化学反应工程习题与答案 - 图文

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 (A B C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(A B C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 (A B C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 (A B C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 abkC?C(－r)＝AAOBO

题目编号： 0112 第 1 章 2 节 页码 难度系数： A(A B C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？ 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、 答案： 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 (A B C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 (A B C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 (A B C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、 L 径比，＞50有效果。 D 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 xAxA t= k1= ????kc1?xtc1?xA0A1A0A xA1 k2= ??tc1?x2A0A ?k1=k2 xA1xA50u% ?= = ??tc1?x????5?c1?50%t?c1?75%t2cA0?1?xA?1A0AA02A0 t2=15min ' t2=t2?t1=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 (A B C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2m3，原料以0.4m3h的流量进 应器，测得出口处转化率为60%，若改变原料流量为0.2m3/h，其它条件不变，出口处转化率应是多少？ 解题过程与步骤： 11解：??ln k1?xA VR?V0?? ?1??1?1VR2??5h V010.41ln1 ?5.456783345 题目编号： 0104 第 1 章 2 节 页码 难度系数： A (A B C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?molL?的H2SO4催化剂在86℃下操作，处理33mh，cA0=3.2kmolm???3?，要求达到的转化率为xA?0.998，已知上述条件下反应速度常数k?0.08采用间歇釜操作时铺助生产时间为每批反应1?h?，求所需间歇釜、平推流反应器与全混釜反应器的有效体积多少。动力学方程式为???A??kcA，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： t?11ln k1?xA =11=77.68s ?ln0.081?0.998' VR?V0t?t ?? =3??3600?77.68?=3.065m3 3600 平推流反应器： 全混釜反应器： _xA11?V0 ??ln VR???V0?k?1?xA?k1?xA =77.68s =0.9983? 0.08??1?0.998?3600 VR?77.68? 333=0.065m =5.198m 3600 题目编号： 0106 第 1 章 2 节 页码 难度系数： A (A B C三级，A简单，C最难) 2?????kc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，AA，转化率可达50%。若现 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： '__xx'AA ????V???V VRR???V0 '2kcA01?xAkcA0?1?xA? xA VR??V0 2kcA0?1?xA? 'xx'AA ?体积相同 ?VR?VR ?V0??V0 ''kcA01?xAkcA01?xA 'x0.5'A x?0.667 ? A2'?1?0.5?1?xA 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?? ??kc2?cmolL?min，c为3molL，在323k时，，原料液组成c为2molL，体积流量V为28Lh，??????AABA0B00试求：⑴xA?60%时VR是多少？⑵定性说明如果xA?90%，VR如何变化？⑶定性说明若改用三台混釜反应器串联操作，xA仍为60%，VR又如何变化。

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 xA?99.9% ??2h 间歇釜式反应器间接操作： 连续操作： _xA11 t?ln ?? 'k1?xAk1?xA'_??xA11 2=ln 2= 'k1?0.9993.4538776391?xA'?? k?3.453877639 xA?0.874 计算的最后结果数字： 0.874 '题目：液相反应A+B→R+S，已知VR?1L，V0?0.5lmin，cA0?cB0?0.05molL，?????kcA，2 Lk?100?min求⑴反应在平推流反应器中出口转化率。⑵若用全混流反应器中得相同转化率，反应体积多 mol VR?1L所达到的转化率为多少？ 大？⑶若用全混流反应器中 解题过程与步骤： 解：⑴.平推流： xA ? ? VR???V0 kcA0?1?xA? xAV1 ? ?R==2min 2? V??100?0.05?1?x0.50A xA?0.9091 ⑵.全混流： _xA0.9091 ? ?=22.00min ?22100?0.05??1?0.9091? kcA0?1?xA? _ V R?V0??=0.5×22.00=11L ⑶.全混流： __V1 ?VR???V0 ???R==2min V00.5 ''_xxAA? ?? ''kcA01?xA100?0.05?1?xA 题目： 等温等容条件下，间歇釜式反应器反应时间与平推流反应器空间时间的计算式相同，'xA?0.7298 两者的生产能力相同。 正确答案：错

题目：全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间 相同。正确答案：错 题目： 相同条件下，分别用下列反应器处理物料，比较反应器有效容积的大小。 ①单段全混流反应器（VR1） ②四个体积相同的全混流反应器串联（VR2） ③两个体积相同的全混流反应器串联（VR3） ④平推流反应器（VR4） 则（VR4）＞（VR2）＞（VR3）＞（VR1） 正确答案：错 题目：设备放大，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。 正确答案： 对 ?????? 题目：理想流动模型是指平推流模型和全混流模型。正确答案：对 题目：均相反应器的型式主要为釜式、管式、塔式、固定床和流化床。 正确答案： 错 题目：复合反应中，反应物的转化率愈高，目的产物获得愈多。 正确答案： 错 题目：反应的选择率定义式 生成目的产物消耗关键组分的摩尔数 y= 进入反应系统关键组分的摩尔数 正确答案： 错 题目：膨胀率为每转化1kmolA造成反应体系内物料的改变量。 正确答案：错 题目：相同条件下，全混釜反应器串联操作反应速度加快，可以提高原料处理量。 正确答案： 对 题目：相同条件下，平推流反应器中反应物浓度CA低于全混流反应器浓度。 正确答案：错 题目：对于平行反应，提高反应物浓度，有利于级数高的反应，降低反应物浓度有利于级数低的反应。 正确答案：对 11/题目：在间歇釜式反应器中进行二级不可逆反应，反应时间为t??ln，有效体积为VR?Vo(t?t) k1?xA 正确答案：错 题目：对于平行反应，提高反应物浓度，有利于（级数高）的反应，降低反应物浓度有利于（级数低）的反应。 题目：高级数、高转化率反应，应选择（平推流）反应器。若只有釜，则可用（间歇）式或（多釜串连）式反应器。 、容积效率（越小）。 题目：容积效率受转化率与反应级数的影响，当转化率一定时，反应级数（越高） 题目：在气相或均一的液相中进行化学反应的设备，称为（均相反应器）。 容积效率是指对同一个等温等容反应过程，在相同产量、相同转化率、相同初始浓度和反应温度下， 题目： （平推流）反应器有效体积与（全混流）反应器所需体积之比。 题目：生产能力是相同条件下，单位时间、单位反应器体积所能获得的（产物量），或完成相同生产任务，所需反应器的（体积）。 题目：化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。

、（搅拌器）、（密封装置）和（换热装置）等。 题目：釜式反应器的基本结构主要包括反应器（壳体）

题目：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）。 题目：釜式反应器中夹套式换热器适用于传热面积（较小），传热介质压力（较低）的情况。 题目：基元反应的级数即为化学反应式的（计量系数），对非基元反应的级数通过（实验）确定。 题目：反应物能同时分别进行两个或多个独立的反应，称（平行反应）。当初始反应物所生成的产物能 进一步反应生成次级产物时，称（连串反应）。 题目：单一反应利用（转化率）可以确定反应物转化量与产物生成量之间的关系。 题目：间歇反应，只要CＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（转化率）每批所需的（反应时间）相同。 ，平推流反应器 题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，全混釜反应器所需有效体积（最大）

，多釜串联全混釜所需有效体积（介于其间）。 所需有效体积（最小）

1a

)?kt）题目：一级不可逆反应，其反应速率方程为（－rA=kCA）,反应时间与转化率的关系为（ln(。

1?xA 题目：复合反应动力学为由两个以上（化学反应计量式）或（动力学方程式）表示的化学反应过程。

题目：间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。 题目：平推流反应器实际体积与有效体积（相同）。 。推流反应器串联，总有效体积等于（各串联反应器有效 题目：单个反应器串联操作能够提高反应（深度）

，全混釜反应器串联釜数越多，反应器内CA变化越接近（平推流反应器）。 体积之和）

题目：反应器型式和操作方法的选择，一是（生产能力）的比较；二是反应（选择性）的比较。(复合反应) 要重点进行选择性的比较。

题目：相同条件下，用全混流反应器和平推流反应器处理物料，（平推流反应器）所需有效容积小。

题目：对于恒容过程，影响容积效率的因素为（反应级数）、（转化率）。

??1?xA）。

题目：对于恒容过程二级不可逆反应，容积效率和转化率的关系式为（2 题目：反应级数越高，容积效率（越低）；转化率越高，容积效率（越低）。

题目：平行反应，提高CA，有利于级数（高）的反应。选择（平推流）反应器最优。 题目：热稳定性是指反应器本身对（热扰动）具有自行恢复平衡的能力。

题目：实际反应器：物料流动存在一定程度的返混，反应物浓度（降低），反应速度（降低），使反应器容积（增大）。

题目：非理想流动，各流体微元在反应器内（停留时间）不同。返混越严重，流体微元间停留时间差别（越大）。

题目：反应温度恒定时，在反应物料为气相时主要通过（催化剂）和（反应物料）的加料量来控制反应压力。

题目：试述反应器的放大方法。 答案：反应器的放大方法有：①经验法；②相似模拟法；③部分解析法；④数学模拟放大法。 答案关键词：经验法，相似模拟法，部分解析法，数学模拟放大法 题目：反应器的反类方法？ 答案： 分类方法 分类内容 均相反应、非均相反应 按反应类型分 管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床、流化床等 按反应器型式分 间歇式（分批）操作，非定常操作： 连续式操作，定常操作； 按操作方式分 半连续式（半间歇）操作，非定常操作。 按反应温度的变化分 等温反应过程、绝热反应、非绝热变温反应过程。 按反应体积的变化分 等容反应过程、变容反应过程。 答案关键词： 反应类型，反应器型式，操作方式， 题目：理想流动模型有几种？各自的特点是什么？ 答案：平推流与全混流。平推流模型假设进入反应器物料齐头并进，向前运动，无返混。其特点是沿流动 方向上，温度、浓度、反应速率等参数随位置而变；与流动方向垂直某一截面上，温度、浓度、反应速率 等参数不随时间而变。所有物料粒子在反应器中的停留时间都相同，属稳定流动过程。全混流模型假定进 入反应器物料瞬间混合均匀。其特点是反应器内温度、浓度、反应速率等参数处处均匀一致，且等于物料 出口处的温度、浓度。注意，在间歇反应器中物料粒子的停留时间相同；在连续反应器中物料粒子的停留 时间可能不同，即存在反混。 题目：反应技术是指以研究（反应器）为中心的有关技术。它包括（反应器型式）的选择、反应（条件） 的确定、反应器（工艺尺寸及结构）设计、反应装置的（最优化）。 题目：反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。

题目：化学反应工程是一门以化学（热力）学和化学（动力）学为基础、研究化学反应工程问题的学科。

题目：（传递）过程与反应（动力学）是构成化学反应工程最基本的两个方面。前者属于外因，后者属于内因。 题目：化学反应过程按反应特征分类可分为（简单）反应和（复杂）反应，按热力学分类分类可分为（可

逆）反应和（不可逆）反应。 题目：理想流动模型是指（平推流）模型和（全混流）模型。