化学反应过程与设备题库.docx
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《化学反应过程与设备》题库
一判断题
1、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。
√
2、釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出料口外，一律都开在顶盖上。
√
3、搪玻璃反应釜具有良好的抗腐蚀性，特别适于酸碱交替的反应过程。
×
4、对于低粘度液体，应选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。
×
5、釜式反应器的夹套高度一般应高于料液的高度，以保证充分传热。
√
6、含有固体颗粒的物料及粘稠的物料，不宜采用蛇管式换热器。
√
7、当反应在沸腾温度下进行且反应热效应很大时，可采用回流冷凝法进行换热。
√
8、计算反应釜理论传热面积时应以反应开始阶段的放热速率为依据。
√
9、流化床反应器中加设挡板挡网后，不易形成大气泡，提高了床层对器壁的给热系数。
×
10、流化床反应器对于传质传热速度的提高和催化剂性能的发挥均优于固定床反应器。
√
11、流化床的操作速度处于临界流化速度和带出速度之间。
×
12、大而均匀的颗粒在流化时流动性差，容易发生腾涌现象，添加适量的细粉有利于改善流化质量。
√
13催化剂可以加快反应速度，但不改变化学平衡，并对催化反应具有选择性。
√
14反映催化剂生产能力的重要指标是时空收率和催化剂负荷。
√
15催化剂床层高度越高，操作气速、流体阻力将越大。
√
16增加床层管径与颗粒直径比可降低壁效应，提高床层径向空隙率的均匀性。
√
17气固相催化反应动力学控制过程包括：
吸附、化学反应、脱附；扩散控制过程包括：
外扩散、内扩散。
√
18催化剂的失活有物理失活和化学失活两种。
×
19鼓泡塔内气体为连续相，液体为分散相，液体返混程度较大。
√
20当传递速率远大于化学反应速率时，反应速率为扩散控制。
×
21由于床层内气流与颗粒剧烈搅动混合，所以流化床反应器床层温度分布均匀，有利于催化剂性能的发挥，转化率提高。
×
22换热式固定床反应器可分为中间换热式和冷激式两种。
×
23全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间相同。
×
24流化床反应器对于传质传热速度的提高和催化剂性能的发挥均优于固定床反应器。
√
25流化床反应器，需要控制和测量的参数主要有床层压力和温度、流量等。
×
理想反应器不存在反混。
√
26釜式反应器不存在反混。
√
27、化工生产上，为了控制200~300℃的反应温度，常用熔盐作热载体。
×
28、化工生产上，为了控制300~500℃的反应温度，常用导生油作热载体。
×
29、单位体积的催化剂所具有的表面积称为形状系数。
×
30、由于催化反应的吸附、脱附以及表面反应都是与催化剂表面直接有关，故吸附控制、表面反应控制和脱附控制称为动力学控制。
√
31、化工生产上常用多孔表面的物质作为助催化剂。
×
32、流化床中常见的流化现象是沟流和散式流化。
×
33、流化床中常用气体分布板是直孔型分布板。
×
34、挡板、挡网和换热器都属于流化床的内构件。
×
35、对于同一反应，即当活化能E一定时，反应速率对温度的敏感程度随着温度的升高而降低。
√
36、活化能的大小是表征化学反应进行难易程度的标志。
活化能高，反应容易进行；活化能低，难于则进行。
×
37搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流体流动可视为理想混合流动。
√
38理想混合反应器返混达到极限状态√
40返混带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低。
√
41当串联釜数足够多时，连续多釜串联的操作性能就很接近理想置换反应器的性能。
√
42对低粘度均相液体混合，主要考虑循环流量，各种搅拌器的循环流量按从大到小顺序排列：
推进式、涡轮式、桨式。
√
43催化剂的有效系数是球形颗粒的外表面与体积相同的非球形颗粒的外表面之比。
×
44鼓泡塔内气体为连续相，液体为分散相，液体返混程度较大。
×
鼓泡塔内，气体在床层中的空塔气速决定了反应器的相界面积、含气率和返混程度。
×
二选择题
1、对于非均相液-液分散过程，应优先选择__B_搅拌器。
A锚式B涡轮式C桨式D推进式
2、对低粘度均相液体混合，应优先选择__D__搅拌器。
A螺带式B涡轮式C桨式D推进式
3、对于以传热为主的搅拌操作，可选用__B_搅拌器。
A锚式B涡轮式C桨式D推进式
4、反应釜内壁有非金属衬里且物料易结垢时，应选用__D__传热。
A夹套B列管式换热器C蛇管换热器D插入式传热构件E回流冷凝器
5、为维持200℃的反应温度，工业生产上常用__B_作载热体。
A水B导生油C熔盐D烟道气
6、气流通过床层时，其流速虽然超过临界流化速度，但床内只形成一条狭窄通道，而大部分床层仍处于固定床状态，这种现象称为A
A．沟流B.大气泡
C.节涌D.腾涌
7、反应物流经床层时，单位质量催化剂在单位时间内所获得目的产物量称为A
A．催化剂空时收率B空速
C催化剂负荷D催化剂选择性
8、下列情况下，AC宜采用低操作流化速度。
A反应热不大，传热速度要求不太快
B反应热较大，须通过传热除去
C床内无内部构件D床内有内部构件
9、对于如下特征的G-S相催化反应，BD应选用固定床反应器。
A反应热效应大
B．反应要求高转化率
C反应对温度敏感
D反应使用贵金属催化剂
10、气固系统常见的流化状态为：
C
A、散式流化B、沟流C、聚式流化D、大气泡和腾涌
11搅拌液体的轴向流流动模型A
（A）（B）（C）
12桨式搅拌器适用于物料.
A、流动性大的液体、B、粘度小的液体C、纤维状D、结晶状的溶解液ABCD
三、计算题
1.在等温间歇釜式反应器中，以硫酸为催化剂使过氧化氢异内苯分解成苯酚、丙酮，该反应为一级反应，反应速度常数k为，若没小时处理过氧化氢异丙苯，求转化率达到98.8%时所需反应釜的实际体积为多少？
每批操作非生产时间为3544.8s，装料系数为0.65（因为反应过程起泡沫）。
解：
反应为一级反应
=
=
=
=
2.对硝基氯苯经磺化、盐析制备1-氯-4硝基苯磺酸钠，磺化时物料总量为每天5，生产周期为13；盐析时物料总量为每天20，生产周期为20。
若每个磺化釜体积为2，，求
（1）磺化釜数量与后备系数；
（2）盐析器数量、体积（）及后备系数。
解答：
（1）磺化釜
每天操作批次：
每台设备每天操作批次：
所需设备数量：
采用两只磺化釜，其后备系数为：
（2）盐析器
按不同批号的物料不相混的原则，盐析器每天操作的批数也应取3.33。
所以每只盐析器的体积为：
每只盐析器每天操作批次为：
所需盐析器数量为：
采用3只盐析器，其后备系数为：
3.工艺计算求得间歇操作釜式反应器的有效体积为4m3，要求装料系数不大于0.8，计算釜的直径与高度。
解答：
反应釜体积为：
（如图示）
由于，将上述关系代入可解得D、H
进行圆整后的D=1.8m，H=2.2m
4.某烃化反应在一鼓泡塔中进行，该塔直径为，静液层高度为12m，若含气率为0.34，试计算该塔的高度。
解题过程与步骤：
解：
时
球形：
∴
5.乙烯以银催化剂氧化制环氧乙烷，主要反应为
（a）
（b）
要求年产环氧乙烷1000，采用二段空气氧化法，取用下列数据计算物料平衡，要有计算过程，并将数据填入下表中。
（1）进入第一反应器的原料气组成为
组分
体积分数
3.5%
6.0%
7.7%
82.8%
微量
（2）第一反应器内进料温度为，反应温度为，反应压力为，转化率为20%，选择性为66%，空速为。
（3）年工作，反应后分离、精制过程回收率为95%，第一反应器所产环氧乙烷占总产量的90%。
解
（1）物料衡算
要求年产环氧乙烷，考虑过程损失后每小时应生产环氧乙烷量为：
由第一反应器生成环氧乙烷量为
第一反应器应加入乙烯量为
按原料气组成，求得原料气中其余各组分量为
根据乙烯转化率，选择性，按化学计量关系计算反应器出口气体中各组分量。
反应
消耗乙烯量
消耗氧气量
计算结果列表如下。
组分
进料
出料
合计
四、填空
1、固定床反应器主要分为绝热式和换热式两大类。
2、气固相固定床反应器中造成气流分布不均匀的原因主要是床层空隙率分布不均和进口流速高、动能大。
3、流体通过固定床的压力降主要是由于摩擦阻力和局部阻力引起，当流体流动状态为湍流时，以局部阻力为主。
4、气固相催化反应的全过程包括外扩散、内扩散、吸附、表面反应、脱附、内扩散、外扩散。
5、催化剂有效系数η是指_实际反应速度与催化剂内外表面温度、浓度相等时的反应速度之比，当η=1时，反应过程属于动力学控制，当η<1时，属于内扩散控制。
6、流化床内装有设内部构件的作用是破碎大气泡，增加气固相接触面积、减少返混，提高转化率。
7、流化床中气体分布板有支承作用、分流作用、导向作用。
8、理论上，操作流化速度的取值范围是临界流化速度与带出速度之间；
工业上，引进流化数k表示操作气速，流化数是指流化速度与临界流化速度之比。
9、当气体由下而上流过催化剂床层时，由于uOG的不同，床层经历了固定床、流化床、输送床三个阶段。
10、固定床反应器中，催化剂的表观密度是1000kg/m3,床层的堆积密度是300kg/m3,则床层的空隙率为0.7。
11釜式搅拌设备内流体的流动特性可分为
轴向型径向型切线型
12、釜式反应器的基本结构主要包括、____、、。
搅拌装置、轴封、换热装置
13、搅拌的根本目的是_______________________________________________________。
加强釜内物料的均匀混合，以强化传质和传热
14、搅拌器的选型主要根据___________、_____________及_________________的性能特征来进行。
15、反应釜用减速器常用的有 _______________________、______________、________________以及________________。
摆线针轮行星减速器、齿轮减速器、V形皮带减速器、圆柱蜗杆减速器
16、根据人体触及带电体的情况，触电有 _____________、____________和___________三种方式。
单相触电、两相触电、跨步电压触电
17、防止静电危害的主要措施是______________。
接地
18、轴封是指搅拌釜封头和间的密封。
分为_________密封和密封。
搅拌轴、填料、机械
19、采用有机载热体作为高温热源的突出优点是_____________________________________。
能在较低的压力下得到较高的加热温度
20均相反应的特点是反应过程不存在相界面，过程总速度由化学反应本身决定。
21一般将流动模型分为两大类型，即理想流动模型和非理想流动模型。
22长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流动可视为理想置换流动。
23由于气泡运动造成气相和固相都存在严重的返混。
为了限制返混，对高径比较大的，常在其内部装置横向挡板以减少返混；而对高径比较小的流化床反应器，则可设置垂直管作为内部构件
24降低返混程度的主要措施是分割，通常有纵向和横向两种，其中重要的是横向。
25釜式反应器的结构,主要由壳体、搅拌装置、轴封和换热装置四大部分组成。
26换热装置是用来加热或冷却反应物料，其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式等
27管式反应器结构主要有直管式、盘管式、多管式等。
28流化床反应器分为散式流化和聚式流化
对于气-固系统聚式流化液-固系统散式流化
鼓泡塔中，气泡当量直径有三种表示方法：
（当量比表面平均直径）、（体积平均直径）和（几何平均直径）。
四名词解释
1.均相反应
是指在均一的液相或气相中进行的化学反应。
有很广泛的应用范围，如烃类的热裂解为典型的气相均相反应，而酸碱中和、酯化、皂化等则为典型的液相均相反应。
2.基元反应
如果反应物分子在碰撞中一步直接转化为产物分子，则称该反应为基元反应。
3.平行反应在系统中反应物除发生化学反应生成一种产物外，该反应物还能进行另一个化学反应生成另一种产物。
4.搅拌目的（举例说明）
使物料混和均匀,强化传热和传质。
包括均相液体混合；液-液分散；气-液分散；固-液分散；结晶；固体溶解；强化传热等。
5空时，为反应器有效体积与物料初始进料的体积流量的比值.
6.固定床反应器
在反应器中，若原料气以一定流速通过静止催化剂的固体层，通常把这类反应器称为固定床反应器。
7.流化床反应器
若原料气通过反应器时，固体颗粒受流体的影响而悬浮于气流中，这类反应器称为流化床反应器。
8空隙率指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比，用ε表示。
9.形状系数：
用体积相同的球形颗粒的外表面积比上非球形颗粒的外表面积。
五、简述
1．管式反应器特点
1既适用于液相反应，又适用于气相反应。
2用于加压反应尤为合适。
3具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大。
4操作控制特点
5返混少、反应参数连续变化、易于控制的优点。
6对于热效应不大的放热反应，常用绝热变温操作，
2.固定床反应器特点
a.操作中气流可看成是理想置换，完成相同的生产任务所需要的有效体积小，催化剂用量少。
b.气体的停留时间可以严格控制，有利于选择性的提高。
c.催化剂不易磨损，可长时间连续使用。
d.可用于高温高压下操作。
缺点：
a.导热性能差，温控难。
b.难于使用小颗粒催化剂。
c.催化剂再生、更换均不方便等。
答案关键词：
理想置换流动，转化率，选择性，生产能力，长期使用
2..硫化床反应器特点
（1）传热效率高，床内温度易于维持均匀。
——这对于热效应大而对温度又很敏感的过程是很重要的，因此特别地被应用于氧化、裂解、焙烧以及干燥等各种过程。
（2）大量固体粒子可方便地往来输送。
——这对于催化剂迅速失活而需随时再生的过程（如催化裂化）来说，正是能否实现大规模连续生产的关键。
此外，单纯作为粒子的输送手段，在各行业中也得到广泛应用。
（3）可采用细颗粒催化剂，可以消除内扩散阻力，充分发挥催化剂的效能。
（1）气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层，g-s两相接触不够有效，在要求高转化率时，这种状况更为不利。
（2）粒子运动基本上是全混式，因此停留时间不一，在以粒子为加工对象时，可影响产品质量的均一性，且转化率不高；另外粒子的全混也造成气体的部分返混，影响反应速度和造成副反应的增加。
（3）粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，并要有旋风分离器等粒子回收系统。
答案关键词：
悬浮端动，比表面积，返混，催化剂损失
3.釜式反应器中搅拌器形式如何选择？
答案：
在一般情况下，对低黏性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对非均相液体分散混合，选用旋桨式、涡轮式搅拌器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大时，选用涡轮式搅拌器，固液密度差较小时，选用桨式搅拌器；对于物料黏性很大的液体混合，可选用锚式搅拌器。
答案关键词：
低黏性，非均相液体，固体悬浮物，密度差，黏性很大
4.试述管式反应器的适用范围及特点？
答案：
管式反应器主要用于气相或液相连续反应过程，具有容积小，比表面大，返混少，反应混合物连续性变化，易于控制等优点。
但对于慢速反应，存在需要管子长，压降较大等不足。
答案关键词：
气相或液相，比表面大，返混少，易于控制
5.为什么说催化作用属于动力学范畴而与热力学无关，明确这点对实际工作有何意义？
答案：
催化剂在反应循环前后其状态不变；催化作用的实质是降低反应活化能，提高反应速度，因而属于动力学范畴而与热力学无关。
意义体现在三点：
一是催化剂不能催化在热力学上不可能发生的反应，二是催化作用不能改变化学平衡，三是能加快反应速度、降低能耗、提高设备生产能力。
催化作用的本质在于能通过降低反应活化而达到加速反应的目的，缩短达到平衡的时间。
答案关键词：
状态不变，活化能，热力学，化学平衡
6.何谓催化剂的“三性”，有何重要意义？
答案：
催化剂活性、选择性和稳定性通称为催化剂的“三性”。
催化剂的“三性”是衡量催化剂性能好坏的重要指标：
提高原料转化率即催化剂活性，可以提高催化剂的生产能力，这是首要因素；提高催化剂的选择性，可以提高原料利用率，降低分离设备与操作费用；催化剂的活性与选择性往往是矛盾的，受热力学限制，需要通过经济衡算来定；由于催化剂失活、再生与更换需要停车，因而延长催化剂的寿命，对提高生产能力、降低生产成本、使其具有工业使用价值具有重要作用。
答案关键词：
活性，选择性，稳定性，指标
7.固体催化剂中活性组分、助催化剂和载体的大概区别是什么？
答案：
催化剂的主体是活性组分与助催化剂，它在催化反应中起决定性、主导作用。
助催化剂单独存在时没有或仅有很少活性，但它与活性组分组合后能显著改善催化剂的催化性能。
而载体主要是作为沉积催化剂的骨架，使催化剂主体能在其表面上分散开来，从而得到更有效的利用，并能改善催化剂的机械强度。
载体一般为多孔性物质，能提供足够的内表面，同时热容量要大、机械强度高。
答案关键词：
主导作用，改善催化剂性能，多孔性物质
8.简要说明催化剂的制备步骤？
答案：
（1）基体的制备
指在催化剂生产过程中，有效组分已形成初步结合的固体半成品。
在这一阶段，催化剂已具备所必要的组分，各活性组分之间、活性组分与助催化剂之间、活性组分和助催化剂与载体之间是以简单混合、吸附已形成初步结合关系，生成固溶体乃至化合物。
（2）成型
将催化剂基体制成特定的几何形状和尺寸要求的过程，使最终催化剂具有一定的机械强度。
催化剂的形状是多样的，一般以球状、小圆柱状、片状、条状、环状为多，也可以是蜂窝状、粉未状或不规则的粒状等。
（3）活化
通过活化处理可以改变基体的性质，使之满足最终化学组成、结构要求的催化剂。
答案关键词：
基体，成型，活化
间歇釜反应器的生产特点是什么？
答案：
近似为全混流理想流动模型。
分批进行，在反应期间，反应器中没有物料进出。
反应器内温度、浓度、反应速率处处均匀一致且随时间逐渐变化，是不稳定过程，存在非生产时间。
答案关键词：
分批，没有物料进出，不稳定过程
9.什么是流态化？
形成流态化的三个阶段是什么？
答案：
流态化：
固体颗粒象流体一样进行流动的现象。
三个阶段：
①.流速较低时，固体颗粒静止不动，床层的空隙率及高度都不变，为固定床阶段。
②.流速增大到高于初始流化的流速时，即进入流化状态。
随着流速的继续增加，床层随流速的增加而不断膨胀，床层空隙率ε随之增大，为流化床阶段。
③当气流速度升高到某一极限值时，流化床上界面消失，颗粒分散悬浮在气流中，被气流带走，为输送床阶段。
答案关键词：
流速，固定床，流化床，输送床
10.何谓临界流化速度？
其影响因素是什么？
答案：
临界流化速度是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的空床流速。
影响临界流化速度的因素有颗粒直径、颗粒密度、流体黏度等。
答案关键词：
空床流速，颗粒直径，颗粒密度，流体黏度
11.流化床反应器上部设有扩大段的目的是什么？
答案：
为了尽量减少气体中带出的颗粒，一般流化床反应器的上部设有扩大段。
在工程上，扩大段常常取决于过滤管或旋风分离器的安装要求，流化床反应器是否设置扩大段，取决于粉尘回收量的多少及颗粒回收装置的尺寸大小等具体情况。
答案关键词：
减少带出颗粒，粉尘回收量，回收装置
12.何谓鼓泡塔反应器？
其结构特点是什么？
答案：
气体以鼓泡形式通过催化剂液层进行化学反应的塔式反应器，称作鼓泡塔反应器。
它具有结构简单、运行可靠、易于实现大型化，适宜于加压操作，在采取防腐措施（如衬橡胶、瓷砖、搪瓷等）后，还可以处理腐蚀性介质等优点。
但鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低，且不能处理密度不均一的液体，如悬浊液等。
答案关键词：
鼓泡，塔式反应器，结构简单，运行可靠，返混
13.气液相反应器的结构型式主要有哪些？
答案：
按形状可以分为塔式和机械搅拌式反应器两类。
按气液接触的方式，可分为三大类：
（1）液膜型：
如填料塔、湿壁塔，在这类反应器里，液体呈膜状，气液两相均为连续相；
（2）气泡型：
如鼓泡塔、板式塔、机械搅拌釜，在这类反应器里，液体为连续相，气体以气泡形式分散在液体中；
（3）液滴型：
如喷洒塔、喷射反应器、文丘里反应器，在这类反应器里，气体为连续相，液体以液滴形式分散在气体中。
答案关键词：
塔式，机械搅拌式，液膜型，气泡型，液滴型
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