化工設(shè)備習(xí)題

1、錯品復(fù)習(xí)與思考題1 .轉(zhuǎn)化率的定義是什么？2 .什么是反應(yīng)速率？寫出均相系統(tǒng)反應(yīng)速率表示方式。3 .什么是化學(xué)動力學(xué)方程？怎樣理解“反應(yīng)級數(shù)表明濃度對反應(yīng) 速率的敏感程度”，“活化能表明溫度對反應(yīng)速率的敏感程 度”？4 .什么是本征動力學(xué)和宏觀動力學(xué)？兩者有何區(qū)別與聯(lián)系？5 .試說明反應(yīng)熱與活化能的區(qū)別與聯(lián)系。6 .試寫出間歇反應(yīng)系統(tǒng)中，恒溫恒容0級、1級、2級不可逆反應(yīng) 的積分式。7 .何謂變?nèi)葸^程？膨脹因子的定義及其物理意義是什么？8 .什么是復(fù)雜反應(yīng)？復(fù)雜反應(yīng)通?？煞譃槟膸追N類型？9 .簡述氣固相催化反應(yīng)的宏觀過程。10 .根據(jù)雙膜理論簡述氣液相反應(yīng)的宏觀過程。11 .解釋下列參數(shù)的物理

2、意義：膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù) 丫、增強(qiáng)系數(shù)（3、 反應(yīng)相內(nèi)部總利用率不。12 .為什么要建立理想流動模型？它與實際流動狀況有哪些區(qū) 別？在處理過程中作了哪些簡化？13 .理想轉(zhuǎn)換與理想混合流動模型各有什么特征？14 .何謂返混？形成返混的原因有哪些？返混對反應(yīng)過程有什么影響？工程中如何降低返混的程度?rr計算題1 .有一反應(yīng)，在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉 80%經(jīng)過18min后轉(zhuǎn)化掉90%求表達(dá)此反應(yīng)的動力學(xué)方程式。（n=2）解題思路2 .在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫二級反應(yīng) A-B,反應(yīng)速率方程式為： （一a） = 0.01cA2mol/（L s）,當(dāng) Ca0分別為 1、5、10mol/

3、L 時,求反應(yīng)至CA=0.01mol/L所需的反應(yīng)時間。（9900s、9980s、9990s）解題思路3 .等溫下在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆液相分解反應(yīng)A-B+C,在5min內(nèi)有50%勺A分解，要達(dá)到分解率為75%問需多少 時間？若反應(yīng)為二級，則需多少時間？ （n=1時，r =10min;n=2 時，=15min）解題思路4 . 973K和294.3 Xl03Pa恒壓下發(fā)生反應(yīng) CH。-2GH +H2。反應(yīng)開 始時，系統(tǒng)中含CH。為116kg,當(dāng)反應(yīng)完成50%寸，丁烷分壓 以235.4 乂 103Pa/s的速率發(fā)生變化，試求下列項次的變化速率：錯品用口川(1)乙烯分壓；(2) H2的摩爾數(shù)；

4、(3) 丁烷的摩爾分率。(470.8 xi03Pa/s; 3.2kmol/s ; 0.81/s )解題思路5 .試證明對一級反應(yīng)，在等溫條件下轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.9%所需時間為轉(zhuǎn)化率達(dá)到50晰需時間的10倍。又設(shè)反應(yīng)為0級或2級， 兩者的時間比為多少？ ( n=0時，時間比為2倍；n=2時，時間 比為1000倍)解題思路6 .在一均相恒溫聚合反應(yīng)中，單體的初始濃度為0.04mol/L和0.08mol/L ,在34min內(nèi)單體均消失20%求單體消失的速率。(-r a=0.0657cAmol/(L min)解題思路7 .不可逆反應(yīng)2A+BA2B的機(jī)理如下：A -F B AB*-A木由%AB+ A ,

5、30B相品用。" 試推導(dǎo)出該反應(yīng)的產(chǎn)品生成速率 A2B的方程式。(*/ +餐/)復(fù)習(xí)與思考題1 .解釋下列兩組概念的物理意義，并說出它們之間的區(qū)別與聯(lián)系： 反應(yīng)時間與停留時間、空時與空速。2 .反應(yīng)器的計算方法有哪些？反應(yīng)器計算的基本方程包括哪幾 個？3 .何謂理想流動反應(yīng)器？4 .簡述連續(xù)操作管式反應(yīng)器、連續(xù)操作釜式反應(yīng)器的主要特點。5 .用圖表示間歇操作釜式反應(yīng)器、連續(xù)操作管式反應(yīng)器與連續(xù)操 作釜式反應(yīng)器的推動力。6 .熟練寫出零級、一級、二級不可逆反應(yīng)在恒溫下分別于間歇操 作釜式反應(yīng)器、連續(xù)操作管式反應(yīng)器與連續(xù)操作釜式反應(yīng)器中 進(jìn)行時的有效體積計算公式。7 .多只連續(xù)操作釜式反

6、應(yīng)器串聯(lián)時，反應(yīng)推動力如何表示？各釜 濃度如何計算(解析計算與圖解計算)？8 .對同一反應(yīng)在相同條件下，達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率，為什么連續(xù)操作 釜式反應(yīng)器所需有效體積最大，而連續(xù)操作管式反應(yīng)器所需有易品 效體積最小，多釜串聯(lián)連續(xù)操作釜式反應(yīng)器的有效體積介于兩 者之間？9 .何謂連續(xù)操作釜式反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性？符合什么條件的操作點 為穩(wěn)定操作點？如何分析判斷操作點的穩(wěn)定與不穩(wěn)定？哪些參 數(shù)影響熱穩(wěn)定性？10 .攪拌器的作用是什么？有哪些類型？根據(jù)什么原則選型？11 .攪拌釜式反應(yīng)器的傳熱裝置有哪些？各有什么特點？12 .化工廠常用的高溫?zé)嵩从心男?？各適用于怎樣的場合？13 .簡述變?nèi)萸闆r下，連續(xù)操作管式反

7、應(yīng)器有效體積計算方法。14 .選擇反應(yīng)器型式和操作方式時，應(yīng)從哪些方面對反應(yīng)器性能進(jìn) 行比較？15 .對平行反應(yīng)P （主產(chǎn)物）/ P（主產(chǎn)物）和二匕臉 、S（副產(chǎn)物）r產(chǎn)0也面i. 何謂選擇性？ii. 試討論平行反應(yīng)選擇性的濃度效應(yīng)與溫度效應(yīng)。iii.如何選擇合適的反應(yīng)器類型與操作方式，提高平行反應(yīng)選擇錯品用。* 計算題1 .反應(yīng)物A,按二級反應(yīng)動力學(xué)方程式恒溫分解，在間歇操作釜 式反應(yīng)器中5min后轉(zhuǎn)化率為50%試問在該反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化75% 的A物質(zhì)，需要增加多少分鐘？ （ 10min）將二級反應(yīng)動力學(xué)方程與BR 恒溫恒容的基礎(chǔ)設(shè)計式聯(lián)立推導(dǎo)得反應(yīng) 時間與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系式。解題思路2 .在實驗室

8、內(nèi)用一個間歇攪拌的燒瓶進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)，反應(yīng) 2h后，轉(zhuǎn)化達(dá)到99.9%。若將反應(yīng)器放大，選用一個連續(xù)操作 釜式反應(yīng)器進(jìn)行此反應(yīng)，其它工藝條件不變，平均停留時間為 2h,試計算該反應(yīng)的最終出口轉(zhuǎn)化率。（87.35%）解題思路A *瓦-b3 .在連續(xù)操作釜式反應(yīng)器進(jìn)行某一級可逆反應(yīng)工廠，操作條件下測得化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)為ki=10h-1 , k 2=2h-1 ,在反應(yīng)物料A 中不含有B,其進(jìn)料量為10n3/h ,當(dāng)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%寸， 平均停留時間和反應(yīng)器的有效體積各為多少？ （0.125h ;1.25m3）解題思路4 .四個體積相同的連續(xù)釜式反應(yīng)器串聯(lián)操作，進(jìn)行液相反應(yīng)，其動力學(xué)方程式為

9、（-r a）=0.6c Amol/L h,反應(yīng)物A的初始濃度 cwImol/L,物料在反應(yīng)系統(tǒng)中平均停留時間為 4小時，試用圖 解法求最終轉(zhuǎn)化率。（90%解題思路5 .有一等溫連串反應(yīng)：以一一s在兩個串聯(lián)的連續(xù)操作釜式 反應(yīng)器中進(jìn)行。每個釜的有效體積為2L,加料速度為1L/min,反應(yīng)物A的初始濃度CA0=2mol/L,兩個釜在同一溫度下操作。ki=0.5min-1 , k2=0.25min-1,試求第一釜和第二釜出口物料濃度。（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 , C

10、s2=0.72mol/L ）解題思路6 .在一恒溫間歇操作操作釜式反應(yīng)器中進(jìn)行某一級液相不可逆反應(yīng)，13min后反應(yīng)轉(zhuǎn)化掉70%今若把此反應(yīng)移到連續(xù)操作管式 反應(yīng)器或連續(xù)操作釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，為了達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率， 所需的空時、空速各為多少？（連續(xù)操作管式反應(yīng)器中，r =13min, S/=0.076min-1;連續(xù)操作釜式反應(yīng)器中，下=25.2min,S=0.0397min-1;)錯品解題思路7 . 555K, 0.3MPa下，在連續(xù)操作管式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng) A P。已 知進(jìn)料中含有30%A(mol% ,其余為惰性物料，加料流量為 6.3molA/s ,動力學(xué)方程式為(-r a)=0.27c

11、 Amol/(m3 s),為了達(dá) 到95%勺轉(zhuǎn)化率，試求：(1)所需的空速為多少？(S=0.0901min-1) ; (2)反應(yīng)器有效體積。(V=3.656m3)解題思路8 .醋酊按下式水解為醋酸：(CHCOO+ HCH2CHCOOH實驗測定 該反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)(-r a) =kcA,在288K時，反應(yīng)速率常 1數(shù)k為0.0806min?，F(xiàn)設(shè)計一理想反應(yīng)器，每天處理醋酊水溶 液14.4m3,醋酊的初始濃度c-為95mol/m3,試問 當(dāng)采用連續(xù)操作釜式反應(yīng)器，醋酊轉(zhuǎn)化率為90%寸，反應(yīng)器的有效體積是 多少？ ( 1.12m3) (2)若用連續(xù)操作管式反應(yīng)器，轉(zhuǎn)化率不變， 求反應(yīng)器有效體積。

12、(0.286m3)(3)若選用兩個體積相同的連續(xù)操作釜式反應(yīng)器串聯(lián)操作，使第一釜醋酊轉(zhuǎn)化率為68.4%,第二釜醋酊轉(zhuǎn)化率仍為90%求反應(yīng)器總有效體積。(0.536m3)解題思路9 .進(jìn)料濃度CA(=1mol/L的純A溶液以V0=10L/min的流量流經(jīng)有效 體積為10L的連續(xù)操作管式反應(yīng)器，發(fā)生一級反應(yīng)， k=0.01min-1,求所達(dá)的出口轉(zhuǎn)化率。若為二級反應(yīng)，噂品用口川 k=0.01L/mol .min,則出口轉(zhuǎn)化率又為多少？（一級反應(yīng)為 1% 二級反應(yīng)為0.99%）解題思路10 .乙烷裂解反應(yīng)GH6-C2H4+H2在連續(xù)操作管式反應(yīng)器中進(jìn)行。生 產(chǎn)平均操作壓力為318.5kPa,操作溫度

13、為1073K實驗測得反 應(yīng)速度常數(shù)k=1.18kmol/（m 3 kPas）,已知進(jìn)料質(zhì)量流速為 100kg/（m2 s）,裂解稀釋水蒸汽用量占進(jìn)料氣體體積的25%試計算當(dāng)乙烷轉(zhuǎn)化率為65%寸反應(yīng)管長。（133.3m）解題思路11 .在連續(xù)操作釜式反應(yīng)器中進(jìn)行一均相液相反應(yīng)ZP,（ -r A）=kcA2,轉(zhuǎn)化率為 50%.i. 如果反應(yīng)器體積為原來的6彳§,其它保持不變，則轉(zhuǎn)化率為多少？（75%ii. 如果是體積相同的管式反應(yīng)器，其它保持不變，則轉(zhuǎn)化率為多少？（66.7%）解題思路復(fù)習(xí)與思考題1 .氣固相催化反應(yīng)器有哪幾類？各有什么特點？2 .固定床反應(yīng)器分為哪幾種類型？其結(jié)構(gòu)有何特

14、點？幡品用。33 .試述絕熱式和換熱式氣固相催化固定床反應(yīng)器的特點，并舉出應(yīng)用實例。4 .試述對外換熱式與自熱式固定床反應(yīng)器的特點，并舉出應(yīng)用實 例。5 .如何根據(jù)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的情況選擇不同型式的固定床反應(yīng) 器？6 .何謂固定床的一維模型、二維模型，簡述其特點。7 .何謂固定床的擬均相模型、非均相模型，簡述其特點。8 .如何計算dv、da、ds、（|） s、£、A p等固定床催化反應(yīng)器的物理 參數(shù)？9 .固定床催化反應(yīng)器的床層空隙率 £的定義、影響因素是什么？ 為什么£是固定床反應(yīng)器的重要特性參數(shù)？10 .流體在固定床反應(yīng)器中的流動特性是什么？11 .何謂催化劑

15、有效系數(shù) 刀?如何用其判斷反應(yīng)過程的控制步 驟？12 .固定床對壁給熱系數(shù) t的傳熱推動力是什么？ t與哪些因 素有關(guān)？ 0c t與空管中流體對管壁的給熱系數(shù)有何區(qū)別？13 .解釋下列參數(shù)：空速 9、催化劑空時收率Sw,催化劑負(fù)荷Sg, 并說明三者的區(qū)別。14 .固定床反應(yīng)器的計算方法有哪些？各有什么特點？15 .如何運用經(jīng)驗法計算出固定床的催化劑用量、床高、床徑?錯品用口川16 .寫出氣固相催化固定床反應(yīng)器擬均相一維理想流動模型的數(shù) 學(xué)表達(dá)式，并說明其求解步驟。17 .當(dāng)氣體通過固定顆粒床時，隨著氣速的增大，床層將發(fā)生何種 變化？形成流化床時氣速必須達(dá)到何值？兩種流態(tài)化的概念是 什么？如何判

16、斷？計算題1 .計算直徑3mm高6mmi勺圓柱形固體粒子的當(dāng)量直徑 dv、d。、 ds和形狀系數(shù)心。(4.33mm 4.74mm 3.6mm 0.83)解題思路2 .某固定床反應(yīng)器所采用催化劑顆粒的堆積密度與顆粒表觀密度 分別為828kg/m3和1300kg/m3,該床層的空隙率是多少？(0.363)解題思路3.按下表數(shù)據(jù)，求催化劑顆粒的調(diào)和平均直徑篩目28353548486565100100150150200>200孔徑0.590.420.300.210.100.100.0d/mm0.420.300.210.150.100.07474Xi'/%（質(zhì)）30.7320.0017.0

17、78.2910.266.347.324 . (0.204mm廣解題思路 5.6 .在一總長為4米的固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣以 25000kg/m2 h 的質(zhì)量流速通過，如果床層中催化劑顆粒的直徑為3mm床層的堆積密度為754kg/m3,催化劑的表觀密度為1300kg/m3,流體 的粘度為 u = 1.8 x 10-5pa s ,密度 p f=2.46kg/m3,求：床層 的壓力降。(358kPa)解題思路7 .在一單管固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行氯乙烯合成的動力學(xué)實驗。反應(yīng)管直徑為0 25m訴2.5mm催化劑填裝高度為25nl床層空隙率為0.45,進(jìn)口原料氣的組成為：C2H46% HCl54%(mol%)

18、反應(yīng) 器入口溫度為413K,壓力為常壓，空管氣速為0.12m/s,試求:(1)原料氣體積流量；(2)原料氣摩爾流量；(3)原料氣質(zhì) 量流速；(4)空間速度和接觸時間。(1)3.77 Xl0-5m/s； (2)1.1 X10-5kmol/s; (3)0.111kg/(m 2 s);(4)0.317s -1,0.938s )噂品用口川解題思路8 .某固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一氧化反應(yīng)，其床層直徑為101.66mm催化劑顆粒直徑為3.6mm氣體導(dǎo)熱系數(shù) 入f為9 .225 x 10-5kJ/m s K,密度 p f 為 0.53kg/m3,粘度 邛為10 4 x 10-5Pas,氣體表觀質(zhì)量流速 G為2.65kg/(m 2 s)。試計 算床層對壁給熱系數(shù) ato (7.909 x 10-2kJ/m2 - s - K)解題思路9.有一年產(chǎn)量為5000噸的乙苯脫氫制苯乙烯的裝置，是一列