化工工艺学(2)

2019-09-02 13:41

烷基转移反应是指两个不同芳烃分子之间发生烷基转移的过程,例如

(3)C8芳烃的异构化

(4)芳烃的烷基化

3. 乙烯氧化生产环氧乙烷时为什么要加入抑制剂?

答:乙烯直接氧化过程中,如何抑制深度氧化的产生,以提高环氧化物的选择性,是一个关键问题。生产中除采用优良催化剂,控制适宜的转化率以及有效移走反应热外,在反应系统中还使用适量的副反应抑制剂。

4. 写出合成气制甲醇的主反应及主要副反应方程式。

答:

主反应:

CO +2H2CH3OH

当有二氧化碳存在时,二氧化碳按下列反应生成甲醇:

CO2 + H2 CO + 2H2

两步反应的总反应式为:

CO2 + 3H2

副反应 : (1)平行副反应 CO + 3H2 2CO + 2H2 4CO + 8H2

2CO + 4H2

CH4 + H2O CO2 + CH4 C4H9OH+3 H2O CH3OCH3+ H2O CH3OH+ H2O

CO + H2O CH3OH

当有金属铁、钴、镍等存在时,还可以发生生碳反应。 (2)连串副反应

2CH3OH

CH3OCH3 + H2O

CnH2n+1CH2OH + nH2O

CnH2n+1COOH + (n-1)H2O

CH3OH + nCO +2nH2

CH3OH + nCO +2(n-1)H2

5. 简述热碳酸钾法脱除二氧化碳的原理?

答:

6. 简述温度、蒸汽用量对CO平衡变换率的影响。

(1)温度愈低,转换率变换越明显,愈有利于反应的进行,并可以节省蒸汽。 (2)在同一温度下,多加热蒸汽有利于反应的进行,但开始时一氧化碳变换率增加很快,以后逐渐减慢。

(3)要达到很高的变换率,如96%~98%,需要大大的增加蒸汽添加量。这样不仅在经济上不合理,而且在反应时维持其热量平衡有很大的困难。 8. 分析停留时间与裂解温度的关系。

答:停留时间的选择主要取决于裂解温度,当停留时间在适宜的范围内,乙烯的生成量较大,而乙烯的损失较小,即有一个最高的乙烯收率称为峰值收率。不同的裂解温度,所对应的峰值收率不同,温度越高,乙烯的峰值收率越高,相对应的最适宜的停留时间越短,在一定的反应温度下,每一种裂解原料,都有它最适宜的停留时间,如裂解原料较重,则停留时间应短一些,原料较轻则可选择稍长一些。

9. 从热力学的角度分析合成甲醇的工艺条件。

答:(1)反应温度和压力

从热力学分析,合成甲醇是体积缩小的反应,增加压力有利于甲醇平衡产率的提

高,另一方面,压力升高的程度与反应温度有关,反应温度较高时,如Zn-Cr催化剂,则采用的压力也较高(30MPa),当反应温度较低时,如Cu-Zn-Al催化剂,则压力可降低至5~10MPa。工业合成甲醇从高压法转向低压法是合成甲醇技术的一次重大突破,使得合成甲醇工艺大为简化,操作条件变得温和,单程转化率也有所提高。但从整体效益来看,当日产超过2000t时,由于处理的气体量大,设备相应庞大,不紧凑,带来制造和运输的困难,能耗也相应提高。故提出中压法,操作压力为10~15MPa。温度在230~350℃,其投资费和总能量费用可以达到最低限度。

(2)空速

从理论上讲空速高,反应气体与催化剂接触的时间短,转化率相应降低,而李速低,转化率相应提高。对合成甲醇来说,由于副反应多,空速过低,促进副反应增加,降低合成甲醇的选择性和生产能力。当然空速过高也是不利的,甲醇含量太低,增加产品的分离困难。选择适当的空速是有利的,可提高生产能力,减少副反应,提高甲醇产品的纯度。

(3)合成甲醇原料气配比

H2/CO的化学计量比(摩尔比)为2:1,而工业生产原料气除H2和CO外,还有一定量的CO2,常用H2-CO2/(CO+CO2)=2.1±0.1作为合成甲醇的新鲜原料气组成,实际上进人合成塔的混合气中H2/CO之值总是大于2。而实际进入合成塔的混合气中H2/CO>>2。

其原因是,氢含量高可提高反应速率;降低副反应的发生;氢气的导热系数大,有利于反应热的导出,易于反应温度的控制。 此外,原料气中含有一定量的CO2,可以减少反应热量的放出,利于床层温度控制,同时还能抑制二甲醚的生成。

原料气中除H2、CO和CO2外,还有CH4和Ar气等惰性气体,虽然新鲜气中它们的含量很少,由于循环积累的结果,其总量可达15%~20%,使H2和CO的分压降低,导致合成甲醇转化率降低,为保持一定量的惰性气体,须排放一定量的循环气,造成原料气的浪费。

10. 乙烯生产环氧乙烷的原料配比中为什么要严格控制乙炔的含量?

答:在乙烯直接氧化过程中,乙炔是非常有毒的杂质,乙炔于反应过程中发生

燃烧反应,产生大量的热量,使反应温度难以控制在反应条件下,乙炔还可能发生聚合而粘附在银催化剂表面、发生积炭而影响催化剂活性,要严格控制乙炔的含量。

11. 简述影响变换反应平衡组成的因素。

? 温度的影响

? 水蒸气添加量的影响 ? 压力的影响 ? CO2的影响 ? 催化剂的影响

12. 简述空速对氨合成生产强度的影响。

答:空间速度直接影响氮合成系统的生产能力,空速太小,生产能力低,不能完成生产任务。空速过高,减少了气体在催化剂床层的停留时间,合成率降低,循环气量要增大,能耗增加,同时气体中氨含量下降,增加了分离产物的困难。过大的空速对催化剂床层稳定操作不利,导致温度下降,影响正常生产。故空速的选择~般根据合成压力、反应器的结构和动力价格综合考虑。低压法常取5000~10000h-1中压法取15000~30000h-1,而高压法可达60000h-1。

五、计算题

1. 利用标准自由焓计算裂解反应

C2H6 C2H4+H2

在 10000K下进行反应的平衡常数Kp和平衡转化率X(裂解反应按常压处理)。 标准自由焓:

H2:0.00 kJ/mol C2H6:109.22 kJ/mol C2H4:118.09 kJ/mol


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