1、化學反應設備與過程期末復習提綱一 反應器選型1、 均相反應器的選型（掌握管式反應器、釜式反應器的應用、特點、結構、選型依據）2、 非均相反應器的選型（掌握固定床反應器、流化床反應器的應用、特點、使用反應類型、反應器結構、選型依據）練習題1、管式反應器的特點是什么？基本結構有哪些？ 答：管式反應器是由多根細管串聯或并聯而構成的一種反應器，通常長徑比大于50100。管式反應器的特點為：1）單位體積傳熱面積大； 2）生產效率高；3）適用于大型化和連續化生產，便于計算機集散控制，產品質量有保證； 4）返混小，管內流體流型接近于理想置換。管式反應器的結構組成包括：直管、彎管、密封環、法蘭及緊固件、溫差補

2、償器、傳熱夾套、連接管和機架等。2、固定床反應器分為哪幾種類型？其中單段絕熱式固定床可適用于哪些化學反應類型？答：按傳熱方式分，固定床反應器可分為絕熱式和換熱式固定床； 按反應器中流體流動方向分，固定床反應器可分為軸向流動和徑向流動固定床。單段絕熱式固定床可適用于反應熱效應不大，過程中允許溫度有較寬變動范圍的反應； 或者反應熱效應比較大，但反應對于溫度變化不敏感的化學反應； 或者反應熱效應很大，但是反應速率非常快的化學反應。3、釜式反應器的基本結構及其作用是什么？答：略釜式反應器主要由殼體、攪拌裝置、軸封和換熱裝置四大部分；各部分的作用，殼體：盛裝物料，提供反應空間； 攪拌裝置：加強反應釜內物

3、料的均勻混合，強化傳熱和傳質； 軸封：防止反應釜中物料泄漏； 換熱裝置：控制反應溫度。4、簡述固定床反應器的優缺點？ 答：凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。優點：催化劑在床層內不易磨損； 床層內流體的流動接近于平推流，與返混式反應器相比，用較少的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產能力； 缺點：固定床中的傳熱較差； 催化劑的更換必須停產進行。5、簡述流化床反應器的優缺點？ 答：優點：1）傳熱效能高，而且床內溫度易維持均勻； 2）大量固體粒子可方便的往來輸送，對于催化劑迅速失活而需隨時再生的過程來說，能夠實現大規模的連續生產；3）由于粒子細，可以消除內

4、擴散阻力，能充分發揮催化劑的效能。缺點：1）氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態經過床層，氣固兩相接觸不夠有效； 2）粒子運動基本上是全混式，因此停留時間不一。在以粒子為加工對象時，影響產品質量的均一性，且粒子的全混造成了氣體的部分返混，影響反應速率和造成副反應的增加； 3）粒子的磨損和帶出造成催化劑的損失，并要設置旋風分離器等粒子回收系統。二 反應器的設計及優化1、 基本概念宏觀動力學、本征動力學、化學動力學方程、均相反應、單一反應、復雜反應、基元反應、非基元反應、轉化率、反應分子數、反應級數、反應活化能、催化作用的定義、催化劑的特征、組成及功能2、 均相反應動力學（1）單一反應的動力學方程a)

5、 反應速率的定義：化學反應速率是單位時間，單位反應體積內反應物的消耗量或產物的生成量。 各反應速率間的關系：當V恒定時， =即以各組分的摩爾濃度的變化速率來表示反應速率，上式僅適用于分批式操作。對連續操作（開放系統） b)恒溫恒容條件下 零級、一級、二級不可逆反應的動力學計算（公式、特點）A產物（零級） A產物（一級） 2A 產物（二級） A+B產物（） A+B產物（） c)恒溫變容條件下：膨脹因子的定義及涵義恒溫變容條件下0級、1級反應的動力學計算。(2)復雜反應的動力學方程 掌握可逆反應、平行反應、連串反應的動力學方程的表達a)可逆反應：AR（一級反應） b)平行反應 （主） （副）假設其

6、均為一級不可逆反應，其微分速率方程： （主）   （副）反應物A的總反應速率為： C)連串反應 3、 非均相反應動力學氣固催化反應過程的一般步驟及控制步驟蘭格繆爾吸附模型及吸附等溫方程（單組分不解離吸附、兩組分不解離吸附）如：單組份的表面覆蓋率練 習填空、判斷與選擇1、反應時間長短與初始濃度大小無關的是（一）級反應。2、對反應級數n>1的反應，達到同樣轉化率，初始濃度提高，反應時間將增加。3、對反應級數n<1的反應，初始濃度提高，達到同樣轉化率，反應時間將減少。4、反應級數nl的反應，大部分反應時間是用于反應的末期。高轉化率或低殘余濃度的要求會使反應所需時間大幅度地增加。

7、5、有幾個反應同時進行，要用幾個動力學方程式才能加以描述的稱為（復雜）反應。6、所謂雙分子反應是針對基元反應而言的。7、對非基元反應，反應級數等于化學反應式的計量系數。8、反應級數只反映反應速率對（濃度）的敏感程度。級數越高，（濃度）對反應速率的影響越大。9、活化能只表明反應速率對（溫度）的敏感程度。活化能越大，（溫度）對反應速率的影響越大。10、反應A + B C，已知，則反應級數n=（B）。A. 0 B. 1 C. 2 D. 311、反應3A P，已知，則反應級數n=（A）。A. 0 B. 1 C. 2 D. 312、下列屬于均相反應的是（C）。A. 催化重整 B. 催化裂解 C. HCl

8、與NaOH的中和 D. 水泥制造13、下列屬于非均相反應的是（D）。A. 乙酸乙酯水解 B. 氫氣燃燒 C. HCl與NaOH的中和 D. 催化裂解14、對于一非恒容均相化學反應，反應組分A的化學反應速率（A）。A. B. C. D. 15、對于一非恒容均相化學反應，反應產物B的化學反應速率（B）。A. B. C. D. 4、流動模型部分（1）基本概念停留時間、返混（2）理想流動模型理想置換流動模型的特點理想混合流動模型的特點（3）非理想流動實際反應器中流動狀況偏離理想流動狀況的原因降低返混程度的措施練習：填空與判斷：1、 理想流動模型分為兩種類型，即（理想混合流動模型）和（理想置換流動模型）

9、。2、 返混專指（不同時刻）進入反應器的物料之間的混合。3、 說明下列反應器中的返混情況：間歇反應器中返混為（0）, 理想置換反應器返混為（0）。4、 理想混合反應器返混為（無窮大）, 非理想流動反應器返混為（0到無窮大）。5、 返混帶來的最大影響是（反應器進口處反應物高濃度區的消失或降低）。6、 返混對反應來說是有害的，必須采取各種措施進行抑制。7、 降低返混程度的主要措施是（分割），通常有（橫向分割）和（縱向分割）兩種，其中重要的是（橫向分割）。8、 連續攪拌釜式反應器為減少返混，工業上常采用（多釜串聯）的操作。9、簡述理想反應器的種類？ 答：通常所指的理想反應器有兩類：理想混合（完全混合

10、）反應器和平推流（活塞流或擠出流）反應器。所謂完全混合流反應器是指器內的反應流體瞬間達到完全混合，器內物料與反應器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推流反應器是指器內反應物料以相同的流速和一致的方向進行移動，不存在不同停留時間的物料的混合，所有的物料在器內具有相同的停留時間。5、理想反應器設計 （1）反應器計算的基本內容及基本方程（2）各種反應器的設計計算a)間歇操作釜式反應器：特點體積和數量計算動力學計算法 或 間歇操作釜式反應器達到一定轉化率需要的反應時間，只取決于過程的反應速率，與反應器的大小無關。b)連續操作釜式反應器：基本特征：過程參數既不隨時間變化，也不隨反應器內部空間位置而變化

11、，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。單個連續操作的釜式反應器：多個串聯連續操作的釜式反應器解析法 ：圖解法：已知CA0 、CAN （或XAN）、VRi，求N 。c)連續操作的管式反應器基礎計算方程式: 或 恒溫恒容的管式反應器的計算：零級反應：一級反應：二級反應：6、反應器生產能力的比較間歇釜式、連續管式、連續釜式生產能力的比較；多個串聯的連續操作釜式反應器的組合優化：掌握兩釜串聯，等溫下進行一級不可逆反應的優化問題；自催化反應的組合優化：自催化反應的速率特征，自催化反應的組合優化；復雜反應的選擇性復雜反應選擇性的定義：掌握可逆反應和一級不可逆連串反應的濃度效應和溫度效

12、應，會根據動力學分析選擇最佳反應器型式或反應器組合方式，或適宜的投料方式。練習：填空、選擇1、某一反應要求反應物A濃度低、B濃度高對反應有利，應采用以下半間歇操作形式中的（A、B）情況A B C D2、下列（A、D）操作方式適合用于可逆反應。 A B C D3、平行反應均為一級不可逆反應，若，選擇性Sp與（濃度）無關，僅是（溫度）的函數。 4. 如果平行反應均為一級不可逆反應，若，提高選擇性應（升溫）。5、氣相反應4A + B 3R + S進料時無惰性氣體，A與B以31的摩爾比進料，則膨脹因子=（C）。A. 1/4 B. 2/3 C. 1/4 D. 2/36、全混流反應器穩定的定常態操作點的判

13、據為（Qt=Qc）、（dQr/dT<dQc/dT）。7、對于自催化反應，最合適的反應器為（連續管式）。（全混流串平推流）8、在間歇反應器中進行等溫二級反應A B，當時，求反應至所需時間t=（D）秒。（D）A. 8500 B. 8900 C. 9000 D. 99009、對于反應級數n0的不可逆等溫反應，為降低反應器容積，應選用（A）。A. 平推流反應器 B. 全混流反應器C. 循環操作的平推流反應器 D. 全混流串接平推流反應器10、對于反應級數n0的不可逆等溫反應，為降低反應器容積，應選用（B）。A. 平推流反應器 B. 全混流反應器C. 循環操作的平推流反應器 D. 全混流串接平推流

14、反應器11、對于單一反應組分的平行反應，其瞬間收率隨增大而單調增大，則最適合的反應器為（A）。A. 平推流反應器 B. 全混流反應器C. 多釜串聯全混流反應器 D. 全混流串接平推流反應器12、 對于單一反應組分的平行反應，其瞬間收率隨增大而單調下降，則最適合的反應器為（B）。A. 平推流反應器 B. 全混流反應器C. 多釜串聯全混流反應器 D. 全混流串接平推流反應器簡答1、對于氣固催化反應 ，；，當時如何選擇操作條件可以提高目的產物的收率？ 答：該反應為平行反應，且，根據選擇性分析，應盡可能提高反應溫度，方可提高P的選擇性，提高P的收率。2、對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度？ 答：1）對于

15、放熱反應，要使反應速率盡可能保持最大，必須隨轉化率的提高，按最優溫度曲線相應降低溫度； 2）這是由于可逆放熱反應，由于逆反應速率也隨反應溫度的提高而提高，凈反應速率出現一極大值；3）而溫度的進一步提高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。判斷1、對于吸熱反應必須考查釜式反應器的熱穩定性問題。（錯）2、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。（ 對）3、化工生產上，為了控制300500的反應溫度，常用導生油作熱載體。（錯）計算1、對硝基氯苯經磺化、鹽析制備1-氯-4硝基苯磺酸鈉，磺化時物料總量為每天5，生產周期為13；鹽析時物料總量為每天20，生產周期為20。若每個磺化釜體

16、積為2，求（1）磺化釜數量與后備系數；（2）鹽析器數量、體積（）及后備系數。2、在連續操作釜式反應器進行某一級可逆反應AB，操作條件下測得正向化學反應速率常數k1=10h-1，逆向k2=2h-1，在反應物料A中不含有B，其進料量為10m3/h，當反應的轉化率達到50%時，平均停留時間和反應器的有效體積各為多少？3、在連續操作釜式反應器中進行一均相液相反應AP，反應開始時反應物中不含產物，動力學方程為（-rA）=kcA2，轉化率為50%。如果換用體積相同的管式反應器，其他保持不變，則轉化率為多少？4、應用兩個按最優容積比串聯的全混流釜進行不可逆的一級液相反應，假定各釜操作溫度都相同，已知此時的速

17、率常數k=0.92h-1，原料液的進料速度=10m3/h，要求最終轉化率0.9，試求V1、V2和總容積V。5、液相反應A + BP + S在一全混釜中進行，速率常數，求：1）時，反應器的容積； 2）若進料流量為，求進口料液中A的濃度。非均相反應器設計部分 1、氣固相催化反應器（1）、基本概念固定床反應器（及其特點）、流化床反應器（及其特點）、空隙率、形狀系數、有效系數、空速、流態化、散式流化床、聚式流化床、臨界流化速度、帶出速度、流化數、臨界壓降、膨脹比（2）固定床反應器 催化劑顆粒的當量直徑及相互換算； 空隙率的定義、計算及影響因素； 流體流過固定床產生壓降的原因； 固定床中的傳熱過程及簡化

18、處理。（3）流化床反應器 流化床的壓降計算； 對g-s系統： 流化床反應器內的傳熱 影響流化床與外壁的給熱系數大小的因素 練習1. 由于催化反應的吸附、脫附以及表面反應都是與催化劑表面直接有關，故吸附控制、表面反應控制和脫附控制稱為動力學控制。（對）2. 單位體積的催化劑所具有的表面積稱為形狀系數。（錯）3. 固定床的壓力降由流道阻力和分布阻力所組成。（錯）4. 固定床反應器主要分為（絕熱式）式和（換熱式）式兩大類。5. 流體通過固定床的壓力降主要是由于（摩擦）阻力和 （局部）阻力引起，當流體流動狀態為湍流時，以（局部）阻力為主。6. 催化劑有效系數是指_實際反應速度與催化劑內外表面溫度、濃度

19、相等時的反應速度之比，當=1時，反應過程屬于（動力學）控制，當<1時，屬于（內擴散）控制。7. 當氣體由下而上流過催化劑床層時，由于uOG的不同，床層經歷了 固定床 、流化床、 輸送床 三個階段。8. 固定床反應器中，催化劑的表觀密度是1000kg/m3,床層的堆積密度是300 kg/m3,則床層的空隙率為 0.7 。9. 工業上，引進流化數k表示操作氣速，流化數是指流化速度與臨界流化速度之比。10. 固定床中的傳熱實質上包括了（顆粒與顆粒之間的傳熱）、（顆粒與流體之間的傳熱）以及（床層與器壁的傳熱）幾個方面。11. 氣流通過床層時，其流速雖然超過臨界流化速度，但床內只形成一條狹窄通道，

20、而大部分床層仍處于固定床狀態，這種現象稱為（A）。A.溝流 B.大氣泡 C. 節涌 D.騰涌12. 氣固系統常見的流化狀態為（C）：A、散式流化 B、溝流 C、聚式流化 D、大氣泡和騰涌13. 某流化床反應器中所采用的催化劑顆粒的堆積密度與顆粒密度分別為2900kg/m3和5050kg/m3,試計算當床層膨脹比為3時,流化床床層空隙率是多少?（0.81）14.所謂流態化就是固體粒子像（流體）一樣進行流動的現象。15.對于流化床反應器，當流速達到某一限值，床層剛剛能被托動時，床內粒子就開始流化起來了，這時的流體空線速稱為（起始流化速度）。16.對于液固系統的流化床，流體與粒子的密度相差不大，故起

21、始流化速度一般很小，流速進一步提高時，床層膨脹均勻且波動很小，粒子在床內的分布也比較均勻，故稱作（散式流化床）。17.對于氣固系統的流化床反應器的粗顆粒系統，氣速超過起始流化速度后，就出現氣泡，氣速愈高，氣泡的聚并及造成的擾動亦愈劇烈，使床層波動頻繁，這種流化床稱為（聚式流化床）。18.對于氣固系統的流化床反應器，氣泡在上升過程中聚并并增大占據整個床層，將固體粒子一節節向上推動，直到某一位置崩落為止，這種情況叫（節涌）。19.對于流化床反應器，當氣速增大到某一定值時，流體對粒子的曳力與粒子的重力相等，則粒子會被氣流帶出，這一速度稱為（帶出速度或終端速度）。20.對于流化床反應器，當氣速增大到某

22、一定值時，流體對粒子的（曳力）與粒子的（重力）相等，則粒子會被氣流帶出，這一速度稱為帶出速度。21.對于氣固相流化床，部分氣體是以起始流化速度流經粒子之間的空隙外，多余的氣體都以氣泡狀態通過床層，因此人們把氣泡與氣泡以外的密相床部分分別稱為（氣泡相）與（乳化相）。22.在流化床反應器中，當達到某一高度以后，能夠被重力分離下來的顆粒都以沉積下來，只有帶出速度小于操作氣速的那些顆粒才會一直被帶上去，故在此以上的區域顆粒的含量就近乎恒定了，這一高度稱作（分離高度）。21.簡述聚式流化床的形成？ 答：對于氣固系統的流化床反應器的粗顆粒系統，氣速超過起始流化速度后，就出現氣泡，氣速愈高，氣泡的聚并及造成

23、的擾動亦愈劇烈，使床層波動頻繁，這種流化床稱為聚式流化床。22.簡述Langmuir等溫吸附方程的基本特點？ 答：1）均勻表面（或理想表面）：即催化劑表面各處的吸附能力是均一的，吸附熱與表面已被吸附的程度如何無關； 單分子層吸附； 3）被吸附的分子間互不影響，也不影響別的分子； 4）吸附的機理均相同，吸附形成的絡合物均相同。23.氣固相催化反應的動力學步驟？ 答：1）反應物從氣流主體向催化劑的外表面擴散和內孔擴散； 2）反應物在催化劑表面上吸附； 3）吸附的反應物轉化成反應的生成物； 4）反應生成物從催化劑表面上脫附下來； 5）脫附下來的生成物向催化劑外表面、氣流主體中擴散。24.凡是流體通過

24、不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作（固定床反應器）。25.固定床中催化劑不易磨損是一大優點，但更主要的是床層內流體的流動接近于（平推流），因此與返混式的反應器相比，可用較少量的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產能力。26.固定床中顆粒的體積相當直徑定義為具有相同體積的球粒子直徑，表達式=_。27.固定床中顆粒的面積相當直徑是以外表面相同的球形粒子的直徑，表達式=_。28.固定床中顆粒的比表面相當直徑是以相同的比表面的球形粒子直徑來表示，表達式=_。29.對于非球形粒子，其外表面積必大于同體積球形粒子的外表面積，故可定義顆粒的形狀系數_。30.顆粒的形狀系數對于球體而言，_，

25、對于其他形狀的顆粒_。（=1、均小于1）31.固定床中的傳熱實質上包括了（粒內傳熱）、（顆粒與流體間的傳熱）以及（床層與器壁的傳熱）幾個方面。簡答題：1、管式反應器的特點是什么？基本結構有哪些？答：管式反應器是由多根細管串聯或并聯而構成的一種反應器，通常長徑比大于50100。管式反應器的特點為：1）單位體積傳熱面積大； 2）生產效率高；3）適用于大型化和連續化生產，便于計算機集散控制，產品質量有保證； 4）返混小，管內流體流型接近于理想置換。管式反應器的結構組成包括：直管、彎管、密封環、法蘭及緊固件、溫差補償器、傳熱夾套、連接管和機架等。2、固定床反應器分為哪幾種類型？其中單段絕熱式固定床可適

26、用于哪些化學反應類型？答：按傳熱方式分，固定床反應器可分為絕熱式和換熱式固定床；按反應器中流體流動方向分，固定床反應器可分為軸向流動和徑向流動固定床。單段絕熱式固定床可適用于反應熱效應不大，過程中允許溫度有較寬變動范圍的反應；或者反應熱效應比較大，但反應對于溫度變化不敏感的化學反應； 或者反應熱效應很大，但是反應速率非常快的化學反應。3、釜式反應器的基本結構及其作用是什么？答：釜式反應器主要由殼體、攪拌裝置、軸封和換熱裝置四大部分；各部分的作用，殼體：盛裝物料，提供反應空間； 攪拌裝置：加強反應釜內物料的均勻混合，強化傳熱和傳質； 軸封：防止反應釜中物料泄漏； 換熱裝置：控制反應溫度。4、簡述

27、均相反應及其動力學的研究內容？答：參與反應的各物質均處于同一個相內進行的化學反應稱為均相反應。均相反應動力學是研究各種因素如溫度、催化劑、反應物組成和壓力等對反應速率、反應產物分布的影響，并確定表達這些影響因素與反應速率之間定量關系的速率方程。5、簡述Langmuir等溫吸附方程的基本特點？答：1）均勻表面（或理想表面）：即催化劑表面各處的吸附能力是均一的，吸附熱與表面已被吸附的程度如何無關； 單分子層吸附； 3）被吸附的分子間互不影響，也不影響別的分子； 4）吸附的機理均相同，吸附形成的絡合物均相同。6、氣固相催化反應的動力學步驟？答：1）反應物從氣流主體向催化劑的外表面擴散和內孔擴散；2）

28、反應物在催化劑表面上吸附；3）吸附的反應物轉化成反應的生成物；4）反應生成物從催化劑表面上脫附下來；5）脫附下來的生成物向催化劑外表面、氣流主體中擴散。7、簡述氣液反應的宏觀過程：A（g） + bB（l） 產物（l）？答：1）反應物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達到氣液相平衡；2）反應物氣相組分A從氣液相界面擴散入液相，并在液相內反應；3）液相內的反應產物向濃度下降方向擴散，氣相產物則向界面擴散；4）氣相產物向氣相主體擴散。8、簡述理想反應器的種類？答：通常所指的理想反應器有兩類：理想混合（完全混合）反應器和平推流（活塞流或擠出流）反應器。所謂完全混合流反應器是指器內的反應流

29、體瞬間達到完全混合，器內物料與反應器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推流反應器是指器內反應物料以相同的流速和一致的方向進行移動，不存在不同停留時間的物料的混合，所有的物料在器內具有相同的停留時間。9、對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度？答：1）對于放熱反應，要使反應速率盡可能保持最大，必須隨轉化率的提高，按最優溫度曲線相應降低溫度；2）這是由于可逆放熱反應，由于逆反應速率也隨反應溫度的提高而提高，凈反應速率出現一極大值；3）而溫度的進一步提高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。10、簡述固定床反應器的優缺點？答：凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。優點：催化劑在床層內不易磨損； 床層內流體的流動接近于平推流，與返混式反應器相比，用較少的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產能力； 缺點：固定床中的傳熱較差； 催化劑的更換必須停產進行。11、簡述流化床反應器的優缺點？答：優點：1）傳熱效能高，而且床內溫