精細化工過程與設備期末復習題庫

.根據幾何形式的不同可以把化工生產中用到的反應器分為：鍋式、塔式、管式、固定床或流化床反應器等。.選擇釜式反應器的攪拌器時，需要考慮的主要因素有：攪拌目的、化學反應要求和物料物性等。.根據傳熱過程方程式，欲強化攪拌反應釜的傳熱，可以采取提高傳熱面積，提高傳熱系數和增大傳熱溫差等措施。.反應器中流體微元在流動方向（即軸向）上的混合，稱做返混。這種現象的存在會使反應物的濃度降低，造成反應速度也降低。.物料衡算的理論基礎是：質量守衡定律。.要控制一定的反應溫度，可采用間壁傳熱式、直接傳熱式、蒸發(fā)式傳熱、外循環(huán)傳熱或絕熱式傳熱等傳熱形式對反應器進行換熱。.液體從軸向流入葉輪，并從軸向流出的葉輪，稱為軸向流葉輪；液體從軸向流入,徑向流出的葉輪，稱為徑向流葉輪。.在理想置換反應器中，所有流體微元的停留時間相同，同一橫截面上各處物料的組成和溫度都是相同的，反應時間也相同。.確定攪拌反應器的攪拌功率時，反映物料的流動特性的準數為：Re，反映重力影響的準數為：Fr。.間歇反應器內反應物料的濃度是時間的函數，與其在反應器內的空間位置無關；并且物料中的所有流體微元在反應器內的反應時間都是相同的。.確定攪拌反應器的攪拌功率時，準數Fr反映了重力對功率的影響，準數Re反映了物料的流動特性對功率的影響。.對于理想混合反應器來說，反應器內部各處的物料組成和溫度都是相同的，且等于出口處的組成和溫度。.間歇反應器內反應物料的濃度是時間的函數，與其在反應器內的空間位置無關；并且物料中的所有流體微元在反應器內的反應時間都是相同的。.對于理想混合反應器來說，反應器內部各處和_出口處的物料的組成和溫度都是相同的。.精細化學品的特點：多品種、化學反應復雜、反應物料相態(tài)多樣化、反應介質腐蝕性強、高技術密集度。.精細化率二精細化工總產值/化工總產值.一般說來，對于互不相溶的非均相體系，通常采用渦輪式或推進式攪拌器作強烈的混合；對于不太強烈的混合，如固態(tài)或懸浮態(tài)物料，不要求劇烈的攪拌，大多采用槳式或錨式攪拌器。.T、P物料性質、操作方式等都對設備的選型和構造有影響，但最主要地還是混合強度和傳熱強度。.物料衡算有兩種情況：一種是設計型，一種是操作型。.化工過程的類型按照操作方式：間歇操作，連續(xù)操作，半連續(xù)操作。1mol或1kg物質溶于溶劑生成一定溶液過程的熱效應，稱之為積分溶解熱。.常用的載冷劑有：氯化鈣水溶液，有機載冷劑。.攪拌設備的作用是：使物料混合均勻，強化傳熱、傳質。.攪拌裝置包括：傳動裝置，攪拌軸和攪拌器.攪拌設備里不僅存在渦流對流擴散和主體對流擴散，還存在分子擴散，其強弱程度依次減小。.分子水平上的完全均勻混合，只有通過分子擴散才能達到。.主體對流擴散和渦流對流擴散只能進行宏觀混合，只有分子擴散才能進行微觀混合。.液體從攪拌器的軸向流入（葉輪），并從軸向流出（葉輪），這樣的流型稱作軸向流。.液體從攪拌器的軸向流入（葉輪），并從葉輪的徑向流出（葉輪），這樣的流型稱作徑向流。.液體沿攪拌器葉輪的切線方向作圓周循環(huán)運動的流型，稱作切線流。.多釜連續(xù)操作時，串聯的數目越多，容積效率越高，是因為數目增多可抑制返混，使反應過程中各釜的濃度梯度更接近理想置換。.物料衡算的基礎是：質量守恒定律；熱量衡算的基礎是：能量守恒定律。.釜式反應器的基本結構主要包括 釜體、攪拌裝置、軸封、換熱裝置.攪拌的根本目的是加強釜內物料的均勻混合，以強化 傳質和傳熱 。.攪拌器的選型主要根據物料性質、攪拌目的及攪拌器的性能的性能特征來進行。二、判斷題1.對于理想混合反應器，反應器出口流體的濃度和反應器內部流體的濃度相同。（J）2．對于任一化學反應，在相同工藝條件下，要完成相同的產量所需理想混合反應器的體積比理想置換反應器的體積小。（義）.在等溫等壓條件下，反應級數越小，容積效率越大。（J）.對于理想置換反應器來說，在反應物料的體積流量一定的情況下，反應物達到一定轉化率所需的空間時間越長，所需要的反應器越小。（義）.對于間歇反應器來說，反應器的生產能力與反應時間成正比。（義）TOC\o"1-5"\h\z.在理想混合反應器中，若t1>t2,則E（t1）<E（t2）。 （J）.F（t）為停留時間小于t的流體微元占全部流體微元的分率。 （J）.對平行反應而言，在其它條件不變的情況下，降低反應物濃度有利于活化能低的反應。（義）.在采用示蹤響應技術測定停留時間分布函數時，由脈沖響應法可由實測數據直接求出E（t）函數。 （J）.在理想混合反應器中，因為所有流體微元的停留時間都相同，所以不須考慮停留時間分布問題。 （義）.在理想混合反應器中，所有流體微元在反應器中的停留時間都是相同的。(義)12．對于連續(xù)反應器來說，反應物達到一定轉化率所需的空間時間與反應器的大小無關(義)13．對于連續(xù)反應器來說，反應器的生產能力與空間速度成反比。(義)14．在等溫等壓條件下，反應級數越大，容積效率越?。晦D化率越大，容積效率越小。(J)15．對平行反應而言，在其它條件不變的情況下,提高反應溫度有利于活化能高的反應。(J)16．對于管式反應器，當進料體積流量一定時，空間時間越小，則所需要反應器的體積越大(義).F(T)為停留時間小于T的流體微元占全部流體微元的分率。(J).在用示蹤響應技術測定停留時間分布函數時，由階躍響應法能直接測得E(t)函數。(義)19.在理想置換反應器中，因為所有流體微元的停留時間都相同，所以不須考慮停留時間分布問題。(J)20.對于任一化學反應來說，在相同工藝條件下，要完成相同的產量所需理想置換反應器的體積比理想混合反應器的體積大。(義).對于間歇反應器來說，反應器的生產能力與反應時間成正比。(義).在理想混合反應器中，若t1<t2,則E(t1)>E(t2)。(J).對于理想置換反應器，反應器出口流體的濃度和反應器內部流體的濃度相同。(X).在等溫等壓條件下，反應級數越小，容積效率越大。(J)25.F(t)為停留時間小于t的流體微元占全部流體微元的分率。(J)26.對于任一化學反應，在相同工藝條件下，要完成相同的產量所需理想混合反應器的體積比理想置換反應器的體積大。(J)27.對于理想置換反應器來說，在反應物料的體積流量一定的情況下，反應物達到一定轉化率所需的空間時間越長，所需要的反應器越小。(X)28.在采用示蹤響應技術測定停留時間分布函數時，由脈沖響應法可由實測數據直接求出E(t)函數。(J)29.在理想混合反應器中，因為所有流體微元的停留時間都相同，所以不須考慮停留時間分布問題。(X)30.對于連續(xù)反應器來說，反應物達到一定轉化率所需的空間時間與反應器的大小無關(X).對于管式反應器，當進料體積流量一定時，空間時間越小，則所需要反應器的體積越大。(X).F(t)為停留時間小于t的流體微元占全部流體微元的分率。(J).對于任一化學反應來說，在相同工藝條件下，要完成相同的產量所需理想置換反應器的體積比理想混合反應器的體積大。(X).反應器的有效體積與進入反應器的反應物料的體積流量之比稱為空間時間。 (J).對于間歇操作釜式反應器來說，達到一定轉化率所需要反應器的體積與處理物料量的大小無關。(X).在相同反應條件下進行的同一反應，當采用多級串聯理想混合反應器的級數趨近于無窮大時，則其效果與理想置換反應器相同。 (J)37．在攪拌釜中實際進行的混合過程是主體對流擴散、渦流對流擴散和分子擴散綜合作用的結果。（J）38．在連續(xù)釜式反應器中，反應物的濃度與反應時間和位置有關。（X）39．對于理想混合反應器，有近36.8%的物料在設備內的停留時間大于平均停留時間。（J）.對于理想置換反應器來說，若t=三，則F（t）=0。（X）.E（t）dT表示停留時間在T到T+dT之間的流體微元占全部流體微元的分率。（J）.攪拌良好的釜式反應器可以認為符合理想置換流動模型。（X）.細長型的管式反應器可近似地看成理想混合反應器。（X）.若反應速率的定義式寫成，則在數值上反應組分有關。（X）.化學反應的活化能愈大，溫度對反應速率的影響就愈敏感，高溫更有利于高活化能反應的進行。（J）.對于任何反應類型，提高反應物的濃度均有利目標產物的生成。（X）.對于等溫操作的間歇反應器，其傳熱量變化規(guī)律可以根據化學反應速率來確定。（J）48.間歇釜式反應器與半間歇釜式反應器內物料的操作參數均隨時間而變，均屬于非穩(wěn)態(tài)過程。（J）.連續(xù)釜式反應器穩(wěn)定定常態(tài)操作的必要條件是Qg二Qr且。（X）.切線流的優(yōu)點是可以提高夾套的傳熱速率，但對其它過程往往產生不利影響，使攪拌效率降低。因此工業(yè)生產中需要克服之。（J）.因為反應速率恒為正值，所以對于原料的反應速率表示為。（J）.釜式反應器的所有人孔、手孔、視鏡和工藝接管口，除出料口外，一律都開在頂蓋上。J.搪玻璃反應釜具有良好的抗腐蝕性，特別適于酸堿交替的反應過程。X.對于低粘度液體，應選用大直徑、低轉速攪拌器，如錨式、框式和槳式。X.釜式反應器的夾套高度一般應高于料液的高度，以保證充分傳熱。J.含有固體顆粒的物料及粘稠的物料，不宜采用蛇管式換熱器。J.當反應在沸騰溫度下進行且反應熱效應很大時，可采用回流冷凝法進行換熱。J.計算反應釜理論傳熱面積時應以反應開始階段的放熱速率為依據。J.釜式反應器可用來進行均相反應，也可用于以液相為主的非均相反應。J三、選擇題.對于反應A-R（主反應）（活化能為E1）；A-S（副反應）（活化能為4），且E1<E2,則：（A）（A）升高溫度有利于提高R的收率；（B）升高溫度有利于提高R的收率；（。溫度的改變不影響R的收率。.對于理想置換反應器來說，當進料體積流量一定時，（C）（A）空間速度越小，則所需要反應器的體積越??；（B）空間時間越大，則所需要反應器的體積越??；（C）空間速度越大，則所需要反應器的體積越小。.下列有關理想混合流型的敘述中不正確的是：（C）（A）徑向混合最大；（B）軸向混合最大；（C）無軸向混合。.下列有關E(t)的說法中不正確的有：(B)(A)E(T)dT表示停留時間在T到T+dT之間的流體微元所占整個流體微元的分率；(B)E(t)表示停留時間大于T的流體微元占全部流體微元的分率；(C)卜E(t)dt=1.0。0.對于理想混合反應器，若T1>T2>T，則：(C)(A)F(T1)=F(T2)；(B)F(T1)<F(T2)；(C)F(T1)>F(T2)。.下列有關E(t)的說法中正確的是：(A)(A)E(T)dT表示停留時間在T到t+dT之間的流體微元所占整個流體微元的分率；(B)E(T)表示停留時間小于T的流體微元占全部流體微元的分率；(C)E(T)表示停留時間大于T的流體微元占全部流體微元的分率。7．對于理想置換反應器，下列說法中正確的是：(C)(A)返混程度最大；(B)軸向混合最大； (C)無軸向混合。.對于理想混合反應器，若T1<T2,則。(B)(A)E(T1)<E(T2)；(B)E(T1)>E(T2)；(C)無法比較。.對于反應A-R(主反應)；A-S(副反應)，若%=dCR-=[ki]。<a2，且@=@,則:rdC\k)A12S S2(C)(A)反應物濃度增大，R收率增加；(B)反應物濃度增大，R收率減??；(C)反應物濃度變化對R收率無影響。10．對于理想混合反應器，下列說法中不正確的是：(B)(A)反應器出口流體的濃度和反應器內部流體的濃度相同；(B)反應器入口流體的濃度和反應器內部流體的濃度相同；(C)反應器出口流體的溫度和反應器內部流體的溫度相同。.對于反應A-R(主反應)(活化能為E1)；A-S(副反應)(活化能為E?),且E1<E2,則：(B)(A)升高溫度有利于提高R的收率；(B)降低溫度有利于提高R的收率；(。溫度的改變不影響R的收率。.下列有關E(t)的說法中不正確的有：(B)(A)E(T)dT表示停留時間在T到T+dT之間的流體微元所占整個流體微元的分率；(B)E(T)表示停留時間大于T的流體微元占全部流體微元的分率；(C)f0°E(T)dT=1.0o0.對于理想混合反應器，若T三，則：(A)(A)F(T1)>F(T2)；(B)F(t1)<F(T2)；(C)F(t1)=F(T2)o.對于反應A-R(主反應)；A-S(副反應)，若『dC(kV，則：(B)r=dCR=lkIq「“2S S227(A)當a1>a2時，降低CA,rR/rS比值增大，R的收率就高；(B)當a1<a2時，降低CA,rR/rS比值增大，R的收率就高；(C)當a1<a2時，提高CA,rR/rS比值增大，R的收率就高..對于理想混合模型，下列說法中正確的有：(C)(A)徑向混合最小；(B)無軸向混合； (C)軸向混合最大。.對于理想混合反應器，若T1<T2，則：(A)(A)F(T1)<F(T2)；(B)F(T1)>F(T2)； (C)無法比較。.下列有關F(t)的說法中不正確的有：(B)F(t)表示停留時間大于t的流體微元的分率；F(t)表示停留時間小于t的流體微元的分率；J1。dF(t)=1.0。0.對于在理想置換反應器中進行的反應A-R,其動力學方程為rjkc：,若增大反應物的初始濃度，則所需要反應器的體積：(A) 八八(A)變大；(B)變?。?C)不變。.如下圖所示中，哪一個攪拌器是渦輪式攪拌器(B)。.下面的反應器(A)為按幾何形式進行分類。(A)管式反應器 (B)間歇釜式反應器 (C)均相反應器.大規(guī)模工業(yè)生產反應器絕大多數選擇(B)操作。(A)間歇操作 (B)連續(xù)操作 (C)半連續(xù)、半間歇操作.對于連串反應A+B-P-S,P為主產物，生成S的反應級數為1,生成P的反應級數為2,則適宜選用的反應器為(A)。(A)間歇釜式反應器(B)單釜連續(xù)反應器(C)半間歇釜式反應器.將豆油分散到水中制成豆油-水的懸浮液，則該非均相液體的分散過程適宜的攪拌器為(A)。（A）渦輪式攪拌器（B）推進式攪拌器（。平槳式攪拌器（D）錨式攪拌器.下面攪拌器攪拌流體產生的流型以軸向流為主的是（A）。（A）推進式攪拌器（B）渦輪式攪拌器（C）槳式攪拌器（D）錨式攪拌器.反應體積與反應器實際體積的比值稱為設備裝料系數，其值大小與（D）有關。（A）反應器容積（B）反應器內物料溫度（。設備的大?。―）物料的發(fā)泡性.對于平行反應A+BfP,2A+B-S,P為主產物，生成S的反應級數為1,生成P的反應級數為2，則適宜選用的反應器為（A）。（A）間歇釜式反應器（B）單釜連續(xù)反應器（C）半間歇釜式反應器.下面換熱結構可以同時具有換熱和改變物料流動狀態(tài)的是（C）。（A）普通夾套（B）短管焊接加強夾套（C）立式蛇管（D）蜂窩夾套.已知C元素的元素燃燒熱（CfCO2（g））是395.15kJ?摩爾原子-，H元素的元素燃燒熱是143.15J?摩爾原子「近似估算乙烷完全燃燒的摩爾燃燒熱為（A）（A）1649.2KJ-mol-i（B）538.3KJ-mol-i（C）252KJ-mol-i（D）1362.9KJ-mol-i.下面攪拌器攪拌流體產生的流型以徑流為主的是（A）。（A）推進式攪拌器（B）渦輪式攪拌器（C）槳式攪拌器（D）錨式攪拌器.下列哪種攪拌器適用于黏度比較高，對攪拌要求不高的操作（D）（A）推進式攪拌器（B）渦輪式攪拌器（C）槳式攪拌器（D）錨式攪拌器.下列哪一項不是精細化學品的特點（B）（A）小批量多品種（B）產品種類多附加值低（C）技術密集度高（D）采用復配技術.對于在理想置換反應器中進行的反應A-R,其動力學方程為rA=kcA2,若增大反應物的初始濃度，則所需要反應器的體積：（A）（A）變大 （B）變小 （C）不變。簡答1．簡述階躍法的特點由實驗數據直接求得F（t）示蹤過程易于實現示蹤劑量大由F（t）求E（t）涉及求導的數值計算2．脈沖法的特點由實驗數據直接求得E（t）示蹤劑用量少示蹤劑瞬間加入困難3．簡單介紹理想置換假設的內容。①假定徑向流速分布均勻，即所有的質點以相同的速率從入口流向出口，就像活塞運動一樣，所以理想置換所對應的流型又稱為活塞流；②軸向上的同截面上濃度、溫度分布均勻4．對于簡單反應和復雜反應，在設計反應器時考慮的目標有何區(qū)別？因為簡單反應不存在副反應所以只要考慮反應器的生產強度。而復雜反應要產生多種副反應，因此選擇性就成為突出的問題。5．任一反應器都有固定的生產能力，是否正確?不對。即使同—反應，為達到一定的反應結果，反應器的生產能力也是隨溫度和初濃度而有很大變化的。而我們平時指的生產能力僅是在一定的工藝條件下，如反應溫度、初始濃度、最終轉化率相同的特定條件下的反應器的生產能力。6．對于理想置換反應器和間歇釜式反應器中的物料濃度分別是什么的函數?理想置換反應器，物料濃度為管長的函數，而間歇釜式反應器，物料濃度是時間的函數。7．為什么理想混合反應器和理想置換反應器兩種不同類型的流動反應器在相同的情況下，兩者的操作效果有很大的差別？究其原因是由于反應物料在反應器內的流動狀況不同，即停留時間分布不同。前面處理連續(xù)釜式反應器的設計時使用全混流假定，處理管式反應器問題時則使用了活塞流的假定；如果不符合這兩種假定，就需要建立另外的流動模型。8．管式反應器與釜式反應器的差異一般的說，管式反應器屬于理想置換反應器，釜式反應器屬于理想混合反應器，管式反應器的停留時間一般要短一些，而釜式反應器的停留時間一般要長一些，從移走反應熱來說，管式反應器要難一些，而釜式反應器容易一些，可以在釜外設夾套或釜內設盤管解決，有時可以考慮管式加釜的混合反應進行，即釜式反應器底部出口物料通過外循環(huán)進入管式反應器再返回到釜式反應器，可以在管式反應器后設置外循環(huán)冷卻器來控制溫度，反應原料從管式反應器的進口或外循環(huán)泵的進口進入，反應完成后的物料從釜式反應器的上部溢流出來，這樣兩種反應器都用了進去。計算.乙醇在催化劑存在下(Al2O3)可脫水生成乙烯。經測定，每投料0.460kgC2H5OH,可得到0.252kg乙烯，剩余0.023kg未反應C2H5OH。試求C2H50H的轉化率、乙烯的產率和選擇性。

解：參與反應的C2H5OH,的質量為：0.460-0.023=0.437kg設C2H4的理論產量為GT,則當0.460kgC2H5OH,全部反應時Al。C2H50H—C2H4+H2O46 28 180.460 GT0437X=—X100=95%A0.460「0.4600437X=—X100=95%A0.460G= =0.280kgT460252n=——0252n=——x100%=90.0%A0.280@= =090=94.7%Ax0.95A.在苯的混酸硝化生成硝基苯車間，投入含量為98%的苯300kg，經硝化反應后得酸性硝基物468kg，其中硝基苯含量98%,二硝基苯含量0.1%,廢酸帶走損失硝基0.5kg,忽略其它副反應等損失。求硝化反應中苯的轉化率、收率和選擇性?！?.2】在苯的混酸硝化生成硝基苯車間，投入含量為98%的苯300kg,經硝化反應后得酸性硝基物468kg,其中硝基苯含量98%,二硝基苯含量0.1%,廢酸帶走損失硝基0.5kg,忽略其它副反應等損失。求硝化反應中苯的轉化率、收率和選擇性。解：反應方程式如下：投入苯的質量=300X98%=294kg按投入苯實際應得硝基苯的質量為：300X98%X123/78=463.62kg468kg酸性硝基物中含硝基苯（即反應實際得到的硝基苯）的質量為：468X98%=458.64kg468kg酸性硝基物中含二硝基苯的質量為468X0.1%=0.468kg反應實際生成硝基苯的質量為：458.64+0.5=459.14kg生成459.14卜8硝基苯需消耗苯的質量為：459.14X78/123=291.16kg生成0.468kg二硝基苯需消耗苯的質量為：0.468X78/168=0.22kg反應總共消耗的苯的質量為：291.38kg轉化率：291.38/294=99.1%收率：458.64/463.62=99%

反應總共消耗的苯折合成硝基苯：291.38X123/78=459.48kg選擇性：458.64/459.48=99.8%.某廠生產醇酸樹脂是使己二酸與己二醇以等摩爾比在70℃等溫過程用間歇釜并以H2SO4作催化劑進行縮聚反應而得到的。反應動力學方程式為：rA=kc；,反應速率常數k=1.97L?kmol-1?min-1,已二酸初始濃度cA0=0.004kmoNL-i。求已二酸轉化率分別為0.5，0.6,0.8，0.9時所需的反應時間為多少？將r^二kc2代入t將r^二kc2代入t=cA；解：；00r；TOC\o"1-5"\h\zdx dx 1xt=c x；—；=c x； ； = ?——；一；00r ；00kc2（1—x）2c1—x； ；0 ； ；0 ；1x（6分） ?——；一（6分）1.97x0.0041-x；當xA=0.5時， T=126.9min=2.1h;（1分）xA=0.6時， T=190.4min=3.17h;（1分）xA=0.8時， T=507.6min=8.50h;（1分）xA=0.9時， T=1142.1min=19.0h.（1分）.試求在T=298K下SO3（l）溶解于水形成1kg65%H2so4溶液時的溶解熱。解：溶解在酸中SO3百分率：S=65%x8°=53.1%=0.531（2分）98H2O的含量：1-0.531=0.469（1分）利用博脫式計算：2111qs=2.989（298-288）2111qs=2.989（298-288）1-0.531

0.531+0.20131-0.531

0.531+0.062=1946.44+31.62=1978kbkg-1（H2O）（5分）則Qp=0.469x1978=9277kJ（2分）.在間歇釜式反應器中，以H2SO4為催化劑使等摩爾的己二酸（A）與己二醇（B）在70℃進行縮聚反應生成醇酸樹脂。反應動力學方程式為：rA=kc2，已二酸初始濃度cAo=0.004kmoNL-,A； A0反應速率常數k=1.97L-kmol-1-min-1。若每天處理2400kg己二酸，裝料系數為0.8。求己二酸

轉化率為0.6時所需反應器的體積。（已二酸的分子量為146）。2400/24解：進料流量為：V= =171.2L^h-i (2分)0146x0.004Wr=kc2代入T=cJxAdXA中得:AA a00rAxdxxdx 1xdxxdx 1=c A—AcXA A A00r A00kc2(1-x)2cA A0 A A0xA=?A—(5分)T-AT1.97x0.0041-(5分)AA當xA=0.6時，t=190.4min=3.17h（1分）VR=17L2X3.17=542.70L=0.543m3 （1分）V=0.543/0.8=0.679m3 （1分）a.今欲配制1000kg組成為30%HNO3、60%H2sO4、10%H2O的混酸，所用原料為（1）硫硝酸（