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1、化工工艺两次测验测验1 1. 简述天然气水蒸气转化过程分二段进行的原因。 答：从热力学角度看，高温下甲烷平衡浓度低，从动力学看，高温使反应速率加快，所以出口残余甲烷含量低。因加压对平衡的不利影响，更要提高温度来弥补。在3MPa的压力下，为使残余甲烷含量降至0.3(干基)，必须使温度达到1000。但是，在此高温下，反应管的材质经受不了，因此，为满足残余甲烷0.3的要求，需要将转化过程分为两段进行。第一段转化在多管反应器中进行，管间供热，反应器称为一段转化炉，最高温度(出口处)控制在800左右，出口残余甲烷10(干基)左右。温度在800左右的一段转化气绝热进入二段转化炉.同时补人氧气，氧与转化气中
2、甲完燃烧放热，温度升至1000，转化反应继续进行，使二段出口甲烷降至0.3。若补入空气则有氮气带人，这对于合成氨是必要的，对于合成甲醇或其他产品则不应有氮。 2. 在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000Kg，经干燥后物料的含水量由10%降至2%以热空气为干燥介质，初始湿度H1=0.008Kg水/Kg绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05Kg水/Kg绝干气。假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。 4.今有一种工业乙烷气体，其中各组分的体积分数为98%C2H6、1%C2H4、1%C3H6。将其裂解制取乙烯，已知在冷却冷凝前的裂解气组成如下： 组分 H2 CH4
3、 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H8 C5H12 体积分数 32.97 3.63 32.20 29.44 0.71 0.27 0.47 0.31 试求：裂解后的体积增大率； 乙烷的转化率，乙烯的选择性，乙烯的收率； 每100kg工业乙烷原料气可获得多少千克的乙烯？ 解：对C原子进行物料衡算，设裂解后的体积为x，于是有 0.982+0.012+0.013=(0.03631+0.3222+0.29442+0.00713+0.00273+0.00474+0.00315)xx=1.5081 乙烷的转化率=0.98-/0.98=54.70% 乙烯的选择性=/0.98-=88.73% 乙烯的
4、收率=/0.98=48.53% 工业乙烷原料气的平均分子量为 0.9830+0.0128+0.0142=30.1 获得乙烯量为 100/30.11.50810.32228=45.17kg 5.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 29.4 9.4 29.4 则产物的量为：N2：86.4mol282419.2 g O2：
5、4.2mol32134.4 g CO2：9.4mol44413.6 g H2O ：29.4mol18338.4 g 原料的量为：N2：86.4mol282419.2 g O2：mol32736 g CH4：9.4mol16150.4g CH4/空气9.4/1008.6% 列物料衡算表得 组分 N2 O2 H2O CH4 CO2 输入 mol 86.4 23 9.4 118.8 mol% 72.7 19.4 7.9 100.0 g 2419.2 736 150.4 3305.6 Wt 73.2 22.3 4.5 100.0 输出 mol 86.4 4.2 18.8 9.4 118.8 mol%
6、72.7 3.5 15.8 7.9 99.9 g 2419.2 134.4 338.4 413.6 3305.6 Wt 73.2 4.1 10.2 12.5 100.0 6.一氧化碳与水蒸气发生的变换反应为COH2OCO2H2，若初始混合原料的摩尔比为H2OCO21，反应在500进行，此温度下反应的平衡常数KpP(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nCO1mol，则nH2O2mol，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 nCO1m nH2O=2m 生成 n
7、COnH m 产物总量n ni3 Pi22=yiP，平衡时11yCO=(1-m)yH2O=(2-m)yCO2yH2 m/3 33由4.88yCO2P.yH2.PyCOP.yH2O.Pm 得m0.865 Xco0.865/186.5% (1-m)(2-m)平衡组成: yCO0.045 yH2O0.378 yCO2yH20.288 7.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
8、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=46.4/28=1.657 kmol 转化的乙烷量=60%3.333=2.000 kmol ，未转化的乙烷量=3.333-2.000=1.333 kmol 设未反应的乙烷除了有0.133 kmol随产物乙烯带走外，其余全部返回到反应器中，即1.333-0.133=1.2 kmol 则新鲜乙烷量=3.333-1.2=2.133 kmol ，乙烯选择性=1.657/2.0=82.9% 乙烷的全程转化率=2.0/2.133=93.8% ，乙烯的单
9、程收=1.657/3.333=49.7% 乙烯全程收率=1.657/2.133=77.7% ， 乙烯全程质量收率=46.4/=72.5% 测验2 1. 加氢反应规律如何 是放热反应，平衡常数随温度的升高而减小； 是分子数减少的反应，增大反应压力，可以提高反应的平衡常数，从而提高平衡产率 提高反应物H2的用量，可以有利反应向右进行，以提高其平衡转化率； 可视为不可逆反应，温度升高，反应速率常数也升高，反应速率加快； 提高氢分压和被加氢物质的分压均有利于反应速率的增加。 2. 合成甲醇为何在高压、高温，而不是低温、高压 答：甲醇合成反应的反应热是随温度和压力而变化。当温度越低压力越高时，反应热越大
10、，所以反应温度低于300时，要严格控制压力和温度的变化。当压力为20MPa时，反应温度在300以上，此时的反应热变化最小，易于控制。所以合成甲醇的反应若采用高压，则同时采用高温，反之宜采用低温低压操作。 3. 选择性氧化反应的特点如何 反应放热量大； 反应不可逆； 氧化途径多样复杂； 过程易燃易爆。 4. 致稳气的作用？ 致稳气是惰性的，能减小混合气的爆炸限，增加体系安全性；具有较高的比热容，能有效地移除部分反应热，增加体系稳定性。 5. 常用氧化剂有哪些 常见的有空气和纯氧、过氧化氢和其他过氧化物等。 6. 甲醇低压羰化法制醋酸在技术经济上的优缺点如何 优点：可利用煤、天然气、重质油等为原料
11、，原料路线多样化，可不受原油供应和价格波动影响； 转化率和选择性高，过程能量效率高； 催化系统稳定，用量少，寿命长； 反应系统和精制系统合为一体，工程和控制都很巧妙，结构紧凑； 虽然醋酸和碘化物对设备腐蚀很严重，但已找到了性能优良的耐腐蚀材料； 用计算机控制反应系统，使操作条件一直保持在最佳化状态。 副产物很少，三废排放物也少，生产环境清洁 操作安全可靠 缺点：催化剂铑的资源有限，设备用的耐腐蚀材料昂贵。 7. 影响甲烷水蒸气转化反应平衡的主要因素： 温度：甲烷与水蒸气反应生成CO和H2是吸热的可逆反应，高温对平衡有利 水碳比：高的水碳比有利于甲烷的蒸汽重整反应，有利于抑制析碳副反应 压力：甲烷蒸汽转化反应是体积增大的反应，低压有利平衡。 总之，从反映平衡考虑，甲烷水蒸气转化过程应该用适当的高温、稍低的压力和高水碳比。
