精细化工反应过程与设备期中考试题答案(工程)

沈阳工业大学工程学院第1页，共3页2012－2013学年第一学期试题名称：精细化工反应过程与设备（期中）适用专业:2010级应用化学专业一、选择题（将正确答案填在括号内，每题1分，共10分）1、下面的反应器(a)为按几何形式进行分类。a管式反应器b间歇釜式反应器c均相反应器d绝热反应器2、某反应按照由低温到高温变温操作效果好，则该反应器的设计通常需要（a）和热量衡算方程联立求解。a.物料衡算方程、动力学方程b.物料衡算方程、动量衡算方程c.动力学方程d.动量衡算方程3、某放热反应①从326.0K开始在绝热条件下进行反应，在温度达到373.0K时开始等温反应②反应始终在373K等温进行。那么二者达到相同的转化率所需反应时间的关系为（a）。a①＞②b①＜②c①＝②4、反应体积与反应器实际体积的比值称为设备装料系数，其值大小与（d）有关。a.反应器容积b.反应器内物料温度c.设备的大小d.物料的发泡性5、下面搅拌器搅拌流体产生的流型以轴向流为主的是（a）。a推进式搅拌器b涡轮式搅拌器c桨式搅拌器d锚式搅拌器6、将豆油分散到水中制成豆油-水的悬浮液，则该非均相液体的分散过程适宜的搅拌器为（a）。a.涡轮式搅拌器b.推进式搅拌器c.平桨式搅拌器d.锚式搅拌器7、对于连串反应A+B→P→S,P为主产物，生成S的反应级数为1，生成P的反应级数为2，则适宜选用的反应器为（a）。a.间歇釜式反应器b.单釜连续反应器c.半间歇釜式反应器d.多釜串联反应器8、对于平行反应A+B→P,2A+B→S,P为主产物，生成S的反应级数为1，生成P的反应级数为2，则适宜选用的反应器为（a）。a.间歇釜式反应器b.单釜连续反应器c.半间歇釜式反应器d.多釜串联反应器9、使用普通夹套换热，要求换热介质温度高于200℃，适宜的换热介质为（b）。a.高压气水混合物b.有机载热体c.高压饱和蒸汽d.低压饱和蒸汽10、下面换热结构可以同时具有换热和改变物料流动状态的是（c）。a.普通夹套b短管焊接加强夹套c.立式蛇管d.蜂窝夹套二、判断题（每题1分，共10分）1、搅拌良好的釜式反应器可以认为符合理想置换流动模型。（×）2、细长型的管式反应器可近似地看成理想混合反应器。（×）3、因为反应速率恒为正值，所以对于原料的反应速率表示为VdtdnrAA。（√）4、若反应速率的定义式写成dtdnVrii1=，则在数值上反应组分有关。（×）5、化学反应的活化能愈大，温度对反应速率的影响就愈敏感，高温更有利于高活化能反应的进行。（√）6、对于任何反应类型，提高反应物的浓度均有利目标产物的生成。（×）7、对于等温操作的间歇反应器，其传热量变化规律可以根据化学反应速率来确定。（√）8、间歇釜式反应器与半间歇釜式反应器内物料的操作参数均随时间而变，均属于非稳态过程。（√）9、连续釜式反应器稳定定常态操作的必要条件是Qg=Qr且dTdQdTdQrg。（×）10、切线流的优点是可以提高夹套的传热速率，但对其它过程往往产生不利影响，使搅拌效率降低。因此工业生产中需要克服之。（√）三、简答题（每题5分，共30分）1、根据精细化工产品生产的主要特点说明对化学反应器的基本要求？(1)有较好的适应性，以完成多品种或多步反应；(2)能使反应物有合理的浓度、温度分布，以尽可能地抑制副反应的发生；(3)在结构上应能确保传质效果；(4)有较强的传热能力；(5)要求设备材料、型式和结构具有可靠的机械强度和抗腐蚀性能。题号一二三四总分得分沈阳工业大学工程学院第2页，共3页2.确定反应器体积依据的基本方程有哪些？方程的确立包括哪些步骤？确定反应器体积依据的基本方程有：物料衡算式、热量衡算式、动量衡算式、反应动力学方程。方程的确立的步骤为：①变量的确定，包括自变量和因变量②控制体积的确定：即在多大的空间范围内进行各种衡算。其选择原则是以能把化学反应速度视做定植的最大空间。③依据相应理论建立上述衡算式。3.化工厂常见的高温热源有哪些？化工厂常见的高温热源有高压饱和蒸汽、高压气水混合物、有机载热体、烟道气、电加热等。4.常见的搅拌附件有哪些？说明其各自的用途和安装方式。常见的搅拌附件有挡板和导流筒。挡板的作用：加剧流体的湍动程度，消除切线流，提高搅拌器的剪切性能。挡板的安装方式：贴壁垂直安装、贴壁倾斜安装、离壁垂直安装、离壁倾斜安装、有传热蛇管时安装在蛇管内侧。导流筒作用：使桨叶排出的流体在导流筒内外形成上下循环流，从而更严格地控制流体流型，并可得到高速涡流和高倍循环量，从而起到防止短路，强化传质传热的作用。导流筒通常作为推进式及涡轮式搅拌器的搅拌附件使用。安装在搅拌器外侧。5.为什么连续釜式反应器的操作稳定性和安全性高？连续釜式反应器符合理想混合流动模型，连续釜式反应器内反应物浓度低，反应的推动力小，反应速度低，热量产生速度慢，由于搅拌的存在，传热效果好，物料均匀，不存在局部过热。在连续釜式反应器中物料量比较大，当进口条件发生一定波动时，釜内感应不是很明显，可保持原有的稳态操作，具有比较高的操作稳定性。6.写出间歇搅拌釜式反应器的绝热方程，并说明利用其如何预测装置的安全性？间歇搅拌釜式反应器的绝热方程为：)(00AAxxTT式中：T—反应体系温度，T0—反应体系初始温度，xA—反应体系某一时刻转化率，xA0—反应体系初始刻转化率，λ—绝热系数，即转化率为100%时，反应体系的温度变化。由此绝热方程，可以计算出绝热状态下，当反应物完全转化，即转化率为100%时，反应体系所能达到的最高温度，由此可计算出反应体系的对应压力，从而可结合反应器的耐压极限预测反应的安全性。四、计算题(每题10分，共50分)1.间歇釜式反应器中，进行一级不可逆反应A+B→R，速率方程为rA=kCA，等温操作，K=3m3/kmol，原料初始浓度为0.25kmol/m3，单位时间获得产品的量为0.9kmol/hr，,每批操作的辅时为1小时，使A的转化率为90%，10m3的反应釜够用否？已知装料系数为0.75。解：rA=kCA=kCA0（1-XA）hrxkxdxkdxCrdxCtAxAAXAAXAAAAAA77.090.011ln3111ln111)X-(1kC00AA0000t’=t+t0=0.77+1=1.77hr3008.777.125.090.09.0'mtFVVR331044.975.008.7mmVVR10m3的反应釜够用。2.在间歇反应器中进行以下等温液相反应：A+B→R+S，动力学式为rA=KCA2，速度常数k=1.25kmol-1m3min-1，初始浓度CA0=0.5kmol/m3，混合物的物料处理量为3.0m3/h，设备的装料系数为0.8，辅助操作时间为40min,求A的转化率为0.95时，需要多大的反应器进行操作？解：2202)1(AAAAxkCkCr沈阳工业大学工程学院第3页，共3页min4.3095.0195.05.025.1111)1(1)X-(1kC002002A2A0000AAAxAAAXAAXAAAxxkCxdxkCdxCrdxCtAAA3052.3)404.30(603)'(mttFVVR34.48.052.3mVVR%6.13%1004.44.45VVVa3.在直径1.1m的反应釜内，装有直径为0.4m的三叶推进式搅拌器，全挡板，搅拌转速400/min，s/d=1，c/d=1，密度为1020kg/m3，黏度2X10-3pa.s。液体高度1.1m。求搅拌功率。若无挡板结果如何？K1=41，K2=0.32，ξ=2.3，η=18，ф=0.28解：45322101044.51024.0604001020ndRe全挡板，y=0，x=0Ps=K2ρn3d5=0.32×1020×（400/60）3×0.45=990.3W无挡板，y≠0，φ=0.2881.181.94.040022gdnFr191.0181044.5lg3.2Relg5yWdnNpPsFrNFrNypyp7.77325.081.128.0,53191.04.单釜连续反应器中等温条件下进行一液相反应A+BR+S，rA=KCACB，反应条件下K=3.2m3/Kmol.h,原料流量为2.0m3/hr，其中A,B的浓度分别为1.2Kmol/m3和1.5Kmol/m3，设备的装料系数为0.8，要求A的转化率达到85%，10m3的反应器具有多大的后备能力？解：))(1(000AABAABAAXCCXkCCkCrhXCCXkXrXCAABAAAAA69.3)85.02.15.1)(85.01(2.385.0))(1(0003038.769.30.2mFVVR323.98.038.7mVVR%34.8%10023.923.910%100VVVa5.单釜连续反应器中进行一液相反应A+2BR+S，rA=KCACB，反应条件下K=3.35m3/Kmol.hr,产品产量为1.5kmol/hr，其中A,B的浓度分别为1.2Kmol/m3和2.5Kmol/m3，设备的装料系数为0.70，要求A的转化率达到85%，则需要多大的反应器够用？解：)2)(1(000AABAABAAXCCXkCCkCrhXCCXkXrXCAABAAAAA68.3)85.02.125.2)(85.01(35.385.0)2)(1(000根据产品产量为1.5kmol/hr计算原料处理量为hmFV/47.12.185.05.130304.568.347.1mFVVR373.77.04.5mVVR