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第一章 思考题答案
1. 按一般化工产品生产过程和作用划分，化工工艺流程可概括为哪几个过程？
按一般化工产品生产过程的划分和它们在流程中所担负的作用可概括为以下几个过程： （1）生产准备过程——原料工序
包括反应所需的主要原料、氧化剂、氮化剂、溶剂、水等各种辅助原料的贮存、净化、干燥以及配制等等。为了使原料符合进行化学反应所要求的状态和规格，根据具体情况，不同的原料需要经过净化、提浓、混合、乳化或粉碎（对固体原料）等多种不同的预处理。
（2）催化剂准备过程——催化剂工序
包括反应使用的催化剂和各种助剂的制备、溶解、贮存、配制等。 （3）反应过程——反应工序
是化学反应进行的场所，全流程的核心。经过预处理的原料，在一定的温度、压力等条件下进行反应，以达到所要求的反应转化率和收率。反应类型是多样的，可以是氧化、还原、复分解、磺化、异构化、聚合、焙烧等。通过化学反应，获得目的产物或其混合物。以反应过程为主，还要附设必要的加热、冷却、反应产物输送以及反应控制等。
（4）分离过程——分离工序
将反应生成的产物从反应系统分离出来，进行精制、提纯、得到目的产品。并将未反应的原料、溶剂以及随反应物带出的催化剂、副反应产物等分离出来，尽可能实现原料、溶剂等物料的循环使用。分离精制的方法很多，常用的有冷凝、吸收、吸附、冷冻、蒸馏、精馏、萃取、膜分离、结晶、过滤和干燥等，对于不同生产过程可以有针对性的采用相应的分离精制方法。
（5）回收过程——回收工序
对反应过程生成的一些副产物，或不循环的一些少量的未反应原料、溶剂，以及催化剂等物料均应有必要的精制处理以回收使用，因此要设置一系列分离、提纯操作，如精馏、吸收等。
（6）后加工过程——后处理工序
将分离过程获得的目的产物按成品质量要求的规格、形状进行必要的加工制作，以及贮存和包装出厂。
（7）辅助过程
除了上述六个主要生产过程外，在流程中还有为回收能量而设的过程（如废热利用），为稳定生产而设的过程（如缓冲、稳压、中间贮存），为治理三废而设的过程（如废气焚烧）以及产品贮运过程等。这些虽属于辅助过程，但也不可忽视。
化工过程通常包括多步反应转化过程，因此除了起始原料和最终产品外，尚有多种中间产物生成，原料和产品也可能是多个；因此化工过程通常由上述步骤交替组成，以化学反应为中心，将反应与分离有机地组织起来。
2. 在化工生产中评价和组织工艺流程应遵循哪些原则？
评价和组织工艺流程时应遵循以下原则： （1）物料及能量的充分利用原则
① 尽量提高原料的转化率和主反应的选择性。为了达到次目的应采用先进的技术，合理的单元操作，有效的设备和选用最适宜的工艺条件和高效催化剂。
② 充分利用原料。对未转化的原料应采用分离、回收等措施循环使用以提高总转化率。副反应物也应加工成副产品，对采用的溶剂、助剂等一般也应建立回收系统，减少废物的产生和排放。对废气、废液（包括废水）、废渣应尽量考虑综合利用，以免造成环境污染。
③ 要认真研究换热流程及换热方案，最大限度地回收热量。如尽可能采用交叉换热、逆流换热，注意安排好换热顺序，提高传热效率等。
④ 要注意设备位置的相对高低，充分利用位能输送物料。如高压设备的物料可自动进入低压设备，减压设备可以靠负压自动抽进物料，高位槽与加压设备的顶部设置平衡管可有利于进料等。
（2）工艺流程的连续化自动化原则
对大批量生产的产品，工艺流程宜采用连续操作，设备大型化和仪表自动化控制，以提高产品产量和降低生产成本，如果条件具备还可采用计算机控制；对精细化工产品以及小批量多品种产品的生产，工艺流程应有一定的灵活性、多功能性，以便于改变产量和更换产品品种。
（3）对易燃易爆因素采取安全措施原则
对一些因原料组成或反应特性等因素而潜在的易燃、易爆炸等危险性，在组织流程时要采取必要的安全措施。如在设备结构上或适当的管路上考虑安装防爆装置，增设阻火器、保安氮气等。另外，工艺条件也要作相应的严格规定，可能条件下还可安装自动报警及联锁装置以确保安全生产。
（4）适宜的单元操作及设备形式
要正确选择合适的单元操作。确定每—个单元操作中的流程方案及所需设备的形式、合理安排各单元操作与设备的先后顺序。要考虑全流程的操作弹性和各个设备的利用率。并通过调查研究和生产实践来确定弹性的适应幅度，尽可能使各台设备的生产能力相匹配，以免造成浪费。
根据上述工艺流程的组织原则，就可以对某—工艺流程进行综合评价。主要内容是根据实际情况讨论该流程有哪些地方采用了先进的技术并确认流程的合理性；论证流程中有哪些物料和热量充分利用的措施及其可行性；工艺上确保安全生产的条件等流程具有的特点。此外，也可同时说明因条件所限还存在有待改进的问题。
3. 某石化公司苯乙烯车间每年苯乙烯的生产能力为40000吨，年工作时间8000小时，原料乙苯的纯度为98%，甲苯含量2 %（重）。以反应乙苯计的苯乙烯产率为90%、苯产率3%、
甲苯产率5%、焦油产率为2%。以通入乙苯计的苯乙烯产率为40%、乙苯与水蒸气比为1：1.5（重），试对乙苯脱氢炉进行物料衡算。 解：
⑴ 计算基准为每小时生产多少千摩尔产品
40000?10008000?104?48.08kmol/h
⑵ 化学反应式
C2H5CHCH2+H2 1061042C2H5+H2CH3 106292C2H5+C2H4 1087828
C2H57C+3H2+CH4 1067 12+3 2+16
⑶ 苯乙烯生产量为48.08kmol/h，参加反应的乙苯量为
48.080.9?53.43kmol/h 53.43?106?5663kg/h 需要加入的乙苯量为
48.080.4?120.2kmol/h 120.2?106?12742kg/h 未参加反应的乙苯量为
12742?5663?7079kg/h 过程需加入水蒸气量为
12742?1.5?19113kg/h 需要消耗98%的乙苯量为 127420.98?13002kg/h 其中甲苯含量为
+CH416
13002?12742?260kg/h
参加反应的乙苯为53.43kmol/h（5663kg/h）其中转化为苯乙烯 53.43?0.9?48.087kmol/h 48.087?104?5001.048kg/h 生成的甲苯为
53.43?0.05?2.6715kmol/h 2.6715?92?246.1kg/h 生成的苯为
53.43?0.03?1.6029kmol/h 1.6029?78?125.0262kg/h 生成的焦油为
53.43?0.02?1.0686kmol/h 1.0686?12?7?89.7624kg/h 生成的乙烯为
1.6029?28?44.8812kg/h 生成的甲烷为
2.6715?16?1.0686?16?59.8416kg/h 生成的氢为
48.087?1.0686?3?2?2.6715?2?302.97kg/h ⑷ 列物料衡算表 如表所示。
表 物料衡算汇总表
加入反应器 物料名称 数量，kg/h % （重） 40.49 59.51 物料名称 未反应乙苯 水 蒸 气 苯 乙 烯 苯 乙 烯 甲 烷 甲 苯 焦 油 氢 合 计 13002 98%的乙苯 12742 乙苯 260 甲苯 19113 水蒸气 离开反应器 数量，kg/h 7079 19113 5001 125 45 60 506 89 97 32115 % （重） 22.04 59.51 15.57 0.39 0.14 0.18 1.59 0.28 0.30 100.00 合 计
32115 100.00 4. 催化剂的基本特征有哪些？催化剂的评价指标有哪些？
催化剂有以下三个基本特征：