课程名称：化学工程（一）；课程编码： 试卷编号：A（闭卷）；考试时间：120分钟
一、填空
1. 化学工业的主要原料有（ 2. 芳烃的主要转化反应有(
法，使用（
）以及水、空气。
）。
）催化剂；和低压 ）法。
）。 ）。
）下
3. 合成气生产甲醇的主要工艺有高压法，使用(
）催化剂，发展方向是（
4. 哈康法制环氧丙烷使用的过氧化物是( 5. 裂解气三种工业分离流程是（
降，稀释剂水的用量也（
)，联产物是（
），最常用的是（ ），（
）结焦。 ）。
6. 烃类热裂解生产乙烯过程中，若原料由轻变重，则乙烯（ 7. 举出两种重要的甲醇的非化工用途（ 8. 可逆脱氢反应采用较（
）的压力和较（ ）的温度可提高反应平
衡转化率。
9. 烯烃的热氯化存在（
于（
）反应和（ ）反应的竞争，高温有利
）反应的进行。
二、选择题
1、 采用催化精馏法进行工业化生产的典型产品有： A、乙烯 的：
A、二氧化碳气体 A、内加冷却管
B、硫化物 B、物料蒸发
C、C3 以上烃类 C、外循环冷却器
3、乙烯均相络合催化制乙醛采用鼓泡塔，其热量移出方式为：
4、烯烃钯盐络合催化氧化过程存在三个基本反应，其中的控制步骤是： A、烯烃的羰化反应 B、金属钯的氧化反应 C、氯化亚铜的氧化 5、工业上丙烯氨氧化制丙烯腈生产方法中，其主要的副产物之一是：
B、对二甲苯
C、异丙苯
2、以天然气为原料蒸汽转化制合成气的过程中，首先必须脱掉原料气中
A、氢氟酸
B、盐酸 C、氢氰酸
三、简答题
1、 简述烃类热裂解生产乙烯的工艺流程由哪些系统组成。 2、 举例说明芳烃转化的必要性。 3、 简述 C8 芳烃的主要分离方法。
4、 丙烯低压氢甲酰化法使用的催化剂是什么？与高压法对比简述低压
氢甲酰化法的优缺点。
B 四、计算题
1、 乙烯氧化制乙醛过程，已知：
A：新鲜乙烯 35mol/hr
B：循环乙烯 65mol/hr
C：产物包括乙醛 33.25mol/hr，
I
C
A
II
副产物 1.75mol/hr
求：（1）乙烯的单程转化率
O2
（2）生成乙醛的选择性
（3）乙醛的单程摩尔收率
I 反应器 II 分离器
(4) 乙醛的总摩尔收率及总质量收率
2、 丙烷裂解有如下两种途径：
（1）C3H8 → CH4 + C2H4
(2) C3H8 → C3H6 + H2
已知不同温度下伯、仲氢原子与自由基反应的相对速度如下：
温度（K）
773 1 3.0
1
873 1073 1 1.7
伯氢
仲氢
2.0
试估算在上述不同温度下产物中乙烯/丙烯的摩尔比。
五、论述题
1、SRT 裂解炉结构上改进措施是什么？通过分析热裂解过程前期、后期
的主要特征说明原因。
2、脱氢反应 A←→B+H2，△H0298=410KJ/mol，目的产物 B，另有副产物
C 和 D，反应后产物及副产物的沸点和组成如下：
沸点 oC
组成% 60 37 3.5
A B C
125 146 110
D
高沸物 0.5
B 在大于 95 oC 时易聚合，聚合速度随温度升高而加剧。
(a) 根据脱氢反应的特点，分析稀释气体的存在对反应的影响。
(b) 一般采用的稀释气体是什么？其作用是什么？
(c) 设计一精制流程（绘框图），注明各塔操作压力（加压、常压、减
压），说明应注意的问题。
3、 环氧乙烷及丙烯腈生产中各使用什么催化剂？分析反应过程对催化
剂要求的共同点和不同点，并阐述理由。
期末考试参考答案：
1、 填空
1. 石油、煤、天然气、生物资源
2. 歧化、烷基转移、异构化、烷基化、脱烷基化 3. Zn-Cr (Zn2O3-Cr2O3)；铜系（CuO-ZnO-Al2O3）；低压 4. 过氧化氢乙苯（或过氧化氢异丁烷）；苯乙烯（或异丁醇、异丁烯） 5. 顺序分离流程、前脱乙烷流程、前脱丙烷流程；顺序分离流程 6. 收率下降；愈来愈多；愈易
7. 甲醇蛋白；合成甲醇燃料（或甲醇合成 MTBE） 8. 低；高
9. 取代氯化；加成氯化；取代氯化
2、 选择题
1. Ｃ； 2. B； 3. B； 4. A； 5. Ｃ；
3、 简答题 1.
答：烃类热裂解生产乙烯工艺流程主要由以下系统组成：乙烷、丙烷、石脑 油、轻柴油等原料的供给与预热系统，热裂解和高压水蒸汽系统，急冷油和 燃料油系统，急冷水和稀释水蒸汽系统，压缩和深冷分离系统。
答：芳烃转化主要有：甲苯歧化与烷基转移， C8 芳烃的异构化。来自重整汽 油、裂解汽油和炼焦粗苯三种不同来源的各种芳烃的组成是不相同的，即可 能得到的各种芳烃的产量也是不相同的。因此仅从这些来源来获得各种芳烃 的话，必然会发生供需不平衡的矛盾。例如，苯的需求量很大，但上述来源 的苯却是有限的，而甲苯却因用途少有所过剩，可以通过甲苯歧化与烷基转 移增产二甲苯；又如聚酯纤维的发展需要大量的对二甲苯，而上述来源中对 二甲苯的产量较少，所以需要进行 C8 芳烃的异构化，将间二甲苯转化成对二 甲苯及邻二甲苯以满足市场的需求，调节各种芳烃的产量。
答：C8 芳烃的主要分离方法有：精馏法，主要用于从 C8 芳烃中分离邻二甲苯、 乙苯；分离对二甲苯、间二甲苯的方法主要有低温结晶法、络合萃取法和模 拟移动床吸附分离法。
答：低压羰基合成法以铑膦络合物为催化剂。用铑络合物为催化剂的低压氢 甲酰化法生产(丁)辛醇技术的工业化，是引人注目的重要技术革新。并对合 成气化学工业的发展，有极大的推动作用，该工艺的主要优点如下：
(a) 由于低压法反应条件缓和，不需要特殊高压设备，和特殊材质，耗电也 少，操作容易控制，操作和维修费比高压法节约 10～20%。
2.
3.
4.
(b) 副反应少，每生产 1000kg 正丁醛消耗丙烯 675kg，比其它方法少 35%左 右。
(c) 催化剂容易分离，利用率高，损失少，故虽然铑昂贵，但仍能在工业上 大规模使用。
(d) 污染排放非常少，接近无公害工艺。
低压法的主要不足之处是作为催化剂的铑资源烯少。 四、计算题
1. （1）乙烯单程转化率 35% （2）乙醛选择性 95% （3）乙醛的单程摩尔收率 33.25% (4) 乙醛总摩尔收率 95% 乙醛总质量收率 149.3%
2、答：丙烷分子中有 6 个伯氢原子、2 个仲氢原子，以 873K 下为例计算如下：
反应几率比数=相对速度×氢原子数
则：反应途径（1）的反应几率比数是 1×6 = 6 反应途径（2）的反应几率比数是 2×2 = 4 故：反应途径（1）占全部反应的 6÷(6+4) = 60% 反应途径（2）占全部反应的 4÷(6+4) = 40% 所以：产物中乙烯/丙烯摩尔比为 6∶4
同理可计算出 773K、1073K 下产物中乙烯/丙烯摩尔比分别为 6∶6 和 6∶3.4 五、论述题
1、 答：SRT 裂解炉结构上的改进措施有：（1）炉管由均径改进为从细到粗的变 径；（2）炉管组的前部排布由单支改进为分支、多支；（3）减少炉管组后部 的程数；这些改进措施的目的是按照裂解原理，针对裂解反应的特征，进一步 提高裂解温度、缩短停留时间并减小炉管压力降以降低烃的分压，提高乙烯收 率，减少结焦。
具体分析热裂解过程前期、后期的主要特征说明原因如下：
反应前期
1) 传热程度大
• 希望原料迅速达到反应温度，•
缩短停留时间；
• 起始浓度大，反应快，要求
多供热；
• 多路小管径，比表面积大，
反应后期
传热程度小
反应量减少，供热少，无需太 多换热面积，单一粗管即可
传热好；
2) 压力降不大 • •
前期体积增大不多； 小管径总截面积较大；
压力降大
• 体积较大，宜用粗管以降低压
力降，使烃分压降低； 结焦可能性大
采用粗管以避免结焦，延长操 作周期
3) 结焦少 •
前期二次反应不多，结焦少，• 可用细管；
从上比较可见，反应前期加大传热强度是主要的，压力降、结焦是次要的；而在 反应后期，避免压力降过大、防止结焦是主要的，传热是次要的。
2、答：稀释气体的影响：为了提高脱氢反应的平衡转化率，必须降低系统压力， 因此选择在稀释剂存在的条件下进行反应。通常采用水蒸气作为稀释剂，其作用有： （1） 降低分压，改善化学平衡，提高平衡转化率 （2） 提供反应所需热量
（3） 通过与催化剂表面的焦发生水煤气反应达到清焦作用
流程示意图如下：
(1)为防止产物 B 的聚合，塔 1 和塔 3 的塔釜温度必须控制在 950C 以下，因此塔 1 和塔 3 均需在减压条件下进行。
(2)同时可在塔 1 和塔 3 的塔釜中添加阻聚剂。
3、答：环氧乙烷生产中使用的催化剂是银催化剂，由活性组分银、载体和助催化 剂所组成。丙烯腈生产中使用的催化剂主要有两类：Mo-Bi-O 系(如 P-Mo-Bi-Fe-Co- O 五组分, P-Mo-Bi-Fe-Co-Ni-K-O 七组分催化剂) 和 Sb-O 系(如 Sb-Fe-O 催化剂)催化 剂。 共同点：
两种反应都是氧化反应，反应副产物较多，为提高产品收率，要求催化剂具有好 的选择性，使主反应具有较低的活化能。催化剂少孔、孔粗，比表面积较小，避免 在催化剂表面发生深度氧化。催化剂均为负载型，浸渍法制备。 不同点：
两种产品的生产过程中，所采用的反应器类型不同，环氧乙烷采用的是固定床， 丙烯腈采用的是流化床。所以生产环氧乙烷的催化剂关键在于传热，宜采用钢玉、 碳化硅、石英砂等载体，而生产丙烯腈的催化剂的关键在于强度高、耐磨，宜采用 微球形 SiO2 作载体。
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