸气转化过程条件是适当的高温、稍低的压力、高水碳比。从动力学角度考虑：高温、一定的压力、适当的水碳比。（1）温度的影响：k随温度的升高而升高，反应速率增大。（2）压力的影响：总压增高，则各组分分压提高，反应速率提高，同时使体积减少。（3）组成的影响（实质由水碳比决定）：原料的组成由水碳比决定，H2O/CH4过高时，甲烷分压过低，水蒸气分压高，则反应速率不一定高；反之，H2O/CH4过低时，反应速率也不会高，故水碳比要适当。5-5天然气-水蒸汽转化法制合成气过程有哪些步骤？为什么天然气要预先脱硫才能进行转化？用哪些脱硫方法较好？答：基本步骤有：原料气脱硫、脱硫后的原料气与水蒸气在一段转化炉中进行反应生成合成气、未反应的甲烷与补入的氧气或空气燃烧放热，进行转化反应、根据对合成气使用目的不同选择是否进行变换反应、脱除合成气中的二氧化碳，使成品气中只含有CO和H2。因为原料气中的硫化物主要是硫化氢和有机硫化物，后者在高温和水蒸气、氢气作用下也转变成硫化氢，催化剂表面吸附硫化氢后反应生成硫化镍，发生暂时性中毒，在轻微中毒后，当原料气中清除了硫化物后，硫化镍会逐渐分解释放出硫化氢，催化剂得到再生，但若频繁的反复中毒和再生，镍晶粒要长大，活性降低。即极少量的硫化物就会使催化剂中毒，使活性明显降低，时间不长就完全失活，所以必须先脱硫才能进行转化。用天然气制合成气时，先将原料气彻底脱硫，使总含硫量（体积分数）小于0.110-6，则采用钴钼加氢转化-氧化锌组合法较好。原因是：钴钼加氢脱硫剂先将原料中的有机硫化物氢解，转化成易于脱除的硫化氢，硫化氢再与氧化锌发生反应生成稳定的硫化锌固体，由于硫化锌难离解，净化气中总硫含量（体积分数）可降低至0.110-6以下，符合要求。5-6为什么天然气-水蒸汽转化过程需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪些型式？答：蒸汽转化法是在催化剂存在及高温条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成H2、CO等混合气，其主反应为：CH4H2O====CO3H2   从可知，是强吸热反应，需外界供热。转化过程分为两段进行，第一段转化在多管反应器进行，管间供热（加热炉），反应器称为一段转化炉；由一段转化炉出来的转化气绝热进入二段转化炉，补入氧气，氧气与转化气中甲烷燃烧放热，使转化反应继续进行。一段转化炉主要有两种炉型：一类是以美国凯洛格公司为代表所采用的顶烧炉，另一类是以丹麦托普索公司为代表所采用的侧烧炉。5-7为什么说一段转化管是变温反应器？为什么天然气-水蒸汽转化要用变温反应器？答：由于在一段转化炉中可能会产生较多的碳，影响主反应的进行，故操作中必须重视析碳反应的产生条件，采用控制反应温度沿炉管轴向分布不同的方法，以减少析碳反应的发生。A.在入口处，由于甲烷含量最高，在高温下（>700℃），甲烷会均相裂解，析出大量碳，故应着重降低裂解速率，降低温度<500℃，因存在催化剂，故反应速率不会太低，且析出的碳（少量）也及时气化，不会积碳。B.离入口1/3处，温度必须严格控制在<650℃，使甲烷充分反应，减少裂解反应的产生。C.离入口1/3处以后，温度高于650℃，此时，生成的氢气，可抑制甲烷的裂解析碳反应；同时温度逐步升高（副反应放热，加热炉供热），故有利于逆反应的发生——消碳反应速率增加，不可能积碳。综上所述，一段转化炉只有采用变温反应器，才可以减少裂解反应，保证低的甲烷残余量。显然，一段转化炉是变温反应器，同时也说明了必须采用变温反应器。第6章加氢与脱氢6-4.氨合成反应的平衡常数Kf随温度和压力是如何变化的？答：Kf仅与温度有关，与压力无关。随着温度升高，Kf降低。6-6.温度和压力对氨合成反应的平衡氨浓度及反应速率的影响？答：当温度降低，或压力增高时，都能使平衡氨浓度增大。当压力增高时，正反应速率加快，逆反应速率减慢，净反应速率提高。合成氨的反应是可逆反应，温度对正逆反应速率常数都有影响，存在最适宜温度，具体值由气体组成、压力和催化剂活性而定。6-7.惰性气体对氨合成反应的平衡浓度及反应速率的影响？答：惰性气体的存在，会使平衡氨含量明显下降，它虽然不参加反应，也不毒害催化剂，但其量仍不能太高，否则，会影响氨的合成率，降低氨产量。随着惰性气体含量的增加，会使反应速率下降，也使平衡氨浓度降低。6-11.合成氨与合成甲醇有哪些相似的地方？答：共有四处：①都是可逆放热反应，反应热与温度、压力有关。②Kf仅与温度有关，与压力无关。③存在最适宜温度曲线，催化剂床层的温度分布要尽可能接近最适宜温度曲线。④由于受平衡条件限制，合成率不高，目的产物必须经过冷凝分离后，才能将未反应的原料气进行循环，且循环气需要放空一部分。6-13.根据热力学分析，合成甲醇应在低温（<100℃，Kf值大）和高压（>30MPa，推动力大）下更为有利，工业上为什么不采用此工艺条件？答：由于反应热是随温度和压力而变化的。随着压力的升高，反应温度低于200℃时的反应热随压力变化较大，而温度高于300℃以上时，反应热随压力的变化显著减少。也就是说高压下，反应温度越低（200℃），反应热越大，在操作上就要求迅速、连续地将热量移出，也即反应物料和冷剂都要高速率操作，一旦操作偶有变化，则影响反应热的移出，势必影响反应温度，从而使反应条件变化，产生连锁反应，最终导致反应失控。因此，压力为20MPa左右时，反应温度选择300-400℃为宜，此时反应热的数值比较稳定，比较容易控制反应。若想采用更低温度进行反应，则必须降低压力，即低压、低温反应时，反应热的数值才变化不大，易于控制。即低压低温反应条件是合成甲醇的有利条件。6-14.乙苯脱氢制苯乙烯生产过程中温度和空速对选择性的影响？答：升高温度，乙苯的转化率增加而苯乙烯的选择性下降；降低温度，副反应减少，有利于苯乙烯选择性的提高。空速低，反应时间增加，转化率高而选择性显著下降；空速过大，转化率太小，选择性高，产物收率低。故最佳空速的选择，必须综合考虑原料单耗、能耗和催化剂的再生周期。第7章烃类选择性氧化7-1.分析氧化过程的和作用及其特点。答：作用：可生产比原料价值更高的化学品，不仅能生产含氧化合物（醇、醛、酮、酸等），还可生产不含氧化物（丁二烯、丙烯腈等）。特点：（1）强放热反应。故反应热的移出是很关键的问题，必须迅速地将热量移走，否则温度迅速上升，导致大量完全氧化反应发生，反应选择性显著下降，严重时可能导致反应温度无法控制，甚至发生爆炸。氧化反应放出的反应热可副产蒸汽，可回收能量。（2）反应不可逆。烃类及其它有机化合物的氧化反应的标准自由焓，故其平衡常数都很大，为不可逆反应，理论上转化率为100%，但是为了保证较高的选择性，转化率需控制在一定范围内，否则会造成深度氧化而降低目的产物的产率。（3）氧化途径复杂多样因为目的产物都是部分氧化中间产物，由于催化剂和反应条件的不同，氧化反应可经过不同的反应路径，转化为不同的反应产物，氧化的最终产物都是CO2和水。这些中间产物往往比原料的反应性更强，更易发生深度氧化，因此要获得所需的目的产物，必须选用合适的催化剂和反应条件，而催化剂的选用是决定氧化路径的关键。（4）过程易燃易爆烃类与氧或空气容易形成爆炸混合物，因此，氧化过程在设计和操作时应特别注意其安全性。7-12乙烯环氧化反应工艺条件选择的依据是什么？答：（1）反应温度：完全氧化副反应具有强烈的竞争力，而影响竞争的主要外界因素是反应温度。从动力学研究得到的结果是：环氧化反应活化能小于完全氧化反应的活化能，故反应温度增高，两个反应的速率都加快，而完全氧化反应的速率增加更快。因此，选择性必然随温度的升高而下降。选择性下降，放出的热量就愈大，控制不好就会产生“飞温”。另外，温度过高，使催化剂的活性衰退，使用寿命下降。而温度过低，虽然可得到较多的环氧乙烷，但反应速率很小，无工业价值，故为达到环氧乙烷的收率最高，工业上一般选择反应温度在220~260℃。（2）空速：与反应温度相比，此因素是次要的。空速减小，转化率提高，选择性下降；空速提高，可增大反应器中气体流动的线速度，减小气膜厚度，有利于传热。工业上采用的空速与催化剂，反应器和传热速率有关，一般在4000-8000h-1左右。（3）反应压力由于氧化反应是热力学上十分有利的反应，故压力对主副反应的平衡和选择性影响不大。但加压可提高乙烯和氧的分压，加快反应速率，提高反应器的生产能力，故工业上大都采用加压氧化法。然而压力不能过高，否则设备耐压要求提高，投资费用增加，因环氧乙烷在催化剂表面产生聚合和积碳，影响催化剂寿命。一般工业上采用2.0MPa左右。（4）原料配比及致稳气对于具有循环的乙烯环氧化过程，进入反应器的混合气由循环气和新鲜原料气混合形成，它的组成不仅影响过程的经济性，也与 安全生产 安全生产管理档案一煤矿调度员先进事迹安全生产副经理安全生产责任最近电力安全生产事故安全生产费用投入台账 息息相关。实际生产时，乙烯与O2的配比一定要在爆炸限以外。氧的含量必须低于爆炸极限浓度，乙烯的浓度也要控制。两者浓度过低时，催化剂的生产能力小；过高时，反应速度快，催化剂生产能力大，但单位时间释放的热量大，反应器的热负荷增大，若放热和移热不能平衡，就会造成飞温。因此，氧和乙烯的浓度都有一适宜值。为了提高反应时乙烯和氧的浓度，可以用加入第三种气体来改变乙烯的爆炸限，这种气体通常称为致稳气。广泛采用N2，近年采用CH4。（5）原料气纯度危害：①催化剂中毒。如硫（砷、卤）化物和乙炔。②增大反应热效应。H2、乙炔和烷（烯）烃发生燃烧反应，放出大量热，难以控制。同时，乙炔和高碳烯烃的存在加快催化剂表面的积碳失活。③影响爆炸限。氩气和氢气含量过高，改变混合气体的爆炸限，降低氧气的最大容许浓度。④选择性下降。原料气和管道中带入的铁离子使环氧乙烷重排为乙醛。环氧乙烷在水吸收塔中要充分吸收，否则会由循环气带回反应器，使转化率明显下降。二氧化碳对环氧化反应有抑制作用，但适宜的含量会提高反应的选择性，提高氧的爆炸极限浓度。原料乙烯要求杂质含量：乙炔<510-6g/L，C3以上烃<110-5g/L，硫化物<110-6g/L，氯化物<110-6g/L，氢气<510-6g/L，二氧化碳<9%。（6）乙烯转化率单程转化率过高时，由于放热量大，温度升高快，会加快深度氧化，使环氧乙烷的选择性明显降低。过低时，因循环气量过大而导致能耗增加，也造成乙烯的损失。7-13致稳气的作用是什么？答：致稳气的作用有二：①致稳气是惰性的，能减小混合气的爆炸限，增加体系安全性。②具有较高的比热容，能有效地移出部分反应热，增加体系稳定性。7-22为什么苯酐能在爆炸极限内生产？应采取哪些安全措施？答：因为邻二甲苯在常压下燃爆产生的压力约为0.6MPa，如果反应压力为0.15MPa，燃爆压力约为0.9MPa，这样不高的压力只要处理得当，不会造成危险，因此苯酐的生产工艺都是在爆炸范围内操作，但必须有有效的安全防范措施。即：①尽量缩小邻二甲苯与空气混合之处和进入装催化剂管之前的空间；②反应器壁厚略为加大，并装备防爆膜、安全阀；③采用大热容催化剂，使用高线速、防静电等措施。7-23何谓爆炸极限？其主要影响因素有哪些？答：烃类及其衍生物的气体或蒸气与空气或氧气形成混合物，在一定的浓度范围内，由于引火源如明火、高温或静电火花等因素的作用，该混合物会自动迅速发生支链型连锁反应，导致极短时间内体系温度和压力急剧上升，火焰迅速传播，最终发生爆炸。该浓度范围称为爆炸极限。爆炸极限主要与体系的温度、压力、组成等因素有关。课后习题：1化学工艺学定义、化学那工艺学研究范畴、化学工艺学与工程的关系？答：化学工艺学是将化学工程学的先进技术运用到具体的生产过程中，以化工产品为目标的过程技术。化学工程学主要研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律，他的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别释放大中的效应。化学工艺学与化学工程学都是化学工业的基础科学。化学工艺与化学工程相配合，可以解决化工过程开发、装置设计、流程组织、操作原理及方法方面的问题；此外，解决化工生产实际中的问题也需要这两门学科的理论指导。2现代化学工业的特点？答：特点是：（1）原料、生产方法和产品的多样性和复杂性；（2）向大型化、综合化，精细化发展；（3）多学科合作、技术密集型生产；（4）重视能量的合理利用，积极采用节能工艺和方法；（5）资金密集，投资回收速度快，利润高；（6）安全与环境保护问题日益突出。补充习题：1现代化学工业的特点是什么？2化学工艺学的研究范畴是什么3简述石油化工原料乙烯的用途？4利用合成气可以合成哪些产品？5※<习题二>课后习题：1. 生产磷肥的方法是哪两类？答：生产磷肥的两种方法是：（1）酸法 它是用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。硫酸与磷矿反应生成磷酸和硫酸钙结晶，主反应式为（2）热法 利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。1.   石油的主要组成是什么？常、减压蒸馏有哪几类？答：石油的化合物可以分为烃类、非烃类以及胶质和沥青三大类。烃类即碳氢化合物，在石油中占绝大部分。非烃类指含有碳、氢及其他杂原子的有机化合物。常、减压蒸馏有三类：（1）燃料型 （2）燃料—润滑油型 （3）燃料—化工型4. 石油的一次加工、二次加工介绍答：石油一次加工的方法为常压蒸馏和减压蒸馏。石油的二次加工方法有：（1）催化重整 催化重整的原料是石脑油，催化重整装置能提供高辛烷值汽油，还为化纤、橡胶、塑料和精细化工提供苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料以及提供液化气和溶剂油，并副产氢气。其催化剂是由活性组分（铂）、助催化剂和酸性载体（如经HCl处理的Al2O3）组成。（2）催化裂化 原料是直馏柴油、重柴油、减压柴油或润滑油馏分，甚至可以是渣油焦化制石油焦后的焦化馏分油。获得的产品是高质量的汽油，并副产柴油、锅炉燃油、液化气和气体等产品。催化剂是过去采用硅酸铝催化剂，目前采用高活性的分子筛催化剂。（3）催化加氢裂化 加氢裂化的原料油可以是重柴油、减压柴油，甚至减压渣油，另一原料是氢气。催化加氢裂化系指在催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应，转变成航空煤油、柴油、汽油（或重整原料）和气体等产品的加工过程。催化剂分为两类，即Ni、Mo、W、Co的非贵金属氧化物和Pt、Pd贵金属氧化物，均用硅酸铝加分子筛或氧化铝为载体。非贵金属氧化物催化剂要先进行还原活化才有活性。（4）烃类热裂解 烃类热裂解主要目的是为了制取乙烯和丙烯，同时副产丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等芳烃及其他化工原料。热裂解的原料较优者是乙烷、丙烷和石脑油。5.化工生产过程包括哪些？答：化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制。6.    化工生产过程的定义及工艺流程图是什么？答：将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程。工艺流程多彩用途是方法来表达，称为工艺流程图。7.    进行工艺流程设计常用的三种方法是什么？答：三种方法是：推论分析法、功能分析法、形态分析法。8.    浓度、温度、压力对化学平衡、反应速率的影响？答：浓度  根据反应平衡移动原理，反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动。从反应速率式可知，反应物浓度越高，反应速率越快。温度   对于吸热反应，△H＞0,平衡常数随着温度升高而增大，有利于反应，产物的平衡产率增加。对于放热反应，△H＜0，平衡常数随着温度升高而减小，平衡产率降低。反应速率常数随温度升高而增加。压力   压力对液相和固相反应的平衡影响较小。气体的体积受压力影响大，故压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大，其规律为：（1）对分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率；（2）对分子数减小的反应，压力升高，产物的平衡产率增大；（3）对分子数没有变化的反应，压力对平衡产率无影响。在一定的压力范围内，加压可减小气体反应体积，且对加快反应速率有一定好处。9.    什么是最佳反应温度？答：正、逆反应速率之差即为产物生成的净速率有一个极大值，此极大值对应的温度称为最佳反应温度。10.  催化剂的作用？催化剂的三个基本特征？答：催化剂的作用：（1）提高反应速率和选择性；（2）改进操作条件：（3）催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术。（4）催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。催化剂的三个基本特征：（1）催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。（2）催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用），但不能改变平衡。（3）催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。11.  反应过程的物料衡算和热量衡算的现实意义？答：物料衡算和热量衡算是化学工艺的基础之一，通过物料、热量衡算，计算生产过程的原料消耗指标、热负荷和产品产率等，为设计和选择反应器和其他设备的尺寸、类型及台数提供定量依据；可以核查生产过程中各物料量及有关数据是否正常，有否泄露，热量回收、利用水平和热损失的大小，从而查找出生产上的薄弱环节和瓶颈部位，为改善操作和进行系统的最优化提供依据。补充习题：1为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？2生物质和再生资源的利用前景如何？3何谓化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的。4何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？5何谓转化率？何谓选择性？对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？6催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？7在天然气开采中，有时可获得含有C6～C8烃类的天然汽油，为了改善其辛烷值，用蒸馏塔除去其中的轻组分。如果天然汽油、塔顶馏出物和塔底中等辛烷值汽油的摩尔百分数组成为：物料名称天然汽油中等辛烷值汽油塔顶馏出物1.C6H14250602.C7H162521.5303.C8H185078.510假设它们的密度为0.8g/cm3，那么，从5000桶天然汽油中能生产出多少吨中等辛烷值汽油？（1桶=42US加仑，1US加仑=3.78541dm3,1dm3=103cm3）8某蒸馏柱分离苯-甲苯混合物，其质量组成各占50%，进料流量为10000kg/d，从柱顶冷凝器回收的产品含95%苯；柱底馏出物含95%甲苯。离开柱顶进入冷凝器的产物蒸气流量是8000kg/d，全部冷凝为液体后，部分产品作为回流液返回蒸馏柱的上部，其余取出即为产品。求回流与取出产品量之比。在一个加氢裂化器中，较大分子烃经加氢裂解成较小分子烃。已知输入和输出的烃类组成为：a)烃类输入输出b)C5H1210mol%c)C6H1440mol%d)C7H1620mol%e)C12H26100mol0mol%（1）每100kmol原料烃可生产出多少C5～C7烃产品？（2）每100kmol原料烃消耗多少氢气？（3）如果原料烃的密度是0.9g/cm3,输出烃的密度是0.8g/cm3,那么每输出10m3的烃物料需要输入多少m3原料烃？9假设某天然气全是甲烷，将其燃烧来加热一个管式炉，燃烧后烟道气的干基摩尔组成为86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。试计算天然气与空气的摩尔比，并列出物料收支平衡表。10在高温下裂解天然气可获得炭黑和含氢的裂解气。已知天然气的体积组成为82.3%CH4、8.3�H6、3.7�H8和5.7%N2，产生的炭黑可以视为纯碳，裂解气含60.2%H2、23.8%CH4、2.2�H6、6.5�H4、1.4�H6、2.3�H2和3.6%N2。计算每100标准m3的天然气可生产多少千克炭黑和多少标准米3的裂解气。11某燃料气含有30%CS2、26�H6、14%CH4、10%H2、10%N2、6%O2和4%CO，与空气一起燃烧，产生的烟道气含有3%SO2、2.4%CO，其余为CO2、H2O、O2和N2。求空气的过剩百分数。12一氧化碳与水蒸气发生的变换反应为COH2O==CO2H2，若初始混合原料的摩尔比为H2O/CO=2/1，反应在500℃进行，此温度下反应的平衡常数4.88。求反应后混合物的平衡组成和CO的平衡转化率。13合成甲醇的反应为CO2H2=CH3OH，如果初始原料混合物中H2/CO=2/1，反应温度为350℃，压力为300×105Pa，在此条件下，平衡常数1.18×10-14Pa-2。那么，CH3OH的平衡浓度（体积%）为多少？14将纯乙烷进行裂解制取乙烯，已知乙烷的单程转化率为60%，若每100kg进裂解器的乙烷可获得46.4kg乙烯，裂解气经分离后，未反应的乙烷大部分循环回裂解器（设循环气只是乙烷），在产物中除乙烯及其它气体外，尚含有4kg乙烷。求生成乙烯的选择性、乙烷的全程转化率、乙烯的单程收率、乙烯全程收率和全程质量收率。5※<习题三>课后习题：1.什么是烃类热裂解？答：烃类的热裂解是将石油系烃类燃料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等）经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃、烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。2.烃类热裂解制乙烯可以分为哪两大部分？答：烃类热裂制乙烯的生产工艺主要由两部分组成，即原料烃的热裂解和裂解产物的分离。3.在烃类热裂解系统内，什么是一次反应？什么是二次反应？答：一次反应是指原料烃在裂解过程中首先发生的原料烃的裂解反应，生成目的产物乙烯、丙烯的反应属于一次反应，是希望发生的反应；二次反应则是指一次反应产物继续发生的后继反应，乙烯、丙烯消失，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭的反应属于二次反应，是不希望发生的反应。4.用来评价裂解燃料性质的4个指标是什么？答：评价裂解燃料性质的4个指标如下：①族组成—PONA值，PONA值是一个表征各种液体原料裂解性能的有实用价值的参数。裂解原料油中的各种烃，按其结构可以分为四大族，即链烷烃族、烯烃族、环烷烃族和芳香族。这四大族的族组成以PONA值来表示，其含义如下：P—烷 烃（Paraffin）；O—烯 烃（Olefin）；N—环烷烃（Naphtene）；A—芳 烃（Aromatics）。②氢含量，根据氢含量既可判断该原料可能达到的裂解深度，也可评价该原料裂解所得C4和C4以下轻烃的收率。氢含量可以用裂解原料中所含氢的质量百分数表示，也可以用裂解原料中C与H的质量比（称为碳氢比）表示。③特性因数—K，K是表示烃类和石油馏分化学性质的一种参数。K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低，它反映了烃的氢饱和程度。④关联指数—BMCI值，BMCI值是表示油品芳烃含量的指数。关联指数愈大，则表示油品的芳烃含量愈高。5.温度和停留时间如何影响裂解反应结果？答：从裂解反应的化学平衡也可以看出，提高裂解温度有利于生成乙烯的反应，并相对减少乙烯消失的反应，因而有利于提高裂解的选择性；根据裂解反应的动力学，提高温度有利于提高一次反应对二次反应的相对速度，提高乙烯收率。从化学平衡来看，为获得尽可能多的烯烃，必须采用尽可能短的停留时间进行裂解反应；从动力学来看，由于有二次反应，对每种原料都有一个最大乙烯收率的适宜停留时间。因此可以得出，短停留时间对生成烯烃有利。①对于给定原料，相同裂解深度时，提高温度，缩短停留时间，可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。②高温-短停留时间可抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低。③高温-短停留时间可使炔烃收率明显增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的双烯烃/单烯烃的比增大。6.裂解气预分馏的目的和任务分别是什么？答：裂解气预分馏的目的是：①尽可能降低裂解气的温度；②尽可能分馏出裂解气的重组分；③将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再发生稀释蒸汽；④继续回收裂解气低能位热量。裂解气预分馏的任务是：①保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗，减少压缩分离系统的进料负荷；②大大减少污水排放量；③合理的热量回收，由急冷油回收的热量用于发生稀释蒸汽，由急冷水回收的热量用于分离系统的工艺加热。7.裂解气的净化主要除掉哪几种组分？为什么要除去？原理是什么？答：裂解气的净化主要除掉酸性气体（CO2，H2S和其他气态硫化物）、水、炔烃等杂质。除去这些杂质的原因为：这些杂质的含量虽不大，但对深冷分离过程是有害的。对裂解气分离装置而言，CO2会在低温下结成干冰，造成深冷分离系统设备和管道堵塞，H2S将造成加氢脱炔催化剂和甲烷化催化剂中毒；对于下游加工装置而言，当氢气，乙烯，丙烯产品中的酸性气体含量不合格时，可使下游加工装置的聚合过程或催化反应过程的催化剂中毒，也可能严重影响产品质量，使产品达不到规定的标准。原理分别如下：⑴脱除酸性气体①  碱洗法 用NaOH作为吸收剂，通过化学吸收使NaOH与裂解气中的酸性气体发生化学反应，脱除酸性气体。②  乙醇胺法 用乙醇胺作为吸收剂，除去CO2和H2S，是一种物理吸收和化学吸收相结合的方法。⑵脱水吸附法进行干燥，采用分子筛（离子型极性吸附剂）对极性分子特别是水有极大的亲和性，易于吸附。⑶脱炔溶剂吸收和催化加氢将炔烃加氢成烷烃除去。8.脱除酸性气体有哪2种方法？各有什么优缺点？答：脱除酸性气体的方法有碱洗法和乙醇胺法两种。其优缺点如下表：方 法优 点缺 点碱洗法除酸彻底①碱不可再生，消耗量大；②适于酸含量低；③产生黄油问题；④废水处理量大乙醇胺法①吸收剂可再生；②适用酸含量高①设备要求高；②吸收双烯烃，再生易聚合9.裂解气的压缩和制冷的目的是什么？答：裂解气的压缩是为了节约冷量，因为裂解气中许多组分在常压下都是气体，其沸点很低，常压下进行各组分精馏分离，则分离温度很低，需要大量冷量。为了使分离温度不太低，可通过压缩气体适当提高压力。裂解气的制冷是为了在深冷分离过程中，利用制冷剂压缩和冷凝得到制冷剂液体，再于不同压力下蒸发以获得不同温度级位的冷冻过程。10.什么是裂解气的前加氢和后加氢工艺？答：裂解气的前加氢是指在裂解气中氢气未分离出来之前，利用裂解气中H2进行选择性加氢，以脱除其中的炔烃；后加氢是指裂解气分离出C2馏分、C3馏分后，再分别对C2和C3馏分进行催化加氢，以脱除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。11.裂解气分离流程中能耗最大的两个是什么？答：裂解气分离流程中能耗最大的两个分别是“脱甲烷”和“乙烯精馏”。脱甲烷塔是脱除裂解气中的氢和甲烷，是裂解气分离装置中投资最大、能耗最多的环节，其冷冻功耗约占全装置冷冻功耗的50%以上。由于乙烯塔温度仅次于脱甲烷塔，所以冷量消耗占总制冷量的比例也较大，约为38%～44%。补充习题：1根据热力学反应标准自由焓和化学键如何判断不同烃类的裂解反应难易程度、可能发生的裂解位置及裂解产物；解释烷烃、环烷烃及芳烃裂解反应规律，造成裂解过程结焦生炭的主要反应是哪些？2试以丙烷裂解为例，阐述烃类裂解的自由基反应机理，计算600℃，700℃，800℃，900℃，1000℃下，丙烷裂解生成物中乙烯和丙烯比例（假设无其它副反应发生）。并绘出裂解温度—乙烯（丙烯）组成的曲线。3在原料确定的情况下，从裂解过程的热力学和动力学出发，为了获取最佳裂解效果，应选择什么样的工艺参数（停留时间、温度、压力…），为什么？4提高反应温度的技术关键在何处，应解决什么问题才能最大限度提高裂解温度？5为了降低烃分压通常加入稀释剂，试分析稀释剂加入量确定的原则是什么？6试讨论影响热裂解的主要因素有哪些？评价裂解过程优劣的目标 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数（指标）是什么？7Lummus公司的SRT型裂解炉由I型发展到VI型，它的主要改进是什么？采取的措施是什么？遵循的原则是什么？你大胆的设想下一步将怎么改？8裂解气出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有几种，你认为哪种好，为什么？若设计一个间接急冷换热器其关键指标是什么？如何评价一个急冷换热器的优劣？9裂解气进行预分离的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制的杂质有哪些？这些杂质存在的害处？用什么方法除掉这些杂质，这些处理方法的原理是什么？10压缩气的压缩为什么采用多级压缩，确定段数的依据是什么？11某乙烯装置采用低压法分离甲烷，整个装置中需要的最低冷冻温度为-115℃，根据乙烯装置中出现的原料、产品，设计一个能够提供这样低温的制冷系统，绘出制冷循环示意图。并标以各蒸发器和冷凝器的温度（第一级冷凝器温度，为冷却水上水温度25～30℃）。12裂解气分离流程各有不同，其共同点是什么？试绘出顺序分离流程、前脱乙烷后加氢流程，前脱丙烷后加氢流程简图，指出各流程特点，适用范围和优缺点。13甲烷塔操作压力的不同，对甲烷塔的操作参数（温度、回流比…）、塔设计（理论板数，材质…），即未来的操作费用和投资有什么影响？14对于一已有的甲烷塔H2/CH4对乙烯回收率有何影响？采用前冷工艺对甲烷塔分离有何好处？15何为非绝热精馏，何种情况下采用中间冷凝器或中间再沸器，分析其利弊。16根据本章所学知识，试设计一个简单的流程表述烃类热裂解从原料到产品所经历的主要工序及彼此的关系。17近年来乙烯工业的主要发展方向和研究开发的热点是什么？5※<习题四>第4章课后习题1.芳烃中的“三苯”及“三烯”分别指什么？答：芳烃中的“三苯”指苯、甲苯、二甲苯；“三烯”指乙烯、丙烯、丁二烯。2.芳烃的两种原料是什么？石油芳烃主要来源哪2种原料？答：芳烃的2种原料是煤、石油；石油芳烃主要来源于石脑油重整生成油、烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油。3.芳烃馏分的分离主要有哪2种方法？原理是什么？答：芳烃馏分的分离方法主要有溶剂萃取法和萃取蒸馏法2种。其原理分别如下：溶剂萃取分离芳烃是利用一种或两种以上的溶剂（萃取剂）对芳烃和非芳烃选择溶解分离出芳烃。对溶剂性能的基本要求：对芳烃的溶解选择性好、溶解度高；与萃取原料密度差大；蒸发潜热与热容小、蒸汽压小；有良好的化学稳定性与热稳定性、腐蚀性小。萃取蒸馏是利用极性溶剂与烃类混合时，能降低烃类蒸汽压使混合物初沸点提高的原理而设计的工艺过程，由于此种效应对芳烃的影响最大，对环烷烃的影响次之，对烷烃的影响最小，这样就有助于芳烃和非芳烃的分离。4.C8芳烃（4种）分别是如何分离的？答：4种C8芳烃的分离方法如下：①邻二甲苯的分离沸点最高，与关键组分对二甲苯的沸点相差5.3℃精馏法分离。②乙苯的分离沸点最低，与关键组成对二甲苯的沸点仅差2.2℃精馏分离耗能大，在异构化装置中转化回收。③对、间二甲苯的分离由于对二甲苯与间二甲苯的沸点差只有0.75℃，难于采用精馏方法进行分离。目前工业上采用的方法主要有深冷结晶分离法、络合萃取分离法、模拟移动床吸附分离法。5.工业分离对二甲苯的方法有哪3种？答：工业分离对二甲苯的方法有深冷结晶分离法、络合萃取分离法、模拟移动床吸附分离法3种。Ⅰ.深冷结晶分离法：工业上多采用二段结晶工艺。第一段结晶，对二甲苯纯度约为85%～90%；第二段结晶对二甲苯纯度可达99.2%～99.5%。Ⅱ.络合萃取分离法：利用一些化合物与二甲苯异构体形成络合物的特性可以达到分离各异构体的目的。Ⅲ.模拟移动床吸附分离法：利用固体吸附剂吸附二甲苯异构体的能力不同进行的一种分离方法。补充习题：1简述芳烃的主要来源及主要生产过程。2芳烃的主要产品有哪些？各有何用途？3试论芳烃转化的必要性与意义，主要的芳烃转化反应有哪些？4试分析我国与美国、日本的芳烃生产各有何特点及其原因。5简述苯、甲苯和各种二甲苯单体的主要生产过程，并说明各自的特点。6简述芳烃生产技术的新进展及其主要特征。7如何理解芳烃生产、转化与分离过程之间的关系，试组织两种不同的芳烃生产方案。5※<习题五>课后习题：5.1有哪些原料可生产合成气？合成气的生产方法有哪些？近年来出现哪些生产合成气的新方法？答：制造合成气的原料是多种多样的，许多含碳资源如煤、天然气、石油馏分、农林废料、城市垃圾等均可用来制造合成气。合成气的生产方法如下：①以煤为原料的生产方法有间歇和连续两种操作方式。煤制合成气中H2/CO比值较低，适于合成有机化合物。②以天然气为原料的生产方法主要有转化法和部分氧化法。目前工业上多采用水蒸气转化法，该法制得的合成气中H2/CO比值理论上是3，有利于用来制造合成氨或氢气。③以重油或渣油为原料的生产方法主要采用部分氧化法。生产合成气的新方法：近年来，部分氧化法的工艺因其热效率较高。H2/CO比值易于调节，故逐渐收到重视和应用，但需要有廉价的氧源，才能有满意的经济性。最近开展了二氧化碳转化法的研究，有些公司和研究者已进行了中间规模和工业化的扩大试验。5.2为什么天然气—水蒸气转化过程中需要供热？供热形式是什么？一段转化炉有哪些型式？答：从热力学角度看，高温下甲烷浓度低，从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低。因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来补偿。甲烷与水蒸气反应生成CO和H2是吸热的可逆反应，高温对平衡有利，即H2及CO的平衡产率高，CH4平衡含量低。高温对一氧化碳变换反应的平衡不利，可以少生成二氧化碳，而且高温也会抑制一氧化碳岐化和还原析碳的副反应。但是，温度过高，会有利于甲烷裂解，当高于700℃时，甲烷均相裂解速率很快，会大量析出碳，并沉积在催化剂和器壁上。一段转化采用管间供热；二段转化则是温度在800℃左右的一段转化气绝热进入二段炉，同时补入氧气，氧与转化气中甲烷燃烧放热进行供热。一段转化炉的炉型主要有两大类，一类是以美国凯洛格公司为代表所采用的顶烧炉，另一类是以丹麦托普索公司为代表所采用的侧烧炉。5.9由煤制合成气有哪些生产方法？这些方法相比较各有什么优点？较先进的方法是什么？答：固定床间歇式气化制水煤气法：优点是只用空气不用纯氧，成本和投资费用低。固定床连续式气化制水煤气法：优点是可连续制气，生产强度较高，而且煤气质量也稳定。流化床连续式气化制水煤气法：优点是提高了单炉的生产能力，同时适应了采煤技术的发展，直接使用小颗粒碎煤为原料，并可利用褐煤等高灰分煤。气流床连续式气化制水煤气法：优点是扩散速率和反应速率均相当高，生产强度非常大，碳的转化率很高。通过以上可以看出较先进的方法是固定床连续式气化制水煤气法、流化床连续式气化制水煤气法和气流床连续式气化制水煤气法。5.11为什么一氧化碳变换过程要分段进行，要用多段反应器？段数的选定依据是什么？有哪些形式的反应器？答：变换反应的温度最好沿最佳反应温度曲线变化，反应初期，转化率低，最佳温度高；反应后期，转化率高，最佳温度低，但是CO变换反应是放热的，需要不断地将此热量排出体系才可能使温度下降。在工程实际中，降温措施不可能完全符合最佳温度曲线，变换过程是采用分段冷却来降温，即反应一段时间后进行冷却，然后再反应，如此分