化工工艺复习3学分

1、考试题型：考试题型：一、一、单选题与多选题（单选题与多选题（30/20分）分） 单选单选 20 题（每题题（每题 1分），分），3学分选做学分选做10题；题； 多选多选5题（每题题（每题 2分）分） 多项选择，选错不得分，少选可得分多项选择，选错不得分，少选可得分二、简述题（二、简述题（30/20分）分） 3学分学分: 6 选选 4 题题 （每题（每题 5分）分）三、反应器选项与操作分析（三、反应器选项与操作分析（20分）分） 2 小题小题 （每题（每题 10分）分）四、工艺流程解析题四、工艺流程解析题 （20分）分）五、计算题（五、计算题（20分）分）集体复习时间：集体复习时间： 2016.

2、10.28，周五上午，周五上午9:5011:30 地点：四地点：四-202 答疑答疑时间：时间：10.30 地点：地点：12-623 10:0011:00 考试前上交作业本考试前上交作业本考试时间：考试时间： 2016.10.31，周一上午，周一上午9:5511:55 地点：八地点：八-307，带计算器带计算器课程安排：课程安排：1 绪论绪论2 化工资源及其初步加工化工资源及其初步加工3 无机化工产品典型生产工艺无机化工产品典型生产工艺4 基本有机化工产品典型生产工艺基本有机化工产品典型生产工艺5 精细有机化工产品典型生产工艺精细有机化工产品典型生产工艺复习课复习课 课程内容课程内容7 化工工

3、艺计算化工工艺计算3 无机化工产品典型生产工艺无机化工产品典型生产工艺 （4 学时）学时）3.1 合成氨合成氨 4 基本有机化工产品典型生产工艺基本有机化工产品典型生产工艺（ 19 学时）学时）4.6 氯化氯化 4.1 烃类裂解烃类裂解 4.2 选择性氧化选择性氧化 4.5 羰基化羰基化 4.3 加氢与脱氢加氢与脱氢 （4 学时）学时）（6 学时）学时）（4 学时）学时）（2 学时）学时）（3 学时）学时）*4.2 选择性氧化选择性氧化 乙烯环氧化制环氧乙烷乙烯环氧化制环氧乙烷 丙烯氨氧化制丙烯腈丙烯氨氧化制丙烯腈 乙烯均相络合催化氧化制乙醛乙烯均相络合催化氧化制乙醛 * 4.3 加氢与脱氢加

4、氢与脱氢 合成甲醇合成甲醇 乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯* 4.5 羰基化羰基化 甲醇低压羰基化制醋酸甲醇低压羰基化制醋酸 * 4.6 氯化氯化 乙烯乙烯加成氯化制加成氯化制二氯乙烷二氯乙烷 乙烯乙烯氧氯化制氧氯化制二氯乙烷二氯乙烷 二氯乙烷二氯乙烷裂解制裂解制氯乙烯氯乙烯* * 概述概述* * 磺化磺化 * * 酯化酯化5 精细有机化工产品典型生产工艺精细有机化工产品典型生产工艺7 化工工艺计算化工工艺计算 * 物料衡算物料衡算* 热量衡算热量衡算* 概念题：概念题：化工工艺研究的对象、作用；化工工艺研究的对象、作用；自然界资源、九大基础原料；自然界资源、九大基础原料；催化裂化、加氢裂化

5、比较；催化裂化、加氢裂化比较；催化重整、辛烷值、常减压蒸馏；催化重整、辛烷值、常减压蒸馏；煤的干馏、煤气化、煤的干馏、煤气化、CO 变换变换-高变、低变高变、低变绪论、化工资源及其初步加工绪论、化工资源及其初步加工 1. 氮加氢制合成氨氮加氢制合成氨氢蚀现象氢蚀现象可逆放热可逆放热平衡温度曲线平衡温度曲线最优温度分布曲线最优温度分布曲线最佳操作线最佳操作线绝热式反应器型式绝热式反应器型式径向反应器特点径向反应器特点冷激式冷激式冷却式冷却式温度分布曲线温度分布曲线压降小，小颗粒压降小，小颗粒cat. 内外内外双层双层筒，减缓氢蚀筒，减缓氢蚀外筒，承压不承温外筒，承压不承温内筒，承温不承压内筒，承

6、温不承压反应温度、压力、反应温度、压力、催化剂催化剂 ？2. 烃类热裂解制乙烯烃类热裂解制乙烯一次反应一次反应二次反应二次反应工艺工艺条件条件温度温度压力压力空速空速Cat.高温高温, 800低烃分压低烃分压短停留时间短停留时间无无热力学分析热力学分析动力学分析动力学分析反应器型式反应器型式高温裂解炉高温裂解炉,结焦结焦分离特点分离特点深冷分离深冷分离五大关键设备五大关键设备裂解炉、急冷器裂解炉、急冷器三机、冷箱、三机、冷箱、乙烯球罐乙烯球罐3. 乙烯环氧化制环氧乙烷乙烯环氧化制环氧乙烷列管式固定床列管式固定床-控制温度方法控制温度方法热点问题、轴径向床层温度分布热点问题、轴径向床层温度分布抑

7、制剂、致稳剂、尾烧、催化剂抑制剂、致稳剂、尾烧、催化剂二氯乙烷、甲烷、尾烧部位？二氯乙烷、甲烷、尾烧部位？4. 丙烯氨氧化制丙烯腈丙烯氨氧化制丙烯腈流化床反应器流化床反应器氨中和，丙烯腈氨中和，丙烯腈HCN、CH3CN分离方法分离方法控温方法控温方法反应方程式、反应方程式、工艺条件、工艺条件、Cat.反应器型式、反应器型式、分离精制特点、流程分离精制特点、流程如何开车？如何开车？冷态冷态 热态热态5. 乙烯均相络合催化氧化制乙醛乙烯均相络合催化氧化制乙醛反应方程式、反应方程式、工艺条件、工艺条件、Cat.反应器型式、反应器型式、分离精制特点、流程分离精制特点、流程自然外循环自然外循环反应器，反

8、应器，无内构件？无内构件？控温方法控温方法6. CO加氢合成甲醇加氢合成甲醇反应方程式、反应方程式、工艺条件、工艺条件、Cat.反应器型式、反应器型式、分离精制特点、流程分离精制特点、流程多段冷激式多段冷激式反应器反应器控温方法？控温方法？如何开车？如何开车？冷态冷态 热态热态7. 乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯三种三种供热供热方式方式熔盐熔盐 （ KNO3 NaNO2 NaNO3） 53% 40% 7%烟道气（组成？原料？）烟道气（组成？原料？）过热过热水蒸气：水蒸气：720 反应方程式、反应方程式、工艺条件、工艺条件、Cat.反应器型式反应器型式分离特点、流程分离特点、流程8. CO和甲

9、醇羰化合成醋酸和甲醇羰化合成醋酸反应方程式、反应方程式、工艺条件、工艺条件、Cat.反应器型式、反应器型式、分离精制特点、流程分离精制特点、流程鼓泡塔式鼓泡塔式反应器反应器控温方法？控温方法？羰基化概念？羰基化概念？合成丙醇、合成丙醇、丁醇、辛醇丁醇、辛醇方法方法 ？9. 氯化氯化取代取代加成加成氧氯化氧氯化平衡氧氯化平衡氧氯化乙烯加成乙烯加成 乙烯氧氯化乙烯氧氯化二氯乙烷二氯乙烷反应方程式、反应方程式、工艺条件、工艺条件、Cat.反应器型式、流程反应器型式、流程氯乙烯氯乙烯裂裂解解值，值， 值，混酸等概念值，混酸等概念10. 精细化率、磺化、硝化、精细化率、磺化、硝化、酯化反应特点酯化反应特

10、点酯化反应特点：酯化反应特点：可逆平衡，生成水，可逆平衡，生成水，催化剂：浓硫酸催化剂：浓硫酸 或或 甲醇钠甲醇钠DOP 生产工艺生产工艺1. 氮加氢合成氨氮加氢合成氨 2. 烃类裂解制乙烯烃类裂解制乙烯3. 乙烯环氧化生产环氧乙烷乙烯环氧化生产环氧乙烷4. 乙烯络合催化氧化生产乙醛乙烯络合催化氧化生产乙醛5. 丙烯氨氧化生产丙烯腈丙烯氨氧化生产丙烯腈6. CO加氢合成甲醇加氢合成甲醇 7. 乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯 8. CO羰化合成醋酸羰化合成醋酸9. 平衡氧氯化法生产氯乙烯平衡氧氯化法生产氯乙烯 乙烯加成氯化生产二氯乙烷乙烯加成氯化生产二氯乙烷 乙烯氧氯化生产二氯乙烷乙烯乙烯氧氯

11、化生产二氯乙烷乙烯 二氯乙烷裂解生产氯乙烯二氯乙烷裂解生产氯乙烯10. 十二烷基苯磺酸的生产十二烷基苯磺酸的生产11. 苯酐和辛醇酯化合成苯酐和辛醇酯化合成 DOP1. 氮加氢合成氨氮加氢合成氨 气固相，冷原料气气固相，冷原料气 ，多段径向反应器、，多段径向反应器、 多段绝热多段绝热冷激式冷激式反应器，反应器，Fe3O4催化剂催化剂2.烃类裂解制乙烯烃类裂解制乙烯 高温、短停留时间、低烃分压高温、短停留时间、低烃分压 管式裂解炉，管式裂解炉，800900，无催化剂，无催化剂 深冷分离：冷箱、复迭式制冷深冷分离：冷箱、复迭式制冷3.乙烯环氧化生产环氧乙烷乙烯环氧化生产环氧乙烷 （气固相，列管式固

12、定床反应器）（气固相，列管式固定床反应器） Ag 4.丙烯氨氧化生产丙烯腈丙烯氨氧化生产丙烯腈 （气固相，流化床）（气固相，流化床）P-Mo-Bi-O5.乙烯络合催化氧化生产乙醛乙烯络合催化氧化生产乙醛 （气液相，自然外循环反应器）（气液相，自然外循环反应器） PdCl2-CuCl2-HCl-H2O7. 乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯 * 气固相，气固相，列管列管式式反应器（反应器（氧化铁系氧化铁系催化剂）催化剂） （烟道气供热，燃料流量或压力控制反应温度）（烟道气供热，燃料流量或压力控制反应温度）* * 绝热绝热式轴向或径向反应器式轴向或径向反应器 过热水蒸气供热过热水蒸气供热* 非顺序分

13、离流程非顺序分离流程 6. CO加氢合成甲醇加氢合成甲醇 气固相，冷原料气气固相，冷原料气 或或 冷却水冷却水控温控温 多段绝热多段绝热冷激式冷激式或或冷却式冷却式反应器反应器 氧化氧化铜、铜、氧化氧化锌锌催化剂催化剂8a.乙烯加成氯化生产二氯乙烷乙烯加成氯化生产二氯乙烷 （气液相，鼓泡塔式反应器，强制外循环反应器）（气液相，鼓泡塔式反应器，强制外循环反应器） FeCl3 8b.乙烯氧氯化生产二氯乙烷乙烯氧氯化生产二氯乙烷 （气固相，流化床）（气固相，流化床）CuCl2 为主为主 8c.二氯乙烷裂解生产氯乙烯二氯乙烷裂解生产氯乙烯 （气相，裂解炉）（气相，裂解炉） 无催化剂无催化剂9. CO羰

14、化合成醋酸羰化合成醋酸 10. 苯酐和辛醇酯化合成苯酐和辛醇酯化合成 DOP 气液相，气液相，鼓泡塔鼓泡塔式式反应器反应器 RhCl3-HI-H2O/ HAc 络合催化剂络合催化剂 气液相，气液相，第一反应器：搅拌式，无催化剂第一反应器：搅拌式，无催化剂第二反应器：第二反应器：鼓泡塔鼓泡塔式式反应器，反应器，硫酸硫酸催化剂催化剂 计算题计算题: 重点带循环部分的物料衡算重点带循环部分的物料衡算 例例 7-6 习题习题 7-7 习题习题 7-8（1）反应转化率）反应转化率 7.1.2 化工工艺学中的基本概念化工工艺学中的基本概念转化率 = 100% 100%反应掉的原料量进入反应器的原料量进入反

15、应器的原料量进入反应器的原料量=未反应的原料量单程单程转化率转化率 新鲜原料量新鲜原料量 + 循环原料量的总和循环原料量的总和 总总转化率转化率 新鲜原料量新鲜原料量 针对无循环系统：单程转化率针对无循环系统：单程转化率=总转化率总转化率针对带有循环系统：单程转化率针对带有循环系统：单程转化率总转化率总转化率 总转化率 =反应掉的原料量进入反应器的新鲜原料量 100%原料量原料量的的单位用单位用质量质量（克、千克、吨）或（克、千克、吨）或摩尔摩尔表示。表示。（2）反应）反应选择性选择性选择性 =生成某目的产物所消耗原料量反应掉的原料量 100%选择性选择性总是针对某一总是针对某一产物产物而言而

16、言转化率转化率总是针对某一总是针对某一*？而言而言仅仅是仅仅是选择性选择性高高并不意味着生产过程并不意味着生产过程就一定经济合理，选择性高，只能说就一定经济合理，选择性高，只能说明反应过程的明反应过程的副反应副反应很少很少。仅仅仅仅转化率转化率高，高，选择性选择性低，低， 意味意味 ？需要综合考虑：需要综合考虑：转化率转化率选择性收率选择性收率单程收率 =生成某目的产物所消耗的原料量进入反应器的原料量 100%（3）收率）收率单程收率单程收率的的定义定义就是第一次通过反应转化为就是第一次通过反应转化为目的产物的原料量占原料投入总量的百分比。目的产物的原料量占原料投入总量的百分比。总收率 =生成

17、某目的产物所消耗的原料量进入反应器的新鲜原料量 100%总收率总是大于或等于单程收率。总收率总是大于或等于单程收率。总总收率收率的的定义定义就是反应转化为目的产物的原就是反应转化为目的产物的原料量占料量占新鲜新鲜原料原料的百分比。的百分比。具有循环过程的物料衡算具有循环过程的物料衡算步骤：步骤：（1）写出化学反应式并配平；）写出化学反应式并配平； （2）画出物料衡算方框图，并标明各种物料；）画出物料衡算方框图，并标明各种物料；（3）以方程方式列出各节点的物料衡算关系；）以方程方式列出各节点的物料衡算关系； （4）解出方程组；）解出方程组；（5）根据题意解答。）根据题意解答。FFWMFRPSPR

18、C总物料衡算边界AB反应器分离器P有循环过程的物料衡算示意图有循环过程的物料衡算示意图依据质量守恒定律，各物流有如下关系式：依据质量守恒定律，各物流有如下关系式：对于物料输入口对于物料输入口节点节点 A：FF + + RCMF 对于物料输入对于物料输入出出节点节点 B：RC + + WSP 对于对于分离器分离器：RP P + SP P + RC + W SP、RC 和和W的的组成是相同的组成是相同的有反应过程有反应过程质量相等质量相等 对于整个过程：对于整个过程：FF = P + W 对于反应器：对于反应器： MF = RP 无反应过程无反应过程摩尔数相等摩尔数相等 在有循环的反应体系中，在有

19、循环的反应体系中，单程单程转化率转化率原料原料原料MF RPMF XMFXRPXMF100%原料原料原料FF RPMF XFFXRPXMF总总转化率转化率100%总收总收率率原料料量生成目的产物消耗的原 FFXFF100%原料料量生成目的产物消耗的原MF XMF单程单程收收率率100%以以Ni/Al2O3为催化剂，苯加氢生产环己烷。为催化剂，苯加氢生产环己烷。反应温度为反应温度为180，压力，压力1.0MPa，氢气过量。，氢气过量。例题例题 7-7.已知：已知： （1）反应原料配比：）反应原料配比：n氢气氢气n苯苯201；（2）设苯的纯度）设苯的纯度100%，转化率为，转化率为98%；（3）原

20、料氢气和循环氢气的组成见表）原料氢气和循环氢气的组成见表7-16：(4)忽略副反应、忽略副反应、忽略忽略H2、CH4在在液体产物中的溶液体产物中的溶解。反应中应避免水的存在，解。反应中应避免水的存在，CO会使催化剂中毒会使催化剂中毒 + 3H2Ni/Al2O3求：（求：（1）H2的单程转化率和总转化率；的单程转化率和总转化率；（3）氢气的放空损失量；）氢气的放空损失量；（4）对整个过程进行物料衡算。）对整个过程进行物料衡算。（2）循环比）循环比 RC/FF；解：解：FFMFRPSPABFFFF除H2O除CO反应器吸收器P 环己烷W放空尾气RC 循环气体冷凝器冷凝器未反应苯未反应苯 CO + 3

21、H2CH4+ H2O催化剂原料原料氢气预处理氢气预处理：CO会使催化剂中毒会使催化剂中毒，因此必须先除去因此必须先除去CO，采用甲烷化法脱，采用甲烷化法脱除除CO，化学反应式为：，化学反应式为：在脱除的过程中又生成了在脱除的过程中又生成了H2O，采用分子筛吸，采用分子筛吸附方法脱除附方法脱除H2O。计算结果见表。计算结果见表7-17计算出新鲜原料氢气（计算出新鲜原料氢气（FF）中各组分的含量：）中各组分的含量：X FF.H2 92/97100% = 94.85%X FF.CH4 5/97100% = 5.15%（4）设进入反应器的）设进入反应器的n苯苯 = 100 kmol， 则进入反应器的则

22、进入反应器的nH2 = 2000 kmol； 根据题意苯的转化率为根据题意苯的转化率为98%，即：转化掉的苯量为：即：转化掉的苯量为：10098%98kmol； 转化掉的转化掉的H2量为：量为：398294 kmol；未转化掉的的未转化掉的的H2量为：量为：2000-2941706 kmol（5）进行物料衡算：）进行物料衡算：以节点以节点 A 对对 H2进行衡算：进行衡算：X FF.H2FF + + X RC.H2RCMF H2 94.85%FF + + 85%RC2000-以节点以节点 B 对对 H2进行衡算：进行衡算：X RC.H2 RC + + X W.H2 WSP H2RP H2 85

23、%RC + + 85%W1706- 以整个以整个系统对系统对CH4进行衡算：进行衡算： X FF.CH4FFP + + X W. CH4 W 5.15%FF0 + + 15% W -联解联解上述上述三元一次方程组，得三元一次方程组，得FF 447.72 kmol RC 1853.34 kmol W 153.72 kmol（6）解答题目问题：）解答题目问题：H2的单程转化率的单程转化率H2H2H2MFRPMF （294/2000）100% 14.7%100%H2H2H2FFRPMFH2的的总总转化率转化率100%72.44794.85%294100% 69.23% 气体循环比气体循环比 RC/F

24、F1853.34/447.724.14氢气的放空损失量氢气的放空损失量85%W0.85153.72 130.66 kmol对整个过程进行物料衡算，见表对整个过程进行物料衡算，见表7-18。表表7-187-7以乙烯为原料的平衡型氯乙烯生产工艺以乙烯为原料的平衡型氯乙烯生产工艺制备氯乙烯，试计算年产制备氯乙烯，试计算年产20万万吨氯乙烯吨氯乙烯的装置所需的的装置所需的原料量原料量（kg/h），并分别），并分别列出直接氯化反应器、氧氯化反应器和列出直接氯化反应器、氧氯化反应器和由乙烯生产氯乙烯反应过程的物料衡算由乙烯生产氯乙烯反应过程的物料衡算表。（开工日按表。（开工日按8000h/a计）计）已知条

25、件：已知条件：（1）直接氯化直接氯化反应器：为保证氯气完全转化反应器：为保证氯气完全转化 乙烯乙烯需需过量过量 5%（2）氧氯化氧氯化反应器：为保证氯化氢完全转化，反应器：为保证氯化氢完全转化， 乙烯乙烯需需过量过量 10%，氧气过量氧气过量 2%；（3）忽略副反应，忽略生产过程的损耗量。）忽略副反应，忽略生产过程的损耗量。解：（解：（1）写出）写出乙烯直接氯化乙烯直接氯化反应、反应、氧氯化氧氯化反应和反应和二氯乙烷裂解二氯乙烷裂解制备氯乙制备氯乙烯的烯的化学反应式：化学反应式： +C2H4Cl22HCl1/2O2H2O+C2H4C2H4Cl2C2H4Cl2 C2H4Cl22 C2H3Cl2H

26、Cl2+直接氯化氧氯化裂解7362.599（2） 对以上三步反应进行计算对以上三步反应进行计算:装置生产能力装置生产能力20万吨万吨/年，折合成每小时年，折合成每小时氯乙烯生产量：氯乙烯生产量： 20100001000/8000 = 25000 kg/h根据裂解反应式，需根据裂解反应式，需 ClCH2CH2Cl 量：量：2500099/62.5 = 39600kg/h同时副产同时副产 HCl 量：量：2500036.5/62.5=14600kg/h对于氧氯化反应对于氧氯化反应要消耗要消耗 14600 kg/h HCl量，理论需量，理论需C2H4量：量： 1460028 /（36.52）= 56

27、00 kg/h考虑过量需要，实际需要考虑过量需要，实际需要C2H4量：量： 5600110%=6160kg/h理论需理论需O2量：量：5600（32/2）/（36.52）= 3200 kg/h 考虑过量需要，实际需要考虑过量需要，实际需要O2量：量： 3200102% = 3264 kg/h 氧氯化反应生产氧氯化反应生产 C2H4Cl2 量：量： 560099/28 = 19800 kg/h 氧氯化反应副产氧氯化反应副产H2O量：量：560018/28=3600kg/h 对于直接氯化反应：对于直接氯化反应：直接氯化反应生产直接氯化反应生产C2H4Cl2量：量： 3960019800 = 198

28、00 kg/h 理论需理论需C2H4量：量： 1980028/99 = 5600 kg/h考虑过量需要，实际需要考虑过量需要，实际需要C2H4量：量： 5600105% = 5880 kg/h需要需要 Cl2 量：量：1980071/99 = 14200 kg/h（3） 列出物料衡算表列出物料衡算表 氧氯化反应器物料衡算表氧氯化反应器物料衡算表直接氯化反应器物料衡算表直接氯化反应器物料衡算表 由乙烯生产氯乙烯反应全过程的物料衡算表由乙烯生产氯乙烯反应全过程的物料衡算表7-8 乙烯在银催化剂上用空气直接氧化制环氧乙乙烯在银催化剂上用空气直接氧化制环氧乙烷，烷，反应器入口和出口混合气组成为（反应器

29、入口和出口混合气组成为（/%）：）： 经过反应的出口气体经水吸收将环氧乙烷吸经过反应的出口气体经水吸收将环氧乙烷吸收后，由吸收器排出气体，皆为干气，部分收后，由吸收器排出气体，皆为干气，部分放空，其余循环使用。设新鲜乙烯中不含放空，其余循环使用。设新鲜乙烯中不含CO。 求：求：（1）画出有循环过程的方框物料流程图）画出有循环过程的方框物料流程图（2）需要加入的新鲜物料量和新鲜物料）需要加入的新鲜物料量和新鲜物料 中乙烯含量；中乙烯含量；（3）乙烯的单程转化率和总转化率；）乙烯的单程转化率和总转化率； （4）主反应的选择性；）主反应的选择性；（5）放空尾气量及乙烯的放空损失量；）放空尾气量及乙烯

30、的放空损失量；（6）列出反应过程物料衡算表。）列出反应过程物料衡算表。解：（解：（1）写出乙烯氧化制环氧乙烷的）写出乙烯氧化制环氧乙烷的化学反应式化学反应式 +C2H4H2O+C2H4C2H41/2O2O2CO23O22主反应副反应画出有循环过程的方框物料流程图画出有循环过程的方框物料流程图FFMFRPSPRCAB循环气体P 环氧乙烷反应器吸收器W放空尾气乙烯原料气（2）取）取RP=100 kmol为计算基准为计算基准对反应器进行物料衡算对反应器进行物料衡算惰性气体不参加反应，因此，惰性气体不参加反应，因此，惰性气体进口量惰性气体进口量 = 惰性气体出口量：惰性气体出口量：MFX MF惰性气体惰性气体= RPX RP惰性气体惰性气体 84%MF = 84.42%100 解得：解得：MF = 100.50 kmol对吸收器进行物料衡算：对吸收器进行物料衡算：SP = RPP=100 - -（0.80%100 + 1.01%100）= 98.19 计算计算SP中的气相产物的各气体组成：中的气相产物的各气体组成：XSPCO2=（7.84%100/98.19）100%=7.98%XSPC2H4=(2.61%100/98.19）100%= 2.66%XSPO2=（3.32