化学反应工程-19-第六章-气固相催化反应固定床反应器

专升本《化学反应工程》一、 (共80题，共160分）1。

气相反应：进料时无惰性气体，CO与H2以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子=( ）. （2分) A。

—2 B。

—1 C。

1 D.2。

标准答案：A2. 一级连串反应：在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度CP，max=（）. （2分）A。

B.C。

D..标准答案：A3。

串联反应（目的）目的产物P与副产物S的选择性SP=( ）. （2分)A.B。

C。

D。

.标准答案：C4. 全混流反应器的容积效率时，该反应的反应级数n（）。

（2分）A.＜0B。

=0C.D.＞0.标准答案：B5。

对于单一反应组分的平行反应: 其瞬间收率随增大而单调下降，则最适合的反应器为( ）. （2分）A。

平推流反应器 B.全混流反应器C。

多釜串联全混流反应器 D。

全混流串接平推流反应器.标准答案:B6。

对于反应级数n＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用( ）。

（2分）A.平推流反应器B.全混流反应器C.循环操作的平推流反应器 D。

全混流串接平推流反应器.标准答案：A7. 一级不可逆液相反应：，出口转化率xA=0。

7,每批操作时间装置的生产能力为50000 kg产物R/天，MR=60，则反应器的体积V为（）。

(2分）A。

19。

6 B。

20.2 C.22.2 D。

23.4.标准答案：C8。

在间歇反应器中进行等温一级反应当时，求反应至所需时间t=( )秒。

（2分）A.400B.460C.500D.560.标准答案：B9。

一级连串反应在全混流釜式反应器中进行,使目的产物P浓度最大时的最优空时=（）。

（2分)A。

B。

C。

D. 。

标准答案：D10。

分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t0不包括下列哪一项( )。

（2分）A.加料时间B.反应时间C.物料冷却时间D.清洗釜所用时间.标准答案：B11。

全混流反应器的容积效率小于1。

0时，且随着xA的增大而减小，此时该反应的反应级数n( )。

气固相催化反应固定床装置一、前言本装置由管式炉加热固定床、流化床催化反应器组成，是有机化工、精细化工、石油化工等部门的主要实验设备，尤其在反应工程和催化工程及化工工艺、生化工程、环境保护专业中使用的相当广泛。

该实验装置可进行加氢、脱氢、氧化、卤化、芳构化、烃化、歧化、氨化等各种催化反应的科研与教学工作。

它能准确地测定和评价催化剂活性、寿命、找出最适宜的工艺条件，同时也能测取反应动力学和工业放大所需数据，是化工研究方面不可缺少的手段。

本装置由反应系统和控制系统组成：反应系统的反应器为管式反应器和流化床反应器，由不绣钢材料制。

气固相催化反应固定床装置是管式反应器，床内有直径3mm的不绣钢套管穿过反应器的上下两端，并在管内插入直径1mm的垲装热电偶，通过上下拉动热偶而测出床层各不同高度的反应温度。

加热炉采用三段加热控温方式，上下段温度控制灵活，恒温区较宽。

控制系统的温度控制采用高精度的智能化仪表，有三位半的数字显示,通过参数改变能适用各种测温传感器，并且控温与测温数据准确可靠。

气固相催化反应流化床是一种在反应器内由气流作用使催化剂细粒子上下翻滚作剧烈运动的床型。

流化床也为不锈钢制，床下部有填装的陶瓷环做预热段，中下部为流化膨胀的催化剂浓相段，中上部为稀相段，顶部为扩大段。

也采用三段控温方法。

控制系统的温度控制采用高精度的智能化仪表，有三位半的数字显示，通过参数改变能适用各种测温传感器，并且控温与测温数据准确可靠。

它的换热效果比固定床优越，能及时把反应热移走，床层温度均匀，避免产物产生过热现象，提高了催化剂的反应效率。

故流化床在许多有机反应中得到应用，如丙烯氨氧化制丙烯晴、丁烷或苯氧化制顺酐、二甲苯或萘氧化制苯酐、乙烯氯化、石油催化裂化、烷烃催化脱氢、二氧化硫氧化等都有工业规模生产，在实验室用流化床研究催化剂和工艺条件对产品开发有重大作用。

整机流程设计合理，设备安装紧凑，操作方便，性能稳定，重现性好。

此外，还有与计算机联机的接口，可安装软件能在计算机上显示与存储有关数据,实现计算机控制。

专科《化学反应工程》一、（共75题，共150分）1。

全混流反应器中有( ）个稳定的定常态操作点。

(2分）A。

1 B.２ C。

3 D。

4。

标准答案：B２. 一级连串反应在全混流釜式反应器中,则目的产物P的最大浓度CP,ｍax=( )。

(2分）A。

B。

C。

D。

.标准答案:B３。

轴向分散模型的物料衡算方程在（）式边界条件下有解析解。

（２分)A.闭—闭 B。

开—闭Ｃ。

闭—开 D.开-开．标准答案：D4。

反应级数ｎ＝( ）时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。

（2分）Ａ。

0 B．０。

5 C.１Ｄ。

2。

标准答案：C5. 催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为，当进料中的杂质吸附极牢以及对产物无内扩散阻力时,d为（）。

（2分)A。

B。

=1C。

→3D。

标准答案：Ａ6。

等温液相反应为目的产物，有下列四种方案可供选择，从提高P的收率着眼适宜选用( ).（2分）A．间歇釜式反应器，A和Ｂ一次性加入Ｂ。

全混流反应器C。

半间歇釜式反应器，A一次性加入，B连续滴加Ｄ.半间歇釜式反应器,B一次性加入，A连续滴加。

标准答案：D7.乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯,经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加,乙苯仍大量存在,表明这是一个（ )反应。

（2分）A。

慢速Ｂ．可逆C。

自催化Ｄ.不可逆。

标准答案:B8。

催化剂颗粒扩散的无因次扩散模数值的大小反映了表面反应速率与( ）之比。

（2分) A。

扩散速率 B。

外扩散速率C.内扩散速率Ｄ．实际反应速率。

标准答案：C9．不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是( ). (2分）A．粒子与流体间有温度差 B。

粒子与流体间无温度差C。

床层径向有温度梯度 D。

床层轴向有温度梯度。

标准答案:A10。

气固催化反应的内扩散模数,其中L为特征长度，若颗粒为球形则L=（ )。

（2分) A．厚度/2Ｂ。

ＲC。

R／2 D．R／３.标准答案：Ｄ１1。

对于反应级数n＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积,应选用( ）．（2分)A。

（1） 简述活塞流模型和全混流模型的基本特征。

（2） 根据缩芯模型，描述S H 2和ZnO 反应的宏观步骤（3） 对于快速的一级不可逆的气液反应，写出其宏观反应速率的表达式（指明式中各参数的含义）。

（4） 对于一级不可逆的气固相催化反应，写出其宏观反应速率的表达式（指明式中各参数的含义）。

1.简述理想反应器的种类？答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。

所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。

所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。

2.简述分批式操作的完全混合反应器？答：反应物料一次性投入反应器内，在反应过程中，不再向器内投料，也不出料，待达到反应要求的转化率后，一次性出料，每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和，非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。

3.简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。

反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。

停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。

由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。

4.对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。

5.对于反应，21A R C k r =，1E ；A SC k r 2=，2E ，当1E ＞2E 时如何选择操作温度可以提高产物的收率？ 答：对于平行反应ART E E A RT E RTE S R R C e k k C e k e k r r S 12212010/20/10---===，所以，当1E ＞2E 时应尽可能提高反应温度，方可提高R 的选择性，提高R 的收率。

化学反应⼯程常见简答题3.简述⽓固相催化反应的宏观动⼒学步骤？答:整个多相催化反应过程可概括为7个步骤：1、反应组分从流体主体向固体催化剂外表⾯传递；2、反应组分从外表⾯向催化剂内表⾯传递；3、反应产物从催化剂内表⾯向外表⾯传递；4、反应产物从催化剂的外表⾯向流体主体传递。

5.实验室中欲测取某⽓固相催化反应动⼒学，该动⼒学⽅程包括本征动⼒学和宏观动⼒学⽅程，试问如何进⾏？1消除内扩散和外扩散2测定本征动⼒学3在⽆梯度反应器内消除影响后测量6.本征化学反应速度在内外扩散阻⼒完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系？答:相等。

第三章1.CSTR串联为何好于单个⼤体积的CSTR？是否⼯业上都⽤多个CSTR串联来代替单个CSTR？多釜串联是否串联级数越多越好？答:1.减少返混2．反应级数＞0，多釡代替单釜；反应级数＜0，则⽤单釜。

3．不是，要从成本和控制上来最终决定。

第四章1，理想流动模型有哪两种类型？其基本假定和特点各是怎样的？答:.平推流流动模型和全混流流动模型。

（1）平推流模型是⼀种假定返混量为零的极限流动模型。

特点：在定态情况下，沿物料流动⽅向，物料的浓度、温度、压⼒、流速等参数会发⽣变化，⽽垂直于流体流动⽅向任⼀截⾯上物料的所有参数都相同。

所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间。

(2)全混流模型假定反应器内物料质点返混程度为⽆穷⼤。

特点：所有空间位置物料的各种参数完全均匀⼀致，⽽且出⼝处物料性质与反应器内完全相同。

第五章请分析影响固定床层压⼒降的因素。

答:影响床层压⼒降的因素可分为⼆类：⼀类来⾃流体，如流体的粘度、密度等物理性质和流体的重量流速；另⼀类来⾃床层，如床层的⾼度、空隙率和颗粒的物理特性如粒度、形状、表⾯粗糙度等。

流体的重量流速对床层压降的影响较⼤，所以在设计和操作时都应该注意流速的改变会引起压降有多⼤的变化。

对于⼀定的催化剂体积，应尽可能降低床层⾼度，加⼤床层直径，即采⽤⼩的⾼径⽐结构，有利于降低床层的压⼒降。

《化学反应工程》课程教学大纲课程名称：化学反应工程课程类型：必修课，专业课总学时：54 讲课学时：54 实验学时：0学分：3.0适用对象：化学工程、化学工艺先修课程：物理化学、化工工艺学、化工原理、化工热力学一、课程性质、目的和任务课程性质：化学反应工程是以化学反应器原理为要紧线索，要紧研究化学反应过程需要解决的工程问题，是化工生产的龙头、关键和核心，是一些基础学科诸如物理化学、传递过程、化学工艺等相互渗透与交叉而演变成的边缘学科，其内容要紧涉及化学反应动力学、反应器中传递特性、反应器类型结构、数学建模方法、操作分析及反应器设计，具有高度综合性、广泛基础性和自身专门性。

课程目的与任务：一是培养学生将物理化学、传递过程、化学工艺、化工热力学、操纵工程等学科知识用之于化学反应工程学的综合能力；二是使学生把握化学反应工程学科的理论体系、研究方法，了解学科前沿；三是使学生初步具备改进和强化现有反应技术和设备、开发新的反应技术和设备、解决反应过程中的工程放大问题以及实现反应过程中最优化的能力二、教学差不多要求通过本课程的教学，要使学生系统地把握化学反应动力学规律、传递过程对化学反应的阻碍规律，把握反应器设计、过程分析及最佳化方法。

四、课程的重点和难点绪论重点是化学反应工程的研究内容和方法。

第一章均相单一反应动力学和理想反应器重点：①化学反应动力学方程②理想反应器设计方程难点：动力学方称的建立；反应器设计运算第二章复合反应与反应器选型重点：复合反应动力学方程表达法；复合反应动力学特点分析；平推流反应器的串联和全混流反应器的串联。

难点：可逆反应吸热反应和放热反应动力学特点推导与分析；循环反应器设计方程的数学推导；复合反应（包括可逆反应、自催化反应、平行反应、连串反应）在PFR 和CSTR反应器的优化设计运算第三章非理想流淌反应器重点：停留时刻分布的概率函数及特点值；停留时刻分布的实验测定；解决均相反应过程问题的近似法即活塞流模型、全混流模型、凝聚流模型、多级混合槽模型、轴向扩散模型的推导、结论及应用比较。

化学反应工程知识点化学反应工程知识点—郭锴主编1、化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即化学反应动力学，而且着重研究传递过程对宏观化学反应速率的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。

2、任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料的预处理、化学反应过程和产物的后处理这三个部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。

3.化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。

数学模型法是对复杂的、难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。

模型必须具有等效性，而且要与被描述的实体的那一方面的特性相似；模型必须进行合理简化，简化模型既要反映客观实体，又有便于数学求解和使用。

4.反应器按型式来分类可以分为管式反应器、槽式反应器（釜式反应器）和塔式反应器。

5反应器按传热条件分类，分为等温反应器、绝热反应器和非等温非绝热反应器。

第一章均相单一反应动力学和理想反应器1、目前普遍使用关键组分A 的转化率来描述一个化学反应进行的程度，其定义为：00A A A A A A n n n x -==组分的起始量组分量转化了的 2、化学反应速率定义（严格定义）为单位反应体系内反应程度随时间的变化率。

其数学表达式为dtd V r ξ1=。

3、对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为dt dn V r A A 1-=-；反应产物C 的生成速率表达式为：dtdn V r C C 1= 4.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为反应动力学方程。

大量的实验表明，均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数。

5.阿累尼乌斯关系式为RT E C C e k k -=0，其中活化能反应了反应速率对温度变化的敏感程度。

6、半衰期：是指转化率从0变为50%所需时间为该反应的半衰期。

第六章 固定床反应器1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。

（固定床反应器）2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

（平推流）3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。

（较少量、较小）4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。

（拟均相、非均相）5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。

（温度、浓度）6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。

（拟均相模型）7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。

（非均相模型）8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。

（一维、二维）9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式V d =_______。

（3/1)/6(πP V ）10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式a d =_______。

（π/P a ） 11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式S d =_______。

（V S /6） 12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ϕ_______。

（P Sa a /） 13.颗粒的形状系数S ϕ对于球体而言，=S ϕ_______，对于其他形状的颗粒S ϕ_______。