化学工艺学第二章答案

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《化学过程工艺学·第二版》课后习题参考答案·刘代俊
篇一:化学工艺学第二章答案

《化学过程工艺学》

刘代俊、蒋文伟、张昭编著第二版

第三章 思考题

1.试叙述浮选过程中需使用哪几类药剂，各起什么作用。

答: 浮选过程加入药剂是为了改变某些矿物的湿润性以达到分离的目的。浮选剂大致分为以下几类： 捕收剂--使某些矿物表面生成一层憎水膜，而与气泡结合使矿上浮。

起泡剂--促使液体形成外膜结实的气泡，并且有较长的持续时间。起泡剂亲水极性基朝向水，非极性基朝向空气，可避免气泡兼并，降低界面张力，使气泡稳定。

抑制剂--增加矿石中非上浮组分的亲水性使之完全沉底，从而提高选矿效果。

调节剂--在不再引入其他杂质的情况下，调节pH，消除有害离子的影响，调节泥浆的分散度和絮凝度。

2.已知矿石已被粗碎成400mm，现需要粉碎到0.074mm(200目),试选用适当的破碎机与流程（规模3万吨/年）

答：由题目知道，进料粒度400mm，按破碎机的进料粒度范围首先选择颚式破碎机（进料粒度250~1250mm，破碎比2.5~4），取破碎比为3.5，则出料粒度d1D0400114mm， i13.5

根据破碎比，在进料粒度允许情况下，选择锤式破碎机（进料粒度40~300mm，破碎比8~20），取破碎比15，则出料粒度d2d11147.6，到达粉碎机允许的进料粒度范围。选择球磨机（进料粒度i215

4~25mm，破碎比60~340），将破碎比控制在103左右，即可达到粉碎后粒度0.074mm.

矿石→

出料

3.简述磷矿石酸浸取分解的介微观过程，并解释为何在反应中有气体产生。

答：磷矿石酸浸取主要是磷矿先被磷酸分解成磷酸一钙，磷酸一钙再与硫酸反应生成磷酸。此外，还存在一些杂质副反应，如：第一步反应生成的氢氟酸，与磷矿中二氧化硅生成氟硅酸，氟硅酸分解有四氟化硅气体产生；磷矿中含有镁的碳酸盐，与磷酸和硫酸反应生成二氧化碳气体也是气体产生的另一种途径。

4.采用二水物工艺生产20%磷酸（P2O5）,反应温度为75℃，求此时对应的SO3 平衡浓度。

又由于矿种含有较多杂质，要求实际控制SO3浓度为4.5%，此时能否保证二水物工艺的正常进行。

解：生产20%磷酸（P2O5）时，75℃对应的A=-0.891，B=0.282，按照式3-16计算:

ws=-0.891×0.2+0.282=0.1038=10.38%

即二水物工艺生产20%磷酸（P2O5）,反应温度为75℃对应的SO3 平衡浓度为10.38%。

要求控制的控制SO3浓度为4.5%，在75℃时允许的SO3 平衡浓度范围内，所以能够保证二水物工艺的正常进行。

5.阐述单槽多桨流程中反应槽的几个区域在工艺安排上各有什么特点。

答：单槽多桨反应槽由两个同心直立圆筒组成。分解过程在环形室中基本完成，中间的内筒起消除磷矿短路和降低过饱和度的作用。环形室内有八个搅拌桨和多个阻涡挡板。搅拌桨造成料浆沿环形室以大流速朝一个方向运动形成湍流，环形区分8个小区，中心筒为第9区。第一区送人矿浆和返回的稀磷酸，第二区末端送入硫酸，第八区两个溢流口一个通向一区送去回浆，一个通向九区。料浆从九区底部打出。

第四章 思考题

1.生产乳化炸药时，黏度约为1.5×105cP，搅拌釜的容积为2.3m3，试选择合适的搅拌桨。 解：1.5×105cP=150Pa·s，2.3m3=608gal，由图4-3可知螺旋桨及涡轮适用。

2.对于平行反应，有化学反应速率式

rSk1C2

AcB,rSk2cAcB

试问，在间歇操作和连续操作中应怎样选择反应器和控制浓度，才能使产物P有较大的收率。

答：由题知，a1>a2,b1=b2,根据表4-7可得，连续反应使cA、cB都变大，使用平推流反应器或者全混流反应器串联进行操作，可以使P有较大的收率。间歇反应应尽力使cA、cB都高所以一次性加入所有A、

B.

3.讲述硫酸作催化剂对DOP生产的作用机理，并简述书中间歇法生产邻苯二甲酸增塑剂的工艺流程中硫酸的走向，并解释这样处理的原因，若采用固相催化剂时，又该怎样处理？ 答：硫酸催化剂电离出H+首先进攻单酯中羧基的酰基氧，形成碳正离子中间体，形成醇分子羟基氧原子亲核进攻的有利条件，降低反应活化能，从而加快化学反应速率，形成双酯。

间歇法生产DOP过程中的硫酸由双酯化反应釜顶部加入，在釜内催化酯化反应后，随酯化液进入中和洗涤器，被NaCO3溶液中和后随废水排出。原因：浓硫酸具有脱水氧化的作用，如长期停留在反应体系中不脱除，与醇作用易生成醛类、烯类、醚类、以及硫酸酯类副产物，影响产品色泽和酸值，为保证产品质量，在酸催化反应结束后，应立即将其从酯化液中脱离出去。

若采用固体催化剂，可以将固体催化剂安装在固定床上，使反应物流经固定床，即可发挥作用。其优点如下：①原料利用率高；②催化剂的活化温度高于硫酸法工艺的活化温度；③回收醇使用时间长，原料醇质量适应性强；④工艺废水量小，水质好，处理简单；⑤工艺热能利用率高；⑥对设备条件要求高，腐蚀小。

4.试叙悬浮聚合工艺的基本思路，并考虑氯乙烯悬浮聚合过程中有无固相产生。

答：先将去离子水加入聚合釜内，在搅拌下继续加入分散剂水溶液和其他助剂，后加引发剂，密封，抽真空，以氮气排除釜内空气。最后加入单体，升温至预定温度进行聚合，为了缩短聚合时间，也可将排氧后的釜内物料先加热至预定局和温度，然后引入单体聚合。

有固相产生。第一种由于搅拌过快，黏结成块；第二种，当聚合反应转化率较高时，液珠会基本变成固体颗粒。

5.试叙离子膜在电渗析过程中的作用。如果没有膜，能否生产烧碱，二者有何不同，可查相关资料说明。

答：离子膜的作用：运用正负离子具有选择性的特点，与反应过程进行耦合。同时膜体中的活性基团中的固定离子，排斥Cl-和OH-，从而获得高纯度氢氧化钠溶液。

如果没有膜材料，也可以生成烧碱，工业生产烧碱的方法主要通过电解食盐水溶液来制取，途径有：隔离法、水银法和离子交换法。其他两种方法都是在没有膜的情况下进行的。如果使用电渗析法，没有膜材料，则不能得到纯净烧碱，但可以得到含有烧碱的产品。

原理不同：膜分离是阴极生成氢氧根钠离子通过阳离子交换膜来到阴极一侧，结合生成烧碱。直接电解过程是电解食盐水，得到氢氧根和钠离子，结合生成烧碱。

6.某酸性萃取体系粗分离，要求获得高于90%的Gd2O3的产品，希望从60%的Gd2O3原料进行富集，主要杂质是Eu2O3和Sm2O3,Gd2O3的收率要求达到90%，试求级数。 解：已知：酸性萃取剂可以分离3价Eu/Gd，

Eu/Gd'

Eu/Gd1.46，

由于Sm/Gd与Eu/Gd相近，所以Eu、Sm这两种杂质可以作为一种杂质考虑，Gd为主产品。 由题意，设A=Eu2O3+Sm2O3 ，B=Gd2O3；则：fb0.6，PB10.9，fA1fB0.4，YB0.9.

PB10.9

1PB1bYB60.9b6 ，a8.5 Bb(1YB)6(10.9)

fA0.4

fB'fBYB0.6 ， fA'1fB'0.4 PB1

计算工艺参数：

f0.6'

Bβ1β.460.548 1.46

EM110.828 β.46

EMfB'0.8280.6E1.16 'EMfA0.8280.4'

M

nlgblg69.75 lg(βEM)lg(1.460.828)

lgalg8.59.3 1.46lg(')lgEM1.16m1

可得m5.5，因此可取m10,n10；即萃取10级，洗涤10级。

化学工艺学思考题和部分答案
篇二:化学工艺学第二章答案

课后习题

增加部分英语题型专业（词汇）

催化裂化，catalytic cracking

加氢裂化，hydrocracking

延迟焦化，delayed coking

凝析油（Natural gasoline）、

石脑油(Naphtha)、

轻柴油(Atmospheric gas oil)、

粗柴油(Vacuum gas oil)、

加氢裂化尾油(Hydrogenated tail oil)

苯（Benzene, ），

甲苯(Toluene, )，

二甲苯(Xylene, )；

乙烯，ethylene

丙烯，propylene

丁二烯，butadiene

邻二甲苯（Ortho-xylene,）、

对二甲苯（Para-xylene,）、

间二甲苯(Met-xylene,)

聚乙烯， polyethylene;

聚氯乙烯， polyvinylchlorid

聚苯乙烯， polystyrene化学工艺学第二章答案。

第三章

3-1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碳的主要反应是哪些？ 答：由表3-3 各种键能比较的数据可看1同碳数的烷烃C-H键能大于C-C键出：○

2烷烃的相对稳定能，断链比脱氢容易；○

3异构烷烃的键能性随碳链的增长而降低;○

小于正构烷烃，异构烷烃更容易发生脱氢或断链。

1烷烃裂解是强由表3-4数值，可看出：○

吸热反应，脱氢反应比断链反应吸热值更高；断链反应的标准自由焓有较大的负值，是不可逆过程，脱氢反应的标准自由焓是正值或为绝对值较小的负值，是可逆

2乙烷不发生过程，受化学平衡的限制；○

断链反应，只发生脱氢反应，生成乙烯；甲烷在一般裂解温度下不发生变化。

烷烃热裂解的规律：烷烃热裂解的一次反应主要有：①脱氢反应：RCH2-CH3↔CH＝CH2+H2②断链反应：RCH2-CH2-R′↔RCH＝CH2+R′H不同烷烃脱氢和断链的难易，可以从分子结构中键能数值的大小来判断。 a 同碳数的烷烃，断链比脱氢容易；

b烷烃的相对稳定性随碳链的增长而降低; c脱氢难易与烷烃的分子结构有关，叔氢最易脱去，仲氢次之，伯氢最难； 环烷烃裂解的规律：

a侧链烷基比烃环易裂解，乙烯收率高。 b环烷烃脱氢比开环反应容易，生成芳烃可能性大。

c长侧链的环烷烃断侧链时，首先在侧链的中央断裂，至烃环不带侧链为止；五元环比六元环较难开环。

d环烷烃裂解反应难易程度：侧链环烷烃＞烃环，脱氢＞开环。原料中环烷烃含量增加，则乙烯收率下降，丙烯、丁二烯、芳烃收率增加。

芳香烃热裂解的规律：

a芳烃的脱氢缩合反应，生成稠环芳烃甚至

结焦；

b烷基芳烃的侧链发生断裂或脱氢反应，生成苯、甲苯和二甲苯；

c芳香烃不宜作为裂解原料，因为不能提高乙烯收率，反而易结焦缩短运转周期； d各族烃的裂解难易程度：正构烷烃＞异构烷烃＞环烷烃(六元环＞五元环)＞芳烃。 造成裂解过程结焦生碳的主要反应： 1烯烃经过炔烃中间阶段而生碳○

CH2=CH2CH2=CH·CH≡CHCH≡C··C≡C·Cn

2经过芳烃中间阶段而结焦 萘○二联萘三联萘焦。

3-3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？（P72-75） 答：应选择的工艺参数有裂解温度、停留时间、烃分压、稀释剂及裂解深度。应选择高温短停留时间和较低烃分压。

3-5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？—H—H—H—H—H—H—H

化学工艺学1-5部分课后习题答案
篇三:化学工艺学第二章答案

2-1 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？

答：石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发 展至今，基本有机化工、高分子化工、精细 化工及氮肥工业等产品大约有 90%来源于 石油和天然气。90%左右的有机化工产品上 游原料可归结为三烯 （乙烯、 丙烯、 丁二烯） 、 三苯（苯、甲苯、二甲苯） 、乙炔、萘和甲 醇。 其中的三烯主要有石油制取， 三苯、 萘、 甲醇可有石油、天然气、煤制取。

2-2生物质和再生资源的利用前景如何？

答：生物质和再生能源的市场在短期内不可能取代，传统能源的市场，但是在国家和国际政策的指引下，在技术上的不断突破中，可以发现新能源在开始慢慢进入试用阶段，在石油等传统资源日益紧张的前提下，开发新能源也是势不可挡的，那么在我国生物质作现阶段主要仍是燃烧利用，但是越来越的的研究开始往更深层次的利用上转变，估计在未来的一段时间生物质能源会开始慢慢走入人们的视线

2-3 何谓化工生产的工艺流程？举例说明工 艺流程是如何组织的。

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。化工生 产工艺流程的组织可运用 推论分析、功能分析、形态 分析等方法论来进行流程 的设计。如“洋葱”模型。

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。

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？ （P75）

答：①裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂 与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负 荷和困难。②水蒸气热容量大，使系统有较 大热惯性，当操作供热不平衡时，可以起到 稳定温度的作用，保护炉管防止过热。③抑 制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀。 ④脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体 —H —H —H —H —H —H —H 应用化工技术 化学与制药工程学院的生碳反应。 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 1 ? 10 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 1 ? 10 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 600-700 ? 10 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 5 ? 10 6，丙烯产品中甲基乙 炔低于 5 ? 10 6，丙二烯低于 1 ? 10 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

3-12 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。

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？它们与原有生产方法相比有 什么优点？

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。

以上几种方法的比较：1.以天然气为原料制 合成气的成本最低；2.重质油与煤炭制造合应用化工技术 化学与制药工程学院成气的成本差不多，重油和渣油制合成气可 以使石油资源得到充分的综合利用；3.轻质油价格很贵，用它来制造合成气的成本较 高，而它很容易经其他方法加工成液体燃料 和化工原料，不必走合成气路线。 其他含碳原料(包括各种含碳废料)制合成 气在工业上尚未形成大规

模生产，随着再生 资源的开发、二次原料的广泛利用，今后会 迅速发展起来的。

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 0.1 ? 10 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 0.1 ? 10 6 以下，符合要求。

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？（P156-159）

答：生产方法有固定床间歇式气化法、固定床连续式气化法、流化床连续式气化法、气 流床连续式气化法。 固定床间歇式气化法优点：只用空气而不用 纯氧，成本和投资费用低。 固定床连续式气化法优点： ①可控制和调 节炉中温度； ②因无 N2 存在，不需放空， 故可连续制气，生产强度较高，而且煤气质 量也稳定。 流化床连续式气化法特点：提高了单炉的生 产能力，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。 气流床连续式气化法优点：一种在常压、高 温下以水蒸气和氧气与粉煤反应的气化法， 生产强度非常大。

化学工艺学答案
篇四:化学工艺学第二章答案

※<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。化学工艺学第二章答案。

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＝2419.2 g

O2：4.2mol×32＝134.4 g

CO2：9.4mol×44＝413.6 g

H2O ：2×9.4mol×18＝338.4 g

原料的量为：N2：86.4mol×28＝2419.2 g

O2：（4.2+2×9.4）mol×32＝736 g

CH4：9.4mol×16＝150.4g

CH4/空气（摩尔比）＝9.4/（86.4+23）×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 73.2

O2 23 19.4 736 22.3 4.2 3.5 134.4 4.1

H2O 18.8 15.8 338.4 10.2

CH4 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 3305.6 100.0

2-13一氧化碳与水蒸气发生的变换反应为CO＋H2O CO2＋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m mol。

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 ＝ ＝0.288

2-15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=3.333 kmol

产物中乙烷量=4/30=0.133 kmol ，生成乙烯46.4所转化的乙烷量

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