化学反应工程习题及答案

题目：釜式反应器中为什么安装搅拌器？常用搅拌器的类型有哪些？答案：釜式反应器安装搅拌器的作用是加强物料的均匀混合，强化釜内的传热和传质过程。常用的搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡轮式和螺带式等。答案关键词：均匀混合，传热和传质，桨式，框式，锚式，旋桨式，涡轮式，螺带式题目：釜式反应器中搅拌器形式如何选择？答案：在一般情况下，对低黏性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对非均相液体分散混合，选用旋桨式、涡轮式搅拌器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大时，选用涡轮式搅拌器，固液密度差较小时，选用桨式搅拌器；对于物料黏性很大的液体混合，可选用锚式搅拌器。答案关键词：低黏性，非均相液体，固体悬浮物，密度差，黏性很大题目：釜式反应器为何安设手孔或人孔及视镜，其结构形式如何？答案：手孔或人孔的安设是为了检查内部空间以及安装和拆卸设备内部构件。手孔的直径一般为0.15～0.20m，它的结构一般是在封头上接一短管，并盖以盲板。当釜体直径比较大时，可以根据需要开设人孔，人孔的形状有圆形和椭圆形两种，圆形人孔直径一般为400mm，椭圆形人孔的最小直径为400×300mm。釜式反应器的视镜主要是为了观察设备内部物料的反应情况，其结构应满足比较宽阔的视察范围。答案关键词：检查，安装和拆卸，内部构件，观察，圆形，椭圆形题目编号：0108第1章1节页码难度系数：A(ABC三级，A简单，C最难)题目：试述釜式反应器的适用范围及特点？答案：主要应用于液-液均相反应过程，在气-液、液-液非均相反应过程也有应用。既可适用于间歇操作过程，又可单釜或多釜串联适用于连续操作过程，而以在间歇生产过程中应用最多。它具有温度和压力范围宽、适应性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一等特点。但若应用在需要较高转化率的工艺要求时，却有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。答案关键词：液-液均相反应，非均相反应，间歇，连续，适应性强，操作弹性大，浓度容易控制，质量均一题目编号：0109第1章1节页码难度系数：B(ABC三级，A简单，C最难)题目：釜式反应器中换热装置的作用是什么？如何选择？答案：换热装置是用来加热或冷却反应物料，使之符合工艺要求的温度条件的设备。各种换热装置的选择主要视传热表面是否易被污染而需要清洗、所需传热面积的大小、传热介质的泄漏可能造成的后果以及传热介质的温度和压力等因素来决定。一般在需要较大传热面积时，采用蛇管或列管式换热器；反应在沸腾下进行时，采用釜外回流冷凝器取走热量；在需要较小传热面积时，传热介质压力又较低的情况下，采用简单的夹套式换热器比较适宜。答案关键词：加热或冷却，温度，传热面积题目编号：0110第1章1节页码难度系数：A(ABC三级，A简单，C最难)题目：试述管式反应器的适用范围及特点？答案：管式反应器主要用于气相或液相连续反应过程，具有容积小，比表面大，返混少，反应混合物连续性变化，易于控制等优点。但对于慢速反应，存在需要管子长，压降较大等不足。答案关键词：气相或液相，比表面大，返混少，易于控制题目编号：0111第1章2节页码难度系数：B(ABC三级，A简单，C最难)题目：什么是动力学方程？对于不可逆反应：vAA+vBB=vPP+vSS，其动力学方程的形式是什么？答案：在一定压力和温度条件下，用来描述化学反应速率与各反应组分的浓度的函数关系式称为动力学方程。上述不可逆反应的动力学方程为(－rA)＝bBOaAOCkC题目编号：0112第1章2节页码难度系数：A(ABC三级，A简单，C最难)题目：什么是均相反应？其化学反应速率的影响因素有哪些？答案：均相反应是指在均一的液相或气相中的进行的化学反应。化学反应速率与相互作用反应物系的性质、压力、温度及各反应组分的浓度等因素有关。对于催化反应还与催化剂性质有关。答案关键词：均一，液相或气相，性质，压力，温度，浓度，催化剂题目：何谓基元反应？其反应级数如何确定？浓度对反应速率有何影响？答案：如果化学反应的反应式能代表反应的真正过程，称基元反应。基元反应的级数即为化学反应式的计量系数α、β。反应级数越高浓度对反应速率的影响越大；级数为零的反应，浓度对反应速率无影响。答案关键词：计量系数题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，为什么全混釜反应器所需有效体积最大，平推流反应器所需有效体积最小？多釜串联全混釜所需有效体积介于其间？答案：对同一反应在相同条件下，转化率相同，全混釜中反应物浓度最低，平推流反应器的浓度最高，这导致全混釜的反应时间最长，多釜串联全混釜次之，而平推流反应器所需时间最短，故全混釜反应器所需有效体积最大，平推流反应器所需有效体积最小，多釜串联全混釜所需有效体积介于其间。答案关键词：反应物浓度，反应时间题目：怎样分析全混釜反应器串联和全混釜与平推流反应器串联的转化率和生产能力的大小？答案：由于平推流反应器的浓度分布水平较高，所以在相同条件下，全混釜与平推流反应器串联使用，它的转化率和生产能力都高于全混釜反应器的串联。答案关键词：浓度分布水平较高题目编号：0119第1章3节页码难度系数：C(ABC三级，A简单，C最难)题目：何谓反应器的容积效率？它与反应级数、转化率和串联釜数有何关系？答案：容积效率是对同一等温等容反应过程，在相同产量、相同转化率、相同初始浓度和温度下，平推流反应器和全混流反应器所需有效体积之比。反应级数越高，容积效率越低；转化率越高，容积效率越低。高级数、高转化率的反应选用多釜串联。答案关键词：等温等容反应，平推流反应器，全混流反应器题目编号：0122第1章3节页码难度系数：B(ABC三级，A简单，C最难)题目：对于平行反应，活化能、反应温度对产物量有何影响？答案：若主反应活化能大于副反应活化能，提高反应温度T→使产物R增加。若副反应活化能大于主反应活化能，降低反应T→使产物R增加。答案关键词：活化能，反应温度，产物题目编号：0123第1章3节页码难度系数：B(ABC三级，A简单，C最难)题目：针对某特定反应，采用什么型式的反应器和操作方法？答案：应结合化学反应特点和不同反应器的性能进行比较来决定。一是生产能力的比较；二是反应选择性的比较。简单反应不存在选择性问题，只需进行生产能力的比较。对于复合（复杂）反应，不仅要考虑生产能力，还要分析反应的选择性，因为副产物的多少影响原料的消耗量及后续分离设备的大小。所以复合反应要重点进行选择性的比较。答案关键词：生产能力，选择性,简单反应,复合反应题目：反应器的串并联对反应及操作有何影响？答案：单个反应器串联操作（反应器大小、类型、操作条件可各不相同），能够提高反应深度。单个反应器并联操作（一般为相同的操作条件、相同的结构尺寸），能够增大处理能力。题目：实际反应装置与理想流动模型比出现偏差的原因是什么？答案：设备放大（外形和内部结构不变），由于几何尺寸改变，造成微元停留时间分布和返混程度改变，放大时反应结果恶化。产生原因：①不均匀速度分布：死角、沟流、短路、管中层流。②不良设计造成结构缺陷，引起与物料流动方向相反的流动。题目：非理想流动对反应器体积、反应转化率有何影响？答案：实际反应器中物料流动存在一定程度的返混，降低反应物浓度，使反应推动力下降，降低反应速度，使反应器容积增大、转化率下降，影响反应质量。答案关键词：返混，反应物浓度，推动力，反应速度题目：工业上采取哪些措施来改善、限制返混？答案：①增大流体在设备内的湍流程度，消除径向和轴向扩散，造成停留时间分布均匀；增大反应管长、径比，DL＞50有效果。②反应器内装设充填物，改变设备内速度分布和浓度分布。注意合理充填，避免沟流、短路。③增加设备级数或在设备内增设挡板。④利用适当的气体分布装置，或调节各组反应管的阻力，使其均匀一致。答案关键词：湍流，径向和轴向扩散，充填物，设备级数，挡板，阻力题目：工业上釜式反应器温度控制常用的方法有哪些？答案：①通过夹套冷却水换热。②通过反应釜组成气相外循环系统，调节循环气体的温度，并使其中的易冷凝气相冷凝，冷凝液流回反应釜，从而达到控制反应温度的目的。③料液循环泵，料液换热器和反应釜组成料液外循环系统，通过料液换热器能够调节循环料液的温度，从而达到控制反应温度的目的。题目：反应物质A，按二级反应动力学方程式等等温分解，在间歇釜式反应器中5min后转化率为50%，试问在该反应器中转化75%的A物质，需要增加多少分钟？解题过程与步骤：解：间歇釜二级不可逆t=AAAxkcx101k=AAAxctx1012k=AAAxctx10211k=2kAAAxctx101=AAAxctx1021%5015%500Ac=%751%7502Act2t=15min'2t=12tt=15-5=10min计算的最后结果数字：10min题目编号：0103第1章2节页码难度系数：B(ABC三级，A简单，C最难)题目：在平推流反应器内进行一个一级不可逆等温反应。反应器的有效体积为32m，原料以hm34.0的流量进入反应器，测得出口处转化率为60%，若改变原料流量为32.0m/h，其它条件不变，出口处转化率应是多少？解题过程与步骤：解：Axk11ln10VVRhVVR54.021016.011ln11k456783345.51k题目编号：0104第1章2节页码难度系数：A(ABC三级，A简单，C最难)题目：用过氧化氢异丙苯分解反应生产苯酚、丙酮，以0.03Lmol的42SOH催化剂在86℃下操作，处理量为3hm3，0Ac=3.23mkmol，要求达到的转化率为998.0Ax，已知上述条件下反应速度常数108.0sk。采用间歇釜操作时铺助生产时间为每批反应h1，求所需间歇釜、平推流反应器与全混釜反应器的有效体积各为多少。动力学方程式为AAkc，催化剂对反应速度的影响已包含在k中。解题过程与步骤：解：间歇釜：Axkt11ln1=998.011ln08.01=77.68s'0ttVVR=68.77360036003=3.0653m平推流反应器：全混釜反应器：Axk11ln100_1VxkxVVAAR=77.68s=36003998.0108.0998.03600368.77RV=0.0653m=5.1983m题目编号：0106第1章2节页码难度系数：A(ABC三级，A简单，C最难)题目：在理想连续操作釜式反应器中，进行某一均相液相反应A→R，2AAkc，转化率可达50%。若现在改用一体积相同的理想连续操作管式反应器进行反应，其他保持不变，求转化率可增至多少？解题过程与步骤：解：连续操作釜式：连续操作管式反应器：20_1AAAxkcxVVR_'0'1AAAxkcx0'VVR0201VxkcxVAAAR体积相同'RRVV0'0'0'011VxkcxVxkcxAAAAAA''215.015.0AAxx667.0'Ax计算的最后结果数字：0.667题目：在一全混釜反应器中进行液相反应2A+B→R，反应过程视为等容过程，反应动力方程式为min2LmolckcBAA，在323k时，，原料液组成0Ac为2Lmol，0Bc为3Lmol，体积流量0V为28hL，试求：⑴%60Ax时RV是多少？⑵定性说明如果%90Ax，RV如何变化？⑶定性说明若改用三台混釜反应器串联操作，Ax仍为60%，RV又如何变化。解题过程与步骤：题目：在实验室内用一个间歇搅拌的烧瓶进行一级不可逆反应，反应2h后，转化率达到99.9%。若改用连续化生产，并将反应器放大，选用一个全混釜反应器进行此反应，其它工艺条件不变，平均停留时间为2h，且保持原来的反应速度常数值，试计算该反应的最终转化率。解题过程与步骤：解：t=2h%9.99Ax