化工設(shè)備習(xí)題復(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)的物理意義：膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)γ、增強(qiáng)系數(shù)β、反應(yīng)相內(nèi)部總利用率η。12.為什么要建立理想流動模型？它與實(shí)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？計(jì)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：（－rA）＝0.01cA2mol/(L·s)，當(dāng)cA0分別為1、5、10mol/L時(shí)，求反應(yīng)至cA=0.01mol/L所需的反應(yīng)時(shí)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%的A分解，要達(dá)到分解率為75%，問需多少時(shí)間？若反應(yīng)為二級，則需多少時(shí)間？（n=1時(shí)，τ=10min；n=2時(shí)，τ=15min）解題思路4.973K和294.3×103Pa恒壓下發(fā)生反應(yīng)C4H10→2C2H4＋H2。反應(yīng)開始時(shí)，系統(tǒng)中含C4H10為116kg，當(dāng)反應(yīng)完成50%時(shí)，丁烷分壓以235.4×103Pa/s的速率發(fā)生變化，試求下列項(xiàng)次的變化速率：（1）乙烯分壓；（2）H2的摩爾數(shù)；（3）丁烷的摩爾分率。（470.8×103Pa/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(shí)間為轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%所需時(shí)間的10倍。又設(shè)反應(yīng)為0級或2級，兩者的時(shí)間比為多少？（n=0時(shí)，時(shí)間比為2倍；n=2時(shí)，時(shí)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。（(-rA=0.0657cAmol/(L·min)）解題思路7.不可逆反應(yīng)2A+B→A2B的機(jī)理如下：[A][B]試推導(dǎo)出該反應(yīng)的產(chǎn)品生成速率A2B的方程式。（）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(shí)間與停留時(shí)間、空時(shí)與空速。2.反應(yīng)器的計(jì)算方法有哪些？反應(yīng)器計(jì)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(diǎn)。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(shí)的有效體積計(jì)算公式。7.多只連續(xù)操作釜式反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)，反應(yīng)推動力如何表示？各釜濃度如何計(jì)算（解析計(jì)算與圖解計(jì)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(diǎn)為穩(wěn)定操作點(diǎn)？如何分析判斷操作點(diǎn)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(diǎn)？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)操作管式反應(yīng)器有效體積計(jì)算方法。14.選擇反應(yīng)器型式和操作方式時(shí)，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）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)選擇性？計(jì)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(jì)式聯(lián)立推導(dǎo)得反應(yīng)時(shí)間與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系式。解題思路2.在實(shí)驗(yàn)室內(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(shí)間為2h，試計(jì)算該反應(yīng)的最終出口轉(zhuǎn)化率。（87.35%）解題思路3.在連續(xù)操作釜式反應(yīng)器進(jìn)行某一級可逆反應(yīng)，操作條件下測得化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)為k1=10h-1,k2=2h-1,在反應(yīng)物料A中不含有B，其進(jìn)料量為10m3/h，當(dāng)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%時(shí)，平均停留時(shí)間和反應(yīng)器的有效體積各為多少？（0.125h；1.25m3）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(-rA)=0.6cAmol/L·h，反應(yīng)物A的初始濃度cA0=1mol/L，物料在反應(yīng)系統(tǒng)中平均停留時(shí)間為4小時(shí)，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)：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。k1=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：cA1=1mol/L，cR1=0.67mol/L，cS1=0.33mol/L；第二釜：cA2=0.5mol/L，cR2=0.78mol/L，cS2=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(shí)、空速各為多少？（連續(xù)操作管式反應(yīng)器中，τ=13min，SV=0.076min-1；連續(xù)操作釜式反應(yīng)器中，=25.2min，SV=0.0397min-1；））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(-rA)=0.27cAmol/(m3·s)，為了達(dá)到95%的轉(zhuǎn)化率，試求：（1）所需的空速為多少？（SV=0.0901min-1）；（2）反應(yīng)器有效體積。（VR=3.656m3）解題思路8.醋酐按下式水解為醋酸：(CH3CO)2O＋H2O→2CH3COOH，實(shí)驗(yàn)測定該反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)（-rA）=kcA，在288K時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)k為0.0806min-1。現(xiàn)設(shè)計(jì)一理想反應(yīng)器，每天處理醋酐水溶液14.4m3,醋酐的初始濃度cA0為95mol/m3,試問(1)當(dāng)采用連續(xù)操作釜式反應(yīng)器,醋酐轉(zhuǎn)化率為90%時(shí)，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。(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，使第一釜醋酐轉(zhuǎn)化率為68.4%，第二釜醋酐轉(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cA0=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)，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)C2H6→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，操作溫度為1073K，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)速度常數(shù)k=1.18kmol/(m3·kPa·s)，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(jì)算當(dāng)乙烷轉(zhuǎn)化率為65%時(shí)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)A→P,(-rA)=kcA2,轉(zhuǎn)化率為50%.i.如果反應(yīng)器體積為原來的6倍,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(diǎn)？2.固定床反應(yīng)器分為哪幾種類型？其結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？3.試述絕熱式和換熱式氣固相催化固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)，并舉出應(yīng)用實(shí)例。4.試述對外換熱式與自熱式固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)，并舉出應(yīng)用實(shí)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(diǎn)。7.何謂固定床的擬均相模型、非均相模型，簡述其特點(diǎn)。8.如何計(jì)算dv、da、ds、φs、ε、Δp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ε的定義、影響因素是什么？為什么ε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.何謂催化劑有效系數(shù)η？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)αt的傳熱推動力是什么？αt與哪些因素有關(guān)？αt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SV、催化劑空時(shí)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(jì)算方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？15.如何運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算出固定床的催化劑用量、床高、床徑？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(shí)，隨著氣速的增大，床層將發(fā)生何種變化？形成流化床時(shí)氣速必須達(dá)到何值？兩種流態(tài)化的概念是什么？如何判斷？計(jì)算題1.計(jì)算直徑3mm、高6mm的圓柱形固體粒子的當(dāng)量直徑dV、dα、dS和形狀系數(shù)φS。（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28~3535~4848~6565~100100~150150~200>200孔徑d/mm0.59~0.420.42~0.300.30~0.210.21~0.150.10~0.100.10~0.0740.074xi'/%(質(zhì)）30.7320.0017.078.2910.266.347.324.（0.204mm）5.解題思路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uf=1.8×10-5pa·s，密度ρf=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(shí)驗(yàn)。反應(yīng)管直徑為φ25mm×2.5mm，催化劑填裝高度為25m，床層空隙率為0.45，進(jìn)口原料氣的組成為：C2H446%，HCl54%(mol%)，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(shí)間。（(1)3.77×10-5m3/s；(2)1.1×10-5kmol/s；(3)0.111kg/(m2·s)；(4)0.317s-1,0.938s）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)λf為5.225×10-5kJ/m·s·K，密度ρf為0.53kg/m3，粘度μf為3.4×10-5Pa·s，氣體表觀質(zhì)量流速G為2.65kg/(m2·s)。試計(jì)算床層對壁給熱系數(shù)αt。（7.909×10-2kJ/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，是一列管式固定床反應(yīng)器，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：C6H5C2H5→C6H5C2H3+H2C6H5C2H5→C6H5CH3+CH4年生產(chǎn)時(shí)間為8300h，原料氣體是乙苯和水蒸氣的混合物，其質(zhì)量比為1：1.5,乙苯總轉(zhuǎn)化率為40%,苯乙烯選擇性為96%,空速為4830h-1,催化劑堆積密度為1520kg/m3,生產(chǎn)中苯乙烯的損失率為1.5%,試求床層催化劑的質(zhì)量。（1061kg）解題思路復(fù)習(xí)與思考題1.從固定床到流化床經(jīng)歷的三個階段，試用△P-u的關(guān)系在圖上加以描述。指出臨界流化速度和帶出速度的物理意義。2.常見的不正常流化床有哪幾種？對流化床的操作有何影響？3.流化床中質(zhì)量傳遞和熱量傳遞有何特點(diǎn)？計(jì)算中有哪些需要注意的？4.流化床反應(yīng)