工藝學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)

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流程框圖

一、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑

烴類蒸汽轉(zhuǎn)化都是在1000℃下反應(yīng)，其反應(yīng)速度也很慢，需加催化劑。①活性組分：10～25％（重量）Ni

②載體：α-Al2O3,MgO-Al2O3,ZrO2-Al2O，CaO-Al2O3③活化：原因，鎳的氧化物無活性目的，還原氧化物、脫除微量毒物④中毒：硫和鉛等。

對催化劑的要求：①高活性；②高強(qiáng)度；③較好的熱穩(wěn)定性和抗析碳能力1、催化劑的活性組分、助催化劑和載體

①活性組分：從性能和經(jīng)濟(jì)方面考慮，活性組分，鎳為最正確。NiO為最主要活性成份。實(shí)際加速反應(yīng)的活性成份是Ni，

②助催化劑：提高鎳的活性、延長壽命和增加抗析碳能力。

③鎳催化劑的載體：使鎳高度分散、晶料變細(xì)、抗老化和抗析碳等作用。催化劑中毒

（1）SS≤0.5ppm,可逆性中毒催化劑活性越高，允許S含量越低。溫度越低，S對鎳催化劑毒害越大。

（2）As永久性中毒As來源:含As堿液脫碳（3）鹵素鹵素≤0.5ppm,永久性中毒

二、合成氣催化劑

?鐵系催化劑

?未還原前FeO+Fe2O3，可視為Fe3O4，尖晶石結(jié)構(gòu)。?Al2O3:結(jié)構(gòu)型促進(jìn)劑，改善還原態(tài)鐵的結(jié)構(gòu)

?MgOK2O:電子型促進(jìn)劑，有利于氮?dú)獾奈胶突罨?CaO

二、催化劑的還原與活性保持

?（1）還原

?反應(yīng)的活性組成是金屬鐵，所以使用前要將催化劑還原。尋常用氫氣作還原劑：?Fe3O4(s)+4H2(g)=3Fe(s)+4H2OkJ/kmol

?確定還原條件的原則：①使完全還原為a-Fe。②保持還原鐵晶粒具有大的表面積、

大的活性中心。

?還原溫度一般選500-520℃，根據(jù)反應(yīng)式可確定H2/H2O之比要盡可能高

三、乙苯催化脫氫催化劑的選用

?乙苯在高溫下脫氫時，主要產(chǎn)物是苯！

?脫氫反應(yīng)是在高溫、有氫和大量水蒸氣存在下進(jìn)行的

?脫氫催化劑的活性組分是氧化鐵，助催化劑有鉀、釩、鉬、鎢、鉻等氧化物Fe2O3:K2O:Cr2O3=87:10:3組成的催化劑乙苯的轉(zhuǎn)化率可達(dá)60%，選擇性為87%

催化劑種類

①Cr2O3/Al2O3

烷烴烯

不能有水(侵占活性中心)減壓操作

失活快（易結(jié)焦），用含O2的煙道氣再生。②氧化鐵系催化劑

H2O：稀釋劑，氧化劑

助劑:Cr2O3熱穩(wěn)定性K2O降低酸度，防結(jié)焦氧化鐵系催化劑：

?（1）助催化劑Cr2O3提高熱穩(wěn)定性

K2O改變催化劑表面酸度，防止結(jié)焦，催化水煤氣反應(yīng)，促進(jìn)催化劑的自再生能力

?（2）小粒徑，低比表面，異型，大空隙率，減少內(nèi)擴(kuò)散阻力，可提高選擇性?（3）催化劑及催化劑再生的優(yōu)化配置

a.第一段：高選擇性催化劑，然后高活性催化劑b.水蒸汽管插入不同位置，輪番開啟活化

⑤催化劑顆粒度對反應(yīng)的影響

?脫氫反應(yīng)的選擇性隨粒度的增加而降低

?解釋為主反應(yīng)受內(nèi)擴(kuò)散影響比較嚴(yán)重，而副反應(yīng)受內(nèi)擴(kuò)散影響較小的起因

?工業(yè)上常采用較小的顆粒度催化劑，以減少催化劑的內(nèi)擴(kuò)散阻力

同時還可將催化劑進(jìn)行高溫焙燒改性，以減少催化劑的微孔結(jié)構(gòu)

四、二氧化硫氧化用催化劑

鉑活性高；價貴，易中毒。氧化鐵價廉；≥640℃才有活性。釩催化劑活性高，價中，穩(wěn)定性好?！镏鞔呋瘎￢2O5★助催化劑K2O,Na2O★載體SiO2

?釩催化劑的主要毒物是砷、硒、氟和酸霧。

1.砷的毒害主要表達(dá)在兩個方面：一是釩催化劑能吸附As2O3，堵塞催化劑活性表面；

二是在500℃以上高溫V2O5能與As2O3生成V2O5?As2O5，這是一種易揮發(fā)物質(zhì)，從而造成釩的損失。

2.硒在溫度較低時對釩催化劑有毒害，但加熱后(400-500℃)可以復(fù)原。3.HF能與二氧化硅生成SiF4，破壞載體，使催化劑粉碎。F還能與V反應(yīng)生成VF5,其

沸點(diǎn)低(112.2℃)，也要造成釩的損失。

4.酸霧腐蝕鋼設(shè)備，腐蝕的粉塵落在催化劑表面上使其活性降低。同時積累的Fe2SO4

可能使催化劑結(jié)塊。

反應(yīng)器

37、乙苯催化脫氫合成苯乙烯工藝中脫氫部分用哪兩種類型的反應(yīng)器，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)。答：分為：（1）等溫反應(yīng)器和(2)絕熱反應(yīng)器。等溫反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)是出口溫度高于進(jìn)口，對動力學(xué)、熱力學(xué)有利：采用等溫反應(yīng)器脫氫，乙苯轉(zhuǎn)化率選擇性都好，另外水僅作為稀釋，用量為絕熱的1/2，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)繁雜，成本高；絕熱反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)是簡單，生產(chǎn)能力大，成本低。缺點(diǎn)：出口溫度低于進(jìn)口影響轉(zhuǎn)化率，因此絕熱反應(yīng)器脫氫，不僅轉(zhuǎn)化率較低，選擇性也較低。

27、氣－固相催化氧化反應(yīng)常用的反應(yīng)器有哪些兩種類型，如何及時移走反應(yīng)熱？答：烴類氣—固相催化氧化反應(yīng)器常用的有固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器。

對于固定床反應(yīng)器，常見的為列管式換熱反應(yīng)器。催化劑裝填在管內(nèi)，管間載熱體循環(huán)以移出熱量；

流化床反應(yīng)器床層內(nèi)設(shè)置U形垂直冷卻管，內(nèi)走載熱體將反應(yīng)熱帶出。

28、烴類氣－固相催化氧化反應(yīng)常用的流化床反應(yīng)器，為什么設(shè)U形垂直管？

答：烴類氣—固相催化氧化反應(yīng)器常用的流化床反應(yīng)器。設(shè)置U形垂直冷卻管，不僅移走了反應(yīng)熱，維持適合的反應(yīng)溫度,而且還起到破碎流化床內(nèi)氣泡,改善流化質(zhì)量的作用。25、氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷和一氧化碳變換過程都屬于放熱反應(yīng)，采用什么類型的反應(yīng)器？它們?nèi)绾我谱邿崃康?？答：氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷采用列管式反應(yīng)器，移熱是通過管間通加壓熱水產(chǎn)生蒸汽帶走熱量；一氧化碳變換采用多段絕熱反應(yīng)器，移熱方式：中間間接冷卻式，原料氣冷激式，水冷激式。

28、烴類氣－固相催化氧化反應(yīng)常用的流化床反應(yīng)器，為什么設(shè)U形垂直管？

答：烴類氣—固相催化氧化反應(yīng)器常用的流化床反應(yīng)器。設(shè)置U形垂直冷卻管，不僅移走了反應(yīng)熱，維持適合的反應(yīng)溫度,而且還起到破碎流化床內(nèi)氣泡,改善流化質(zhì)量的作用。

反應(yīng)原理

凈化分開

20、裂解氣中主要有哪些雜質(zhì)？為何脫除？如何脫除？答：裂解氣中的雜質(zhì)主要有酸性氣體、水、炔等酸性氣體主要是CO2，H2S和其他氣態(tài)硫化物。

其危害有：(1)乙烯、丙烯純度降低；(2)H2S：腐蝕設(shè)備管道；分子篩壽命降低；使加氫脫炔用催化劑中毒；(3)CO2：低溫下結(jié)成干冰堵塞設(shè)備管道；在生產(chǎn)聚乙烯等時酸性氣體積累造成聚合速度降低、聚乙烯的分子量降低。脫除方法：化學(xué)吸收法水：危害：低溫下，水凍結(jié)成冰，而且與輕質(zhì)烴形成白色結(jié)晶水合物，如CH4·6H20、C2H6·7H20、C3H8·7H20等。這些固體附著在管壁上，既增加動能消耗，又堵塞管道。脫水方法—分子篩吸附法

脫炔—危害：炔烴影響乙烯和丙烯衍生物生產(chǎn)過程

影響催化劑壽命；惡化產(chǎn)品質(zhì)量；形成擔(dān)憂全因素；產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)品脫除方法：催化加氫脫炔和溶劑吸收法

2、合成氣中主要有哪些雜質(zhì)？有何危害？如何脫除？

答：合成氣中主要含有硫化物、CO和CO2、少量碳氧化物等雜質(zhì)

（1）硫化物主要是有機(jī)硫和無機(jī)硫，催化劑中毒，有機(jī)硫的脫除以干法為主，無機(jī)硫可以采用干法和濕法;

（2）CO變換為CO2，CO2是合成氨催化劑毒物，太高CO2影響甲醇收率CO2可以再利用合成尿素、純堿、NH4HCO3等；CO2采用吸收法

（3）少量碳氧化物的清除，防止CO、CO2、O2和硫化物等對氨合成催化劑的毒害作用

液氮洗滌法,銅氨液吸收法,甲烷化法

11、硫鐵礦焙燒爐氣的主要雜質(zhì)有哪些危害？怎樣清除？

通過沸騰爐培燒硫鐵礦得到的爐氣中，除了含有SO2和O2是轉(zhuǎn)化工序所需的有用氣體、N2是惰性氣體外，還含有其它一些有害物質(zhì)，必需除去。

1、礦塵的清除

工業(yè)上對爐氣礦塵的清除，依塵粒大小，可相應(yīng)采取不同的凈化方法。塵粒較大的(10μm以上)可采用自由沉降室或旋風(fēng)分開器等機(jī)械除塵設(shè)備；塵粒較小的(0.1—10μm)可采用電除塵器；

更小顆粒的礦塵(＜0.05μm)可采用液相洗滌法。2、砷和硒的清除

三氧化二砷和二氧化硒常用水或稀硫酸洗滌爐氣來清除。從表4-5可以看出，兩者飽和蒸汽壓隨溫度下降顯著降低。溫度降到50℃以下氣相中含量已經(jīng)很少。洗滌形成的固體顆粒，形成酸霧凝聚中心，在除霧器可以將其除去。3.酸霧的清除

酸霧霧滴的直徑很小，很難除去，洗滌時只有小部分被酸吸收，大部分只能在后續(xù)的電除霧器中除去。電除霧器的原理與電除塵器一樣，只不過是除去液態(tài)霧滴罷了。

即使用電除霧器，也要采取增大霧滴直徑的基本措施來保證除霧效果。霧滴直徑越大，表面效應(yīng)越少，與平面液體差異越小。工業(yè)上往往設(shè)置冷卻塔既降低溫度又通過增濕來增大霧滴直徑。

流程分析

42、根據(jù)氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖和合成氨工藝流程示意圖，請回復(fù)以下問題：（1）它們是如何移熱的？

（2）氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖中原料氣（乙烯和氧氣）為什么要混合后通入？（3）氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖中為什么通入致穩(wěn)氣？

（1）氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖，移熱是通過管間通加壓熱水產(chǎn)生蒸汽帶走熱量，而合成氨工藝流程中，移熱是采取原料氣四段冷激式直接接觸。（2）由于是純氧參與到循環(huán)氣和乙烯混合氣中，必需使氧和循環(huán)氣迅速混合達(dá)到安全組成，如混合不好很可能形成氧濃度局部超過極限濃度，進(jìn)入熱交換器時易引起爆炸危險。

（3）致穩(wěn)氣是惰性的，能減小混合氣的爆炸限，增加體系安全性；具有較高的比熱容，能有效地移出部分反應(yīng)熱，增加體系穩(wěn)定性。

43、根據(jù)氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖和一段法乙烯絡(luò)合催化氧化生產(chǎn)乙醛工藝流程，請回復(fù)以下問題：

(1)氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖中為什么通入致穩(wěn)氣？

(2)氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖中原料氣（乙烯和氧氣）為什么要混合后通入，而一段法乙烯絡(luò)合催化氧化生產(chǎn)乙醛工藝流程中原料氣（乙烯和氧氣）可分別進(jìn)入反應(yīng)器？(3)它們是如何移熱的？

答：（1）致穩(wěn)氣是惰性的，能減小混合氣的爆炸限，增加體系安全性；具有較高的比熱容，能有效地移出部分反應(yīng)熱，增加體系穩(wěn)定性。（2）由于是純氧參與到循環(huán)氣和乙烯混合氣中，必需使氧和循環(huán)氣迅速混合達(dá)到安全組成，如混合不好很可能形成氧濃度局部超過極限濃度，進(jìn)入熱交換器時易引起爆炸危險。（3）氧氣法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷工藝流程示意圖，移熱是通過管間通加壓熱水產(chǎn)生蒸汽帶走熱量，而一段法乙烯絡(luò)合催化氧化生產(chǎn)乙醛工藝流程，移熱是靠水和乙醛汽化帶走熱量。

10．根據(jù)下面的流程圖表達(dá)生產(chǎn)發(fā)煙硫酸的工藝流程。

16、附圖為以自然氣為原料的日產(chǎn)千噸的大型合成氨廠的轉(zhuǎn)化工段流程圖。請參考此流程圖回復(fù)以下問題：

（1）1#設(shè)備的作用是什么？（2）2#設(shè)備的作用是什么？

（3）此工藝為何要設(shè)置二段轉(zhuǎn)化？

（4）為何要向二段轉(zhuǎn)化器中引入經(jīng)預(yù)熱至450℃左右的空氣？

（5）此工藝的壓力為何選3MPa？

17、附圖為大型合成氨廠采用的工藝流程。請參考此流程圖回復(fù)以下問題：（1）為何采用二段壓縮？

（2）13#合成塔是何種形式的合成塔？

（3）惰性氣體含量對平衡氨濃度有何影響？

（4）溫度對合成氨有何影響？

（5）簡述此工藝中能量是如何充分合理利用的。

流程設(shè)計

35、乙烯絡(luò)合催化氧化制乙醛，定性說明反應(yīng)要選擇的條件(溫度，壓力)，為其選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器，畫出該反應(yīng)器的示意草圖(外殼形狀，催化劑床層，物料進(jìn)出口，特征部件)，并反映出該反應(yīng)器的控溫手段。

答：工藝條件：溫度120-130℃，壓力400-500KPa，催化劑PdCl-CuCl水溶液。

22控溫手段：通過加壓熱水移走反應(yīng)熱，通過控制副產(chǎn)蒸汽壓力來控溫。

用連續(xù)鼓泡床反應(yīng)器，如圖：乙醛

PdCl2-CuCl2循環(huán)氣（氧8%）

蒸汽乙烯加壓熱水空氣

44、試?yán)L制乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程圖，包括反應(yīng)和精制二部分，已知反應(yīng)溫度580-620℃，反應(yīng)壓力0.05MPa，具體要求如下：

（1）注明設(shè)備的名稱及所有可能采用的反應(yīng)器的型式；（2）試說明水蒸汽的作用是什么？

(3)注明各物流的名稱并用箭頭標(biāo)出物流的走向。答：流程圖如下：

1、加熱爐2、固定床(列管式或絕熱式)、3、預(yù)熱器4、冷凝器5、氣液分開器6、乙苯分開塔物料名稱：

7、循環(huán)乙苯8、粗苯乙烯9、水

10、甲苯11、苯12、精制苯乙烯

水蒸汽(1)稀釋作用，(2)預(yù)熱作用

（3）該流程的分開部分為何不選用常見的順序分開流程？試分析原因？

先分開關(guān)鍵組分乙苯-苯乙烯(沸點(diǎn)最接近)，防止苯乙烯自聚;后分開苯-乙苯，乙苯需循環(huán)使用。

34、丙烯氨氧化制丙烯腈，定性說明反應(yīng)要選擇的條件(溫度，壓力，催化劑)，為其選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器，畫出該反應(yīng)器的示意草圖(外殼形狀，催化劑床層，物料進(jìn)出口，特征部件)，并反映出該反應(yīng)器的控溫手段。

答：工藝條件：溫度-450℃，壓力常壓，催化劑Mo系，三組元或七組元。

用流化床反應(yīng)器

控溫手段：設(shè)置U形垂直冷卻管，內(nèi)走載熱體加壓熱水將反應(yīng)熱帶出，通過控制副產(chǎn)蒸汽壓力來控溫。

9、用轉(zhuǎn)化器將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，已知：①催化劑床層分四段，段間采用外部換熱器；

②在催化劑下，SO2最適合的轉(zhuǎn)化溫度是430℃～580℃，需要與換熱器換熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器；③四段轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)過冷卻換熱進(jìn)入吸收塔2；④轉(zhuǎn)化流程采用(3+1)型二轉(zhuǎn)二吸流程。

請根據(jù)所給條件畫出二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的原則流程圖。

8、某反應(yīng)器催化劑床層有五段，用于二氧化硫的轉(zhuǎn)化，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在1-2段間用原料氣冷激，在2-3,3-4段間采用外部間接換熱方式，在4-5段間采用內(nèi)部冷卻管間接換熱，5段后的熱量采用外部間接換熱方式。移出的熱量都與原料氣換熱，請畫出五段換熱式轉(zhuǎn)化器示意圖來。

33、下圖為丙烯氨氧化制丙烯腈的流化床反應(yīng)器，圖中有錯誤，請改正。

?用絕熱式反應(yīng)器將乙苯進(jìn)行脫氫反應(yīng)，已知：?①熱量靠過熱蒸汽（720℃）帶入；

?②催化劑床層分三段，段間補(bǔ)充過熱蒸汽(內(nèi)部間接)；?③反應(yīng)溫度比較高，需要設(shè)置一個乙苯加熱爐；

?④苯、甲苯、乙苯、苯乙烯和焦油通過普通精餾分開。

根據(jù)條件，乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，供給過熱蒸汽，而且采用的方式是段間通入。乙苯與苯乙烯的沸點(diǎn)相接近，為關(guān)鍵組分，苯，甲苯比乙苯低，焦油最高，故先分開乙苯與苯乙烯。其原則流程圖如下：