甘肃联合大学
化学反应过程与设备复习总结
一选择题
1.阿伦尼乌斯公式：)exp(0RT
E k A -
= 2.气液传质基本理论是：费克定理 3.釜式反应釜上夹套的作用：加热或冷却
4.对于反应dS cR bB aA +=+,组分A 的膨胀因子δA
是:[(c+d)-(a+b)]/a
5.与平推流反应器比较进行同样的反应，全混流反应器所需要的体积大
6.某反应为放热反应，反应在时75℃才开始反应，最佳反应温度为115℃最适合的传热介质是：导热油 二．判断题
1.按反应器的结构形式，可把反应器分成釜式、管式、固定床和流化床。

（ √）
2.在间歇反应器中所有的物料反应时间相同、不存在返混。

（ √）
3.对于零级反应增加反应物浓度可提高反应速率 （ ×）
4.计算反应釜的理论传热面积时，应以反应开始阶段的速率为依据 （ √）
5.平推流反应器与全混流反应器均不存在返混。

（ ×）
6.反应级数应为整数。

（ ×）
7.若一化学反应为一级反应式，则λ-与c A 的一次方成正比（ ×）
8.对于任一反应，其反应级数就是化学方程式中的计量数（ ×）
9.就
10.管式反应器亦可进行间歇式连续操作。

（ √）
三．填空题
1.间歇反应器的生产周期包括反应时间和辅助时间
2.已知反应速率k=0.02h
kmol
cm ∙3
，该反应为 0 级反应
3.固定床反应器主要分为绝热式和换热式两大类。

4.搅拌釜式反应器的结构组成包括壳体，搅拌装置，轴封，换热装置。

5.搅拌的目的是加强反应器的溶液均匀混合，加强传质、传热。

6.鼓泡塔反应器的基本组成包括气体分布器、塔筒体部分、塔顶气液分离。

7.化学反应过程的技术的目标有速率、选择性、能量消耗。

8.流化床内装设内部构件的作用是破碎气体在床层中产生的大气泡、增大气固相之间的接触机会、减少返混而增加反应速率和提高转化率。

9.绝大部分催化剂的组成有哪三部分活性组分、助催化剂、载体。

三．简答题
1.什么是反应分子数？什么是反应级数，反应级数对反应速率有什么影响？ 答：反应级数是指动力学方程式中浓度项的指数，它是由实验确定的常数。

反应级数的绝对值愈高，则该物料得浓度变化对反应速率的影响愈显著，如果反应级数等于零，在动力学方程式中该物料的浓度项就不出现，说明该物料浓度的变化对反应速率没有影响，如果反应级数是负值，说明该物料浓度的增加反而阻抑了反应，使反应速率下降。

2.管式反应器由哪些结构组成，有什么特点？
答：由直管，弯管，密封环，法兰及紧固件，温差补偿器，传热夹套及连接管和机架等组成。

特点：①单位反应器体积具有较大的换热面积，特别适用于热效应较大的反应 ②由于反应物在管式反应器中反应速率快，流速快，所以它的生产效率高。

③适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有保证。

④与釜式反应器相比较，其犯混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流刑接近于理想置换流。

3.什么是复杂反应，复杂反应可反应分为哪几种类型请举例说明？ 答：复杂反应是由若干单一反应组成且反应同时进行的反应。

可分为： ①可逆反应
S R B A +→+
②平行反应
H H C H
C 2426
2
+→
③连串反应
S R A →→
④复合复杂反应
D C B A +⇔+
E C A ⇔+ S R D +→
4.间歇反应釜的特点？ 答：①一次进料，一次出料
②无返混
③操作周期由反应时间和辅助时间构成 5.简述气固相反应的过程？
答：一般而言，经历以下七个步骤：
①反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递（外扩散过程） ②反应组分从催化剂外表面向催化剂内表面传递（内扩散过程） ③反应组分在催化剂表面的活性中心吸附（吸附过程） ④在催化剂表面上进行化学反应（表面反应过程） ⑤反应产物在催化剂表面上脱附（脱附过程）
⑥反应产物从催化剂内表面向催化剂外表面传递（内扩散过程） ⑦反应产物从催化剂外表面向流体主体传递（外扩散过程） 也可表示成：
内扩散脱附表面反应吸附内扩散外扩散表面反应
→
→→→→→
6.搅拌器有什么作用？有哪些？
答：可以加强釜式反应器内物料的均匀混合，以强化传质和传热 例如：桨式，齿片式，锚式，框式，螺杆式，螺带式，推进式…… 7.什么是返混，形成返混的原因有哪些？返混对反应过程有什么影响？
答：是指不同时刻进入反应器的物料之间的混合是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。

原因：反应物料在反应器内流动时不可能形成理想的置换。

影响：反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低
四．计算题
1.间歇反应器中进行等温二级反应
B
A →,反应速率方程式为：
())(01.02
s L mol C
A A ∙=-γ，当C A 0分别为1
L
m ol
,5
L
m ol
,10
L
m ol
时，求反应至
C A
=0.01L m ol 所需的反应时间？
解：由
τK C
C A A
=-
1
1
得：
当C A 0
=1L
mol
时
τ01.01
1
01.01=- ⇒=τ9900s
当C A 0=5L mol 时
τ01.05
1
01.01=- ⇒=τ9980s
当C A 0=10L m ol 时
τ01.010
1
01.01=- ⇒=τ9990s
2.在搅拌良好的间歇操作釜式反应器中，用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯，其反应是为：
O
H H COOC CH OH H C COOH
CH 2943943+→+
反应在恒温条件下进行，温度为373K ，进料比为乙酸：丁醇=1:4.97（mol)，以少量的SO H 42作催化剂。

当使用过量丁醇时，该反应以乙酸（下标以A 计）表示的动力学方程式为
C A
A K 2
=-λ。

在上述条件下，反应速率常数
K=0.0174min)(3
∙kmol m ，反应物密度m
kg
3
750=ρ（假设反应前后不变）。

若每天
生产2400kg 乙酸乙酯（不考虑分离等过程损失），求乙酸转化率x Af 达到0.5时所需反应器的有效体积和反应体积。

每批辅助时间为30min ，取反应釜台数为1，
装料系数ϕ为0.7。

解： ⑴ 计算反应时间 以C A K 2
=-γ代入式⎰-
=x x A f A A
A A dx C 00λ
τ
积分
得
⎰-=x x A f A A
A A dx C 00λτ=)
1(1
00
2
2
0)1(x x
C x C x C Af
Af
A A Af
A k x A k d A f
-=
⎰- 乙酸和丁酯的相对分子质量分别为60和74，故得乙酸的初始浓度为：
=
c A 0)(8.17497.4601750
13m
kmol =⨯+⨯⨯
将反应速率常数k=0.0174 min)(3
∙kmol m 和乙酸的转化率x Af =0.5 代入，得反应时间为
=
τ)(53.0(min)325
.015
.08.10174.01h ==-⨯⨯
⑵ 计算反应器有效体积 要求每天生产2400kg 乙酸丁酯，乙酸丁酯的相对分子量为116，则每小时乙酸的用量：
1035
.01
11660242400=⨯⨯ （kg/h)
每小时需要处理的原料体积为 979.0750
1
)97.460741(1030
=⨯+⨯=v （h
m
3
）
根据ϕ
δ
ττn v v )('
0+=
，反应器有效体积为：
008.1)53.05.0(979.0=+⨯=v R
(m 3)
⑶ 计算反应器体积 根据装料系数定义，反应器体积为
44.17
.0008.1===ϕ
v R v （m 3）。