化工原理习题及答案釜式反应器

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化学反应器复习题

一、选择题1、釜式反应器可用于不少场合，除了（）。

A、气一液B、液一液C、液一固D、气一固2、在同一温度下，反应的活化能越大，则反应速度____________ 。

（）A越快B不变C越慢D无法确定3、反应釜中如进行易粘壁物料的反应，宜选用___________ 搅拌器。

（）A桨式B锚式C涡轮式D螺轴式4、化学反应器中，填料塔适用于（）A、液相、气液相B、气液固相C、气固相D、液固相5、能适用于不同工况范围最广的搅拌器形式为：A .桨式B .框式C .锚式D.涡轮式6、经常采用压料方式放料的反应器是：A、高压釜B、不锈钢釜C、铅釜D、瑭瓷釜7、对于反应级数n大于零的反应，为了降低反应器体积，选用（）A平推流反应器B全混流反应器C循环操作的平推流反应器D全混流反应器接平推流反应器&对于液液非均相分散过程，要求增大两相接触面积，最好采用下例那种搅拌器较为合适？（）A涡轮式B推进式C桨式D螺杆式9、氨合成塔由构成。

A、塔体和内件B、塔体和催化剂C、塔体和冷管D、塔体和接管10、固定床反应器，（）。

A、原料气从床层上方经分布器进入反应器；B、原料气从床层下方经分布器进入反应器；C、原料气可以从侧壁均匀的分布进入；D、反应后的产物也可以从床层顶部引出。

11、通常对气固相放热催化反应而言，下列四种类型的反应器中相对采用较少的类型是:A、多段绝热式固定床反应器，段间采用间接换热形式；B、多段绝热式固定床反应器，段间采用直接冷激形式；C、沸腾床反应器，反应器中设置换热单元；D、列管换热式反应器，管间采用间接换热的形式。

12、对于气固相反应，当要求有较高转化率，要求催化剂底层有温度分布时，所选用反应的一般为：（）A.流化床B.固定床C.鼓泡塔D.反应釜13、反应釜加强搅拌的目的是（）A强化传热与传质B强化传热C强化传质D提高反应物料温度14、当固定床反应器操作过程中发生超压现象，需要紧急处理时，应按以下哪种方式操作（）A、打开入口放空阀放空B、打开出口放空阀放空C、降低反应温度D、加入惰性气体15、对于化学反应A + B T F （主反应），用下列哪种操作方式（）A、间歇操作B、半间歇操作：一次性加入C、连续操作D、半间歇操作：一次性加入16、对气-固相反应，适宜的反应器应该是（A、反应釜B、鼓泡塔C、裂解炉D、B + F T S （副反应）为了提高选择性应采A物质，B物质连续加入B物质，A物质连续加入）固定床17、间歇操作的特点是（）A、不断地向设备内投入物料B、不断地从设备内取出物料C、生产条件不随时间变化D、生产条件随时间变化18、平推流的特征是（）A、进入反应器的新鲜质点与留存在反应器中的质点能瞬间混合；B、出口浓度等于进口浓度；C、流体物料的浓度和温度在与流动方向垂直的截面上处处相等，不随时间变化；D、物料一进入反应器，立即均匀地发散在整个反应器中19、一个反应过程在工业生产中采用什么反应器并无严格规定，但首先以满足（）为主A、工艺要求；B、减少能耗；C、操作简便；D、结构紧凑20、一般反应器的设计中，哪一个方程式通常是不用的（）A、反应动力学方程式；B、物料衡算式；C、热量衡算式；D、动量衡算式21、低温下常用的载热介质是。

化学反应工程第3章釜式反应器

单位质量产品的总费用：
AT
at a0t0 a f Vr cR M R
dAT 令： 0 dt
B A O D E
t
图3.2 间歇反应器的最优反应时间
dc R cR dt t (a0t0 a f ) a
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第三节等温间歇釜式反应的计算（复合反应）

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要求
重点掌握：
•等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 •连续釜式反应器的计算。 •空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 •连续釜式反应器的串联和并联。 •釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式的选择。 •连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。
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二、连串反应
反应时间的计算
例如：一级不可逆连串反应
(A、P为关键组分)
dc i 0 dt
对A作物料衡算：
(3.35)
对P作物料衡算：
(3.38)
由于：cA cP cQ
cA0
(3.39)
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图3.1 釜式反应器示意图
取整个反应体积作控制体积
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釜式反应器的物料衡算通式
在dt 时间间隔内对整个反应器做关键组分 i 的物料衡算：
其中：
对反应物为负对产物为正
图3.1 釜式反应器示意图
定态操作：
间歇操作：
Q0ci 0 Qc i R iVr
dni RiVr 0 dt
60为乙酸的相对分子质量。原料液起始组成如下: 乙醇及水的相对分子质量分别为 46 和 18，通过乙酸的起始浓度和原料中各组分的质量比，可求出乙醇和水的起始浓度为 :

化工原理考试题含参考答案

化工原理考试题含参考答案一、单选题（共58题，每题1分，共58分）1.( )塔板是最简单的塔板，造价低廉，目前已成为应用最为广泛的一种板型。

A、筛孔B、浮阀C、回收D、舌片正确答案：A2.对于塔设备的种类，按照化工操作单元的特性（功能），可将塔设备分为_____、______、萃取塔、反应塔、解吸塔、再生塔和干燥塔等。

A、板式塔、加压塔B、加压塔、精馏塔C、填料塔、吸收塔D、精馏塔、吸收塔正确答案：D3.板式塔是__________接触式气液传质设备；填料塔是______接触式气液传质设备，操作时为连续相。

A、微分、微分B、逐级、逐级C、逐级、微分D、连续、微分正确答案：C4.浮阀塔与泡罩塔比较，其最主要的改进是( )。

A、增大气液负荷B、简化塔板结构C、形成可变气道，拓宽高效操作区域D、提高塔板效率正确答案：C5.辐射式温度计是利用物质的（）的原理显示温度的变化。

A、热辐射B、受热膨胀C、产生的热电势D、热电效应正确答案：A6.列管式换热器中，管子与管板为活动连接的是（）。

A、浮头式换热器B、U形管式换热器C、固定管板式换热器正确答案：A7.确定下列硝酸的分子式（）。

A、HClB、COC、NH3D、HNO3正确答案：D8.对管束和壳体温差不大，壳程物料较干净的场合可选（）换热器。

A、U型管式B、浮头式C、套管式D、固定管板式正确答案：D9.板式塔总体结构分为塔顶、塔体和群座部分，其中塔顶部分主要功能是：（）A、固液分离B、液体再分布C、气液分离正确答案：C10.常压塔顶酸性水中Fe2+是( )产生的。

A、原油分解B、设备腐蚀C、电脱盐注水D、原油中的微量元素正确答案：B11.在传质设备中，塔板上的气液两相之间可能的接触状态有：( )、泡沫和喷射。

A、逐级B、间接C、鼓泡D、直接正确答案：C12.填料塔盘的压力降比浮阀塔盘的压力降( )。

A、相等B、低C、高正确答案：B13.喷射泵是利用流体流动时的（）的原理来工作的。

2.釜式反应器--化工基础

由定义式可知，反应速率的单位取决于反应量、反应区域和反应时间的单位。均相反应过程的反应区域通常取反应混合物总体积，则反应速率单位以 kmol/(m3 .h) 表示。气固催化反应过程的反应区域选择有以下几种方法： ⑴选用催化剂体积，反应速率(r )' 单位为 kmol/(m3催化剂.h)； ⑵选用催化剂质量，反应速率(r )"单位为 kmol/(kg催化剂.h)； ⑶选用催化剂堆积体积，即反应器中催化剂床层体积，反应速率(rA )'' '单位为 kmol/(m3床层.h) 。

反应的级数，是指动力学方程式中浓度项的指数，它是由实验确定的常数。对基元反应，反应级数 , …即等于化学反应式的计量系数值，而对非基元反应，都应通过实验来确定。反应级数的大小反映了该物料浓度对反应速率影响的程度。反应级数的绝对值愈高，则该物料浓度的变化对反应速率的影响愈显著。如果反应级数等于零，在动力学方程式中该物料的浓度项就不出现，说明该物料浓度的变化对反应速率没有影响；如果反应级数是负值，说明该物料浓度的增加反而阻抑了反应，使反应速率下降。总反应级数等于各组分反应级数之和，即n＝。
主要内容
1 2 3 4
化学动力学基础
釜式反应器的认识
釜式反应器的设计与计算釜式反应器的操作
1
一动力学基础

宏观反应过程：在工业反应器中，化学反应过程与质量、热量和动量传递过程同时进行，这种化学反应与物理变化过程的综合，称为宏观反应过程。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学排除了一切物理传递过程的影响，得到的反应动力学称之为化学动力学或本征动力学。

化学反应工程第三章釜式反应器

cp k1c A
A P Q
dc A 0 dt dc (k1c A k 2 c P ) P 0 dt k1c A

c A0 X Af k1c A

cp k1c A k 2 c p
BR和CSTR反应体积的比较
t BR c A0

0
X
dX rA
CSTR c A0
与环境交换的热内能的变化变温间歇釜式反应器dhdq间歇釜式反应器用焓变代替内能的变化dhtr为计算的基准温度变温间歇釜式反应器变温间歇操作的热量衡算dt为反应物的比热容pt间的平均比热容为温度dhdtuadq为传热面积tc为环境温度变温间歇釜式反应器变温间歇操作的热量衡算uadtdt讨论等温反应绝热反应dtdxuadtdtdtdx1
3.5 连续釜式反应器的串联与并联
1.图解分析
正常动力学
A
1 R A
B
D
即：任意时刻两个反应产物浓度之比，等于两个反应速率常数之比
c
Q
0
t
平行反应物系组成与反应时间关系示意图
等温间歇 BR 的计算
复合反应
将上述结果推广到含有M个一级反应的平行反应系统：反应物A的浓度为：
c A c A0e
ci k i c A0
( t ki )
1
M
反应产物的浓度为：
3.4 等温CSTR 的计算
空时与空速的概念：
空时：
Vr 反应体积 Q0 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Qo , 处理能力
空速：
Q0 FA0 Vr c A0Vr 1
因次 :时间
-1

化学反应工程习题及答案二

1. 化学反应过程按操作方法分为_______、______、_______操作。

（分批式操作、连续式操作、半间歇式）2. 反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。

3. 理想流动模型是指（平推流）模型和（全混流）模型。

5.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。

6. 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。

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。

7. 平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。

（浓度、温度）主-副大于0，是吸热反应！8. 如果平行反应)()(副主S A P A →→均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应_____。

(提高温度)9.理想反应器是指_______、_______。

[理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器]8.全混流反应器的返混_______。

（最大）平推流反应器的返混为_______。

（零）9.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。

10.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______。

（脉冲法、阶跃法、周期示踪法）11.平推流管式反应器t t =时，E （t ）=_______。

（∞）12.平推流管式反应器t t ≠时，E （t ）=_______。

（0）13.平推流管式反应器t t ≥时，F （t ）=_______。

（1）14.平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。

（0）15.平推流管式反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。

精化工程复习总结题

精化总复习计算题间歇釜式反应器计算搅拌功率计算物性参数计算物料衡算与热量计算多组分吸收计算第一章习题1、釜式反应器其高与直径之比一般在1~3 之间。

2、塔式反应器其高与直径之比一般在数倍~十多倍。

3、精细化工中最基本的理想混合反应器有间歇搅拌釜式反应器和连续搅拌釜式反应器；最基本的理想置换反应器有管式反应器。

4、偏离平推流的情况有漩涡运动、截面上截面上流速不均匀、沟流和短路。

5、偏离全混流的情况有产生产生死角与短路。

6、实验室研究到工业生产的反应工程研究过程要做到扩散相似，流体力学相似，热相似和化学相似。

7、化学反应对反应器的要求主要有反应器要有足够的体积、有适宜的结构、足够的传热面积、足够的机械强度和耐腐蚀能力、易操作、易制作、易安装、易维修。

第二章简答题1. 试述釜式反应器的适用范围及特点？答案：液-液均相，在气-液、液-液非均相反应过程。

既可适用于间歇操作，又可适用于连续操作过程。

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。

2. 釜式反应器液位对生产有何影响？如何控制？答案：一般反应釜液位控制在70％左右，通过料液的出料速率来控制。

连续反应时反应釜必须有自动料位控制系统，以确保液位准确控制。

液位控制过低反应产率低；液位控制过高，甚至满釜，就会造成物料浆液进入换热器、风机等设备中造成事故。

答案关键词：70％，出料速率，自动料位控制，填空题:1. 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。

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

3. 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）。

4. 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。

5. 间歇操作，对同一个反应，CＡＯ相同，处理物料量不等，达一定转化率时，每批所需的反应时间( 相等)。

化工原理习题答案第七章

c Ai -1 c Ai k1 c Ai c Bi k 2 c Ci c Di
(A)
A、B、C、D 分别代表乙酸、乙醇、乙酸乙酯和水。由计量关系得：
c B c B0 (c A0 c A ) c C c D c A0 c A
从已知条件计算出：
c A0 c B0 1.8 864 6.48mol/L 4.0 60 2.2 864 10.33mol/L 4.0 46
分解： C 6 H 5 C(CH 3 ) 2 COH CH 3 COCH 3 C 6 H 5 OH 生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于 0.08s-1,最终转化率达 98.9%，试计算苯酚的产量。 (1) 如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为 15min；
0.3266 80.5 91.11kg/h 0.95 30%
0.3266 84 190.2 kg/h 0.95 15%
每小时需碳酸氢钠：
91.11 190.2 275.8L/h 1.02 0.3266 1000 1.23mol/L 氯乙醇初始浓度： c A 0 0.95 275.8 x Af dx 1 xAf dxA 1 0.95 A 反应时间： t 2.968h 2 0 kcA cB kcA0 0 (1 xA ) 5.2 1.231 1 0.95
苯酚产量 q v0 c 苯酚 16.02 3.2 0.989 50.69mol / min 285.9kg / h （3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。（4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，但由于 cA 增加一倍，故 c 均增加一倍。

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化工原理习题及答案釜式反应器 3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325CHCOOCHNaOHCHCOONaCHOH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？

解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95AfAfXXAAAAAAAAAAA

dXdXXtCC

RkCXkCX

h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h。

3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222CHClCHOHNaHCOCHOHCHOHNaClCO 以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到95%。（1）（1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h

每小时需氯乙醇：0.326680.591.11/0.9530%kgh 每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%kgh 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02Qlh 氯乙醇初始浓度：00.326610001.231/0.95275.8ACmoll 反应时间： 02000110.952.968(1)5.21.23110.95AfAfXXAAAABAA

dXdXtCh

kCCkCX

反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5rVQttl

（2）（2）反应器的实际体积：956.512750.75rVVlf 3.3丙酸钠与盐酸的反应： 2525CHCOONaHClCHCOOHNaCl 为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用0.515N的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：

时间，min 0 10 20 30 50 ∝

NaOH用量，ml 52.2 32.1 23.5 18.9 14.4 10.5 现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。试计算反应器的反应体积。假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为： 0.515/10ABNaOHCCVmoll

于是可求出A的平衡转化率： 00052.510.50.852.590%0.890%0.720.515(1)52.5(10.72)0.051514.7/10AAeAe

AAe

AAA

CCX

CCXmoll 现以丙酸浓度对时间作图：

由上图，当CA=0.0515×14.7mol/l时，所对应的反应时间为48min。由于在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应器的反应时间也是48min。丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min。

原料处理量为：000/156.4/(0.051552.5)57.84/minAAQFCl 反应器体积：00()57.84(182010)4512rVQttl 实际反应体积：4512/0.85640l

3.4在间歇反应器中，在绝热条件下进行液相反应： ABR

其反应速率方程为：143110001.110exp()/.AABrCCkmolmhT 式中组分A及B的浓度CA及CB以kmol/m3为单位，温度T的单位为K。该反应的热效应等于-4000kJ/kmol。反应开始时溶液不含R，组分A和B的浓度均等于0.04kmol/m3，反应混合物的平均热容按4.102kJ/m3.K计算。反应开始时反应混合物的温度为50℃。（1）（1）试计算A的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度。（2）（2）如果要求全部反应物都转化为产物R，是否可能？为什么？解：(1) 00000.04(4000)()()32332339.014.102ArAAAA

CHTTXXXX

0000014220()91.32110001.110exp()(1)32339.01AfAfXXAAAAAABAAAAAdXdXtCCRkCCdXChCXX （由数值积分得出）

32339.010.85356.2TK (2)若A全部转化为R,即XA=1.0,则由上面的积分式知，t→∝,这显然是不可能的。

3.5在间歇反应器中进行液相反应： 12AABDCB

ABCrkCC

CBDrkCC A的初始浓度为0.1kmol/m3,C，D的初始浓度为零，B过量，反应时间为t1时，CA=0.055kmol/m3，CC=0.038 kmol/m3，而反应时间为t2

时，CA=0.01 kmol/m3，CC=0.042kmol/m3，试求：

（1）（1） k2/k1; （2）（2）产物C的最大浓度；（3）（3）对应C的最大浓度时A的转化率。解：(1)因为B过量，所以： ''''1212,,AADCCADACrkCrkCrrrkCkC

恒容时：

'1AA

dCkC

（A）

''12CAC

dCkCkC

(B)

（B）式除以（A）式得： '2'11CC

dCkC

dCkC 解此微分方程得： '2'10'200'11kkAAA

CCC

kCC

k （C）

将t1,CA,CC及t2,CA,CC数据代入（C）式化简得： 0.420.550.380.10.420.550.380.1xx 解之得： '22'11

0.525kkxkk

(2)先求出最大转化率:

111,max21()0.7425kkAkX

(3)产物C的最大收率：

21,max211110.49051kkCAA

YXX

k 产物C的最大浓度： 3,max0,max0.10.49050.0491/CACCCYkmolm

3.6 在等温间歇反应器中进行液相反应 31

123

kkAAA

初始的反应物料中不含A2和A3，A1的浓度为2mol/l，在反应温度下k1=4.0min-1,k2=3.6min-1,k3=1.5min-1。试求: （1）（1）反应时间为1.0min时，反应物系的组成。（2）（2）反应时间无限延长时，反应物系的组成。

（3）（3）将上述反应改为31123kkAAA反应时间无限延长时，反应物系的组成。解：根据题中给的两种反应情况，可分别列出微分方程，然后进行求解。但仔细分析这两种情况，其实质是下述反应的特例：

12123

kkAAA

(A)

当'20k时，（A）式变为123AAA (B)

当'10k时，（A）式变为123AAA (C)

当''120,0kk时，（A）式变为123AAA (D) 其中式（D）即为书讲的一级不可逆连串反应。可见只要得到（A）式的解，则可容易化简得到（B）,(C)及(D)式的解。对于(A)式，可列出如下微分方程组：

1111dCkCkC

(1)

''2

11231222dCkCkCkCkC

dt (2)

2223dCkCkC

dt (3)

由题意知初始条件为：

11023(0),(0)(0)0CCCC

(4)

联立求解此微分方程组可得： '''''21112211011()()()()ttkkkkkeke



