化工设备习题

1、错品复习与思考题1 .转化率的定义是什么？2 .什么是反应速率？写出均相系统反应速率表示方式。3 .什么是化学动力学方程？怎样理解“反应级数表明浓度对反应 速率的敏感程度”，“活化能表明温度对反应速率的敏感程 度”？4 .什么是本征动力学和宏观动力学？两者有何区别与联系？5 .试说明反应热与活化能的区别与联系。6 .试写出间歇反应系统中，恒温恒容0级、1级、2级不可逆反应 的积分式。7 .何谓变容过程？膨胀因子的定义及其物理意义是什么？8 .什么是复杂反应？复杂反应通常可分为哪几种类型？9 .简述气固相催化反应的宏观过程。10 .根据双膜理论简述气液相反应的宏观过程。11 .解释下列参数的物理

2、意义：膜内转化系数 丫、增强系数（3、 反应相内部总利用率T。12 .为什么要建立理想流动模型？它与实际流动状况有哪些区 别？在处理过程中作了哪些简化？13 .理想转换与理想混合流动模型各有什么特征？14 .何谓返混？形成返混的原因有哪些？返混对反应过程有什么影响？工程中如何降低返混的程度?rr计算题1 .有一反应，在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉 80%经过18min后转化掉90%求表达此反应的动力学方程式。（n=2）解题思路2 .在间歇反应器中进行等温二级反应 A-B,反应速率方程式为： （一a） = 0.01cA2mol/（L s）,当 Ca0分别为 1、5、10mol/

3、L 时,求反应至CA=0.01mol/L所需的反应时间。（9900s、9980s、9990s）解题思路3 .等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应A-B+C,在5min内有50%勺A分解，要达到分解率为75%问需多少 时间？若反应为二级，则需多少时间？ （n=1时，r =10min;n=2 时，=15min）解题思路4 . 973K和294.3 Xl03Pa恒压下发生反应 CH。-2GH +H2。反应开 始时，系统中含CH。为116kg,当反应完成50%寸，丁烷分压 以235.4 乂 103Pa/s的速率发生变化，试求下列项次的变化速率：(1)乙烯分压；(2) H2的摩尔数；(3) 丁

4、烷的摩尔分率。(470.8 xi03Pa/s; 3.2kmol/s ; 0.81/s )解题思路5 .试证明对一级反应，在等温条件下转化率达到99.9%所需时间为转化率达到50晰需时间的10倍。又设反应为0级或2级， 两者的时间比为多少？ ( n=0时，时间比为2倍；n=2时，时间 比为1000倍)解题思路6 .在一均相恒温聚合反应中，单体的初始浓度为0.04mol/L和0.08mol/L ,在34min内单体均消失20%求单体消失的速率。(-r a=0.0657cAmol/(L min)解题思路7 .不可逆反应2A+EBA2B的机理如下：A -F B AB*-A木由%AB+ A , 30B试

5、推导出该反应的产品生成速率 A2B的方程式。上/疗%豆-上或声复习与思考题1 .解释下列两组概念的物理意义，并说出它们之间的区别与联系: 反应时间与停留时间、空时与空速。2 .反应器的计算方法有哪些？反应器计算的基本方程包括哪几 个？3 .何谓理想流动反应器？4 .简述连续操作管式反应器、连续操作釜式反应器的主要特点。5 .用图表示间歇操作釜式反应器、连续操作管式反应器与连续操 作釜式反应器的推动力。6 .熟练写出零级、一级、二级不可逆反应在恒温下分别于间歇操 作釜式反应器、连续操作管式反应器与连续操作釜式反应器中 进行时的有效体积计算公式。7 .多只连续操作釜式反应器串联时，反应推动力如何表

6、示？各釜 浓度如何计算（解析计算与图解计算）？8 .对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，为什么连续操作 釜式反应器所需有效体积最大，而连续操作管式反应器所需有易品 效体积最小，多釜串联连续操作釜式反应器的有效体积介于两 者之间？9 .何谓连续操作釜式反应器的热稳定性？符合什么条件的操作点 为稳定操作点？如何分析判断操作点的稳定与不稳定？哪些参 数影响热稳定性？10 .搅拌器的作用是什么？有哪些类型？根据什么原则选型？11 .搅拌釜式反应器的传热装置有哪些？各有什么特点？12 .化工厂常用的高温热源有哪些？各适用于怎样的场合？13 .简述变容情况下，连续操作管式反应器有效体积计算方法。14

7、.选择反应器型式和操作方式时，应从哪些方面对反应器性能进 行比较？15 .对平行反应P （主产物）/ P（主产物）和二匕脸 、S（副产物）r产0也面i. 何谓选择性？ii. 试讨论平行反应选择性的浓度效应与温度效应。iii.如何选择合适的反应器类型与操作方式，提高平行反应选择错品用。*计算题1 .反应物A,按二级反应动力学方程式恒温分解，在间歇操作釜 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？ （ 10min）将二级反应动力学方程与BR 恒温恒容的基础设计式联立推导得反应 时间与转化率的关系式。解题思路2 .在实验室内用一个间歇搅拌的烧瓶进行一级

8、不可逆反应，反应 2h后，转化达到99.9%。若将反应器放大，选用一个连续操作 釜式反应器进行此反应，其它工艺条件不变，平均停留时间为 2h,试计算该反应的最终出口转化率。（87.35%）解题思路A *瓦-b3 .在连续操作釜式反应器进行某一级可逆反应工厂，操作条件下测得化学反应速率常数为ki=10h-1 , k 2=2h-1 ,在反应物料A 中不含有B,其进料量为10n3/h ,当反应的转化率达到50%寸， 平均停留时间和反应器的有效体积各为多少？ （0.125h ;1.25m3）错品解题思路4 .四个体积相同的连续釜式反应器串联操作，进行液相反应，其动力学方程式为（-r a）=0.6c A

9、mol/L h,反应物A的初始浓度 CA0=1mol/L,物料在反应系统中平均停留时间为 4小时，试用图 解法求最终转化率。（90%解题思路5 .有一等温连串反应：五一s在两个串联的连续操作釜式 反应器中进行。每个釜的有效体积为2L,加料速度为1L/min,反应物A的初始浓度CA0=2mol/L ,两个釜在同一温度下操作。ki=0.5min-1 , k2=0.25min-1,试求第一釜和第二釜出口物料浓度。（第一釜:CAi=1mol/L, CRi=0.67mol/L , Csi=0.33mol/L ;第二釜：CA2=0.5mol/L , CR2=0.78mol/L , Cs2=0.72mol/

10、L ）解题思路6 .在一恒温间歇操作操作釜式反应器中进行某一级液相不可逆反应，13min后反应转化掉70%今若把此反应移到连续操作管式 反应器或连续操作釜式反应器中进行，为了达到相同的转化率， 所需的空时、空速各为多少？（连续操作管式反应器中，r =13min, S/=0.076min-1;连续操作釜式反应器中，下=25.2min, S=0.0397min-1;）解题思路7 . 555K, 0.3MPa下，在连续操作管式反应器中进行反应 A P。已 知进料中含有30%A(mol% ,其余为惰性物料，加料流量为 6.3molA/s ,动力学方程式为(-r a)=0.27c Amol/(m3 s)

11、,为了达 到95%勺转化率，试求：(1)所需的空速为多少？(S=0.0901min-1) ; (2)反应器有效体积。(V=3.656m3)解题思路8 .醋酊按下式水解为醋酸：(CHCOO+ HCH2CHCOOH实验测定 该反应为一级不可逆反应(-r a) =kcA,在288K时，反应速率常 1数k为0.0806min。现设计一理想反应器，每天处理醋酊水溶 液14.4m3,醋酊的初始浓度c-为95mol/m3,试问 当采用连续操作釜式反应器，醋酊转化率为90%寸，反应器的有效体积是 多少？ ( 1.12m3) (2)若用连续操作管式反应器，转化率不变， 求反应器有效体积。(0.286m3)(3)

12、若选用两个体积相同的连续操作釜式反应器串联操作，使第一釜醋酊转化率为68.4%,第二釜醋酊转化率仍为90%求反应器总有效体积。(0.536m3)解题思路9 .进料浓度CA(=1mol/L的纯A溶液以V0=10L/min的流量流经有效 体积为10L的连续操作管式反应器，发生一级反应， k=0.01min-1,求所达的出口转化率。若为二级反应，噂品用口川 k=0.01L/mol .min,则出口转化率又为多少？（一级反应为1%二级反应为0.99%）解题思路10 .乙烷裂解反应GH6-C2H4+H2在连续操作管式反应器中进行。生 产平均操作压力为318.5kPa,操作温度为1073K实验测得反 应速

13、度常数k=1.18kmol/（m 3 kPas）,已知进料质量流速为 100kg/（m2 s）,裂解稀释水蒸汽用量占进料气体体积的25%试计算当乙烷转化率为65%寸反应管长。（133.3m）解题思路11 .在连续操作釜式反应器中进行一均相液相反应ZP,（ -r A）=kcA2,转化率为 50%.i. 如果反应器体积为原来的6彳§,其它保持不变，则转化率为多少？（75%ii. 如果是体积相同的管式反应器，其它保持不变，则转化率为多少？（66.7%）解题思路复习与思考题1 .气固相催化反应器有哪几类？各有什么特点？2 .固定床反应器分为哪几种类型？其结构有何特点？幡品用。33 .试述绝热

14、式和换热式气固相催化固定床反应器的特点，并举出应用实例。4 .试述对外换热式与自热式固定床反应器的特点，并举出应用实 例。5 .如何根据化学反应热效应的情况选择不同型式的固定床反应 器？6 .何谓固定床的一维模型、二维模型，简述其特点。7 .何谓固定床的拟均相模型、非均相模型，简述其特点。8 .如何计算dv、da、ds、（|） s、£、A p等固定床催化反应器的物理 参数？9 .固定床催化反应器的床层空隙率 £的定义、影响因素是什么？ 为什么£是固定床反应器的重要特性参数？10 .流体在固定床反应器中的流动特性是什么？11 .何谓催化剂有效系数 刀?如何用其判断反

15、应过程的控制步 骤？12 .固定床对壁给热系数 t的传热推动力是什么？ t与哪些因 素有关？ 0c t与空管中流体对管壁的给热系数有何区别？13 .解释下列参数：空速 $率、催化剂空时收率Sw,催化剂负荷Sg, 并说明三者的区别。14 .固定床反应器的计算方法有哪些？各有什么特点？15 .如何运用经验法计算出固定床的催化剂用量、床高、床径?错品用口川16 .写出气固相催化固定床反应器拟均相一维理想流动模型的数 学表达式，并说明其求解步骤。17 .当气体通过固定颗粒床时，随着气速的增大，床层将发生何种 变化？形成流化床时气速必须达到何值？两种流态化的概念是 什么？如何判断？计算题1 .计算直径3

16、mm高6mmi勺圆柱形固体粒子的当量直径 dv、d。、 ds和形状系数心。(4.33mm 4.74mm 3.6mm 0.83)解题思路2 .某固定床反应器所采用催化剂颗粒的堆积密度与颗粒表观密度 分别为828kg/m3和1300kg/m3,该床层的空隙率是多少？(0.363)解题思路3.按下表数据，求催化剂颗粒的调和平均直径筛目28353548486565100100150150200>200孔径0.590.420.300.210.100.100.0d/mm0.420.300.210.150.100.07474Xi'/%（质）30.7320.0017.078.2910.266.3

17、47.324 . (0.204mm广解题思路 5.6 .在一总长为4米的固定床反应器中，反应气以 25000kg/m2 h 的质量流速通过，如果床层中催化剂颗粒的直径为3mm床层的堆积密度为754kg/m3,催化剂的表观密度为1300kg/m3,流体 的粘度为 u = 1.8 x 10-5pa s ,密度 p f=2.46kg/m3,求：床层 的压力降。(358kPa)解题思路7 .在一单管固定床反应器内进行氯乙烯合成的动力学实验。反应管直径为0 25m诉2.5mm催化剂填装高度为25m床层空隙率为0.45,进口原料气的组成为：C2H46% HCl54%(mol%)反应 器入口温度为413K,

18、压力为常压，空管气速为0.12m/s,试求:(1)原料气体积流量；(2)原料气摩尔流量；(3)原料气质 量流速；(4)空间速度和接触时间。(1)3.77 Xl0-5m/s； (2)1.1 X10-5kmol/s; (3)0.111kg/(m 2 s);(4)0.317s -1,0.938s )噂品用口川解题思路8 .某固定床反应器内进行一氧化反应，其床层直径为101.66mm催化剂颗粒直径为3.6mm气体导热系数 入f为9 .225 x 10-5kJ/m s K,密度 p f 为 0.53kg/m3,粘度 邛为10 4 x 10-5Pas,气体表观质量流速 G为2.65kg/(m 2 s)。试计 算床层对壁给热系数 ato (7.909 x 10-2kJ/m2 - s - K)解题思路9.有一年产量为5000吨的乙苯脱氢制苯乙烯的装置，是一列管