广工15年12月聚合反应工程复习题.docx

客观题练习1选择1.反应器的类型不同，则（ ）也将有不同。A.反应动力学 B.传递特性 C.反应的相态 B.反应的可逆性2.全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件（ ）。A.移热速率放热速率 B.移热速率放热速率随温度变化率D.移热速率随温度变化率放热速率随温度变化率3.等温一级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行。（1）一个间歇反应釜，容积V1（仅考虑反应时间所需）；（2）一个平推流反应器，容积V2；（3）两个等体积全混流反应器串联，总容积为V3。若上述情况反应温度、物料处理量及转化率均相同，则容积比较为（ ）A.V1V2V3 B.V1=V2V3 C.V2V1V3 D.V2rA2 B. rA1=rA2 C. rA1E2，则反应温度应采用高温。4.聚合产物的质量与其_密切相关，是聚合反应工程的主要内容之一。它们与聚合方法，反应器形式及操作方式（间歇、连续）等有密切联系。5.某低温丁苯橡胶生产所采用的连续乳液聚合反应器中，流体的流动形态可用多级理想混合模型处理。经实验测得该反应器在某操作条件下对应的无因次方差等于0.25，那么，该模型的模型参数N=_；也就是说，实际反应器中的返辊程度等效于4.0级串联的理想混合反应器的返辊程度。6.下图我放热速率(Qg)图和移热速率(QT)图。点1.2.3.7.8.9是真稳定操作点；线D对应的进料温度一般称为着火温度；点_是着火点或起燃点；点6是熄火点。(图可以参考书图2-30)7.搅拌雷诺数表征釜内流体的黏性力，可用于判断流态；功率准数是表示搅拌所需要功率大小的一个准数；_是一个表征循环特性的无因次准数；混合时间数则是一个代表釜内的混合特性的无因次数。8.聚合反应釜常用的传热方式包括_（至少举四种）9.设计反应器的主要任务在于根据给定的生产任务，在一定的条件下，计算反应器所需的体积。并以此作为确定反应器其他尺寸的主要依据。因此，尽管实际涉及的化学反应多种多样，所处理物理性质千差万别，但每一种反应器都必须满足三个基本要求，它们是：_。10.非理想流动不一定是由返混造成的，但返混造成了_。判断1.对于一定的流动状态，就有确定的停留时间分布及相应的平均停留时间和方差；反过来，同一种停留时间分布对应一种流动状态。（ ）2.如果非理想流动反应器（体积为VR）的返辊特征数为2，就可以将其等价为N=1/2个体积均为VR/N的全混流反应器串联而成。其中，N作为一个虚拟数，不一定是整数。（ ）3.任何反应器的设计计算，都需要列出物料衡算式和动力学方程式；对于放热量很可观的聚合反应器的设计，还须列出热量衡算式。（ ）4.悬浮液的流动特性从牛顿型向非牛顿型转化的起始点不仅与固相浓度有关，还与剪切速率有关。（ ）。5.非均相液体混合的主要控制因素是：液滴的大小（分散度）和容积循环速率。（ ）6.螺旋桨导流筒和透平桨导流筒在反应釜中的正确安装方法分别是安装在桨叶正上方和套住搅拌桨外面。（ ）7.当串联釜的釜数趋近于无穷多个时，其反应器性能接近于平推流反应器。通常，采用多釜串联的组合式反应器，既降低返辊的影响。又保证了足够的停留时间。（ ）8.轴向流动及径向流动对混合有利，能起到混合搅动及悬浮作用，而切线流动则会对混合不利，需设法消除。（ ）9.大多数聚合物溶液和熔融体都是假塑性流体，在搅拌釜中在桨叶附近粘度最小，而离桨叶距离越远，则粘度越大，至釜壁附近粘度最大，因而造成流动困难，传热也很困难。（ ）10.在高粘度物系的混合过程中，在混合操作的有限时间内主要靠涡流扩散。（ ）练习二选择1.平推流反应器的Pe、N、2分别为_A.0、0、1 B.、0、0 C.0、0 D.、0 2. 一级连串反应A k1 P k2 S在平推流管式反应器中，则目的产物P的最大浓度Cmax=_A. CA(K1K2)K2/(K2-K1) B. CA(K1/K2)1/2+12 C.CA(K2K1) D.CA0K1K212+123. 在间歇反应器中进行等温一级反应AB，-rA=0.01CAmol/Ls，当CA0=1mol/l时，求反应至CA=0.01mol/L所需时间t=_秒。A.400 B.460 C.500 D.5604. 全混流釜式反应器最多可能有_个定常态操作点。A.1 B.2 C.3 D.45. 间歇反应过程是一个非定态过程，反应器的组成随时间改变。以下说法哪个是正确的：_A. 间隙操作过程包括装料、反应、卸料和清洗等步骤，但就反应过程本身而言，仍属于定态过程B.在间歇反应中进行的单一反应，产物的浓度总是随着反应时间的延长而增高C.在间歇反应中进行的复合反应，对于目的产物不存在最佳的反应时间D.间歇反应器中进行的反应，均可以按恒容处理6. 反应器的流动情况直接影响到其中进行的反应过程，装置中的流动状况不包括以下哪些因素：_A.体系的混合特征 B.流动系统的停留时间分布 C.反应动力学 D.混合的时间顺序7. 流动模型有理想和非理想之分，在以下的流动模型中找出理想的流动模型_A. 离析流模型 B.多釜串模型 C.一维扩散模型 D.活塞流模型8. 一级反应十分特殊，例如：对于一级不可逆反应，达到某一转化率需要的时间与初始浓度无关。此外，一级反应还有许多特殊的性质，包括_A. 流体的混合特征对反应结果没有影响 B.系统的返混对反应结果没有影响C.混合的时间顺序对反应结果没有影响 D.反应器中的停留时间分布对反应结果没有影响9.阶跃示踪法测定停留时间分布对应的曲线为_A.E(t)曲线 B.F(t)曲线 C.I(t)曲线 D.y(t)曲线10. 化学反应CO+3H2CH4+H2O，其中化学反应计量系数为-1的是哪种物质_A.CO B.H2 C.CH4 D.H2O填空1. 工业生产上，采用理想混合流操作时缩聚产物分子量分布要比间歇操作_。2. 对于平行反应：A+BL rL=1.0CACB2 M rM=2.0CA2CB ， L为主产物，则适宜的操作条件对CA和CB的要求是_3. 全混流反应其稳定的定常态操作点的判据为Qr=QC 、_4. 习惯上采用排出流量数Nqd与功率准数Np的比值来判断搅拌桨叶的流动特性，当Np / Nqd =12时，为循环型桨叶；当Np / Nqd =3时，为_5. 在湍流区，只要各种桨叶的桨叶宽度、叶片及搅拌层数的_，它们所消耗的搅拌功率也近似相等。6. 在相似放大中，每一种准数代表一种_，而这些准数所代表的放大准则经常会出现矛盾，所以在放大过程中要抓住主要控制因素。7. 搅拌釜传热放大通常采用的方法有_（至少三种）8. 返混是指_9. 造成理想混合流反应器、平推流反应器、间歇反应器等不同型式反应器间容积差异的主要原因是_10. 在扩散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数Pe越大,轴向返混程度就_判断1.宏观混合与微观混合对不同级数的化学反应的影响是相同的。（ ）2.一般增加搅拌转速会使非均相聚合产物粒子变小，粒径分布变窄。但在氯乙烯悬浮聚合中，当转速超过某一临界值后，粒子粒径反而变大，分布也变高，所以搅拌的转速应控制在临界转速以下。（ ）3.停留时间分布的无因次方差可表征流体的返混程度：2=1，N=1，全混流；2=0，N=无穷大，平推流。（ ）4.不管活性链寿命长短，停留时间分布都是聚合度分布的主要原因。（ ）5.反应釜容积放大的结果是传热系数和传热面积比（F/V）均下降，所以增添附加传热面成为反应釜放大后所必须采取的措施。（ ）6.一般来说，对非牛顿流体，搅拌器选用有一些原则。例如：双层或多层桨叶比单层桨叶搅拌效果好，斜叶桨叶比平直桨叶效果好。（ ）7.搅拌釜的放大是指在模试釜的基础上，运用化学反应过程的原理进行工业釜设计的技术。其要求是工业釜能完全重复模试釜的过程结果。（ ）8.对于高粘度体系，随粘度的增大，可依次选用下列搅拌器。推进式、锚式、螺杆、螺带、特殊型高粘度搅拌器。（ ）9.轴间流动及径向流动对混合有利，能起到混合搅拌及悬浮作用，而切线流动则对混合不利，需设法消除。（ ）10.下图为各种流体的流动示意图，图中A代表牛顿流体，那么B、C、D、E、F分别代表假塑性流体，胀塑性流体、宾汉流体、屈服-胀塑性流体、屈服-假塑性流体。（ ）（书图4-3）练习31、“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指（ ）A、化学反应 B、反应工程 C、反应热力学 D、反应动力学2、“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是（ ）A、能量传递 B、质量传递 C、热量传递 D、动量传递3、下列属于均相反应的是（ ）A、煤炭燃烧 B、氢气燃烧 C、离子交换 D、加氢裂解4、下列属于均相反应的是（ ）A、乙酸乙酯水解 B、CuO的还原 C、加氢脱硫 D、电石水解5、下列属于均相反应的是（ ）A、催化重整 B、催化裂解 C、HCl与NaOH的中和 D、水泥制造6、下列属于非均相反应的是（ ）A、乙酸乙酯的水解 B、氢气燃烧 C、HCl与NaOH的中和 D、催化裂解7、下列属于非均相反应的是（ ）A、乙酸和乙醇的酯化 B、加氢脱硫 C、氢气燃烧 D、烃类气相裂解8、化学反应2NO+2H2=N2+2H2O，其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质（ ）A、NO B、H2 C、N2 D、H2O9、对于一非恒容均相化学反应nAAnBB,反应组分A的化学反应速率rA=（ ）A、-rA=-dnAVdt B、-rA=-dnBVdt C、-rA=-dnAdt B、-rA=-dnBdt 10、反应A+BC，k=0.15s-1，则反应级数n=（ ）A、0 B、1 C、2 D、311、反应3AP，已知k=0.15mol/ls，则反应级数n=（）A、0 B、1 C、2 D、312、反应CH3COOH+CH3CH2OH=CH3COOHC2H5，已知k=2.3L/smol，则反应级数n=（ ）A、0 B、1 C、2 D、313、如果平行反应AP(主)S(副) 均为一级不可逆反应，若EE, 提高收率p应（ ）A、提高浓度 B、降低浓度 C、提高温度 D、降低温度14、下列反应没有涉及到链反应的是（ ）A、石油裂解 B、酯化反应 C、烃类氧化 D、聚合反应15、全混流釜式反应器最多可能有（ ）个定常态操作点。A、1 B、2 C、3 D、416、一级不可逆液相反应A2R，CA0=2.30kmol/m3，出口转化率XA=0.7每批操作时间t+t0=2.06h，装置的生产能力为50000kg产物R/天，M=60，则反应器的体积V为（ ）m3。A、19.6 B、20.2 C、22.2 D、23.417、脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为（ ）A、E（t）曲线 B、F(t)曲线 C、I（t）曲线 D、y（t）曲线18、阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为（ ）A、E（t）曲线 B、F(t)曲线 C、I（t）曲线 D、y（t）曲线19、平推流流动的E（t）曲线的方差 t2=（ ）A、0 B、01 C、1 D、120、全混流流动的E（t）曲线的方差t2=（ ）A、0 B、01 C、1 D、121、以相似理论和因次分析为基础的相似放大法，在许多过程的放大设计中非常有效，但这种方法对于反应器的放大无能为力，其原因是( )A、相似放大法只能用于物理过程的研究 B、相似放大法只能用于化学反应过程的研究C、在反应器中只能保持化学相似或物理相似中的一种 D、方面的理论分析还不深入22、管式反应器是符合活塞流模型的一类理想反应器，活塞流模型的假定包括（ ）A、轴向的混合用费克定律描述 B、径向流速分布均匀 C、径向温度分布均匀 D、速度侧形与层流相同答案练习1选择：15 BCBCB 610 ABDB(P17)B填空：1.全混流(P53) 2.XA1XA2(P36) 3. A一次性加入，B连续滴加 4.平均聚合度及其分布 5.n=4(P59) 6.点4(P47 图2-30) 7.泵送准数（或排除流量数） 8.P178 9.P21 10.停留时间分布判断：15(“反过来”错了)(P59)(课本P151，倒数第4行) 610(P148 图5-7)(P148)练习2选择：15 DABC(图2-29)D 610 CDAB(P52上面两个图)A填空：1.宽 2.CA低，CB高 3.P46 4.剪切型桨叶(P163) 5.乘积相等(P157) 6.放大准则(P193) 7.P195 8.P49，自己总结 9.反应器内的返混程度不同 10.越小(P64)判断：15 (P122)(P59)(P118,返混的影响) 610 (P160)(P194,“基本”，不是“完全”) (P126图4-3)练习3选择：15 DABAC 610 DBDAB 1115 ACCBC 1620 CABAC 2122 C BC（22题双选）计算题1、在一个体积为300L的反应器中86等温下将浓度为3.2kmol/m3的过氧化氢异丙苯溶液分解；C6H5C(CH3)2COHCH3COCH3+C6H5OH生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1，最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。（1）如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min；（2）如果是全混流反应器；（3）试比较上两问的计算结果。答：（1）等温恒容单一反应动力学方程式一级不可逆反应P10公式（28）t=CA00XAfdXA(-RA)=CA00XAfdXAkA0CA0(1-XA)=1kln11-XA=10.08ln11-0.989=56.37s=0.94minVr=Q0(t+t0)= Q0(0.94+15)=300L Q0=300/15.94=18.82L/min公式2-50、2-51苯酚浓度C苯酚=CA0XA=3.20.989=3.165kmol/L苯酚产量Q0C苯酚=18.823.165=59.56mol/min=335.9kg/h（2）全混流反应器Vr=Q0CA0XAfkCA0(1-XA)=Q0XAfk(1-XA)Q0=Vrk(1-XA)XAf=3000.08(1-0.989)0.989=0.2669L/s=16.02L/min苯酚产量Q0C苯酚=16.02320.989=50.69mol/min=285.9kg/h（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。（或返辊情况不同）2、在反应体积为1m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产1,2-丙二醇：H2COCHCH3+H2OH2COHCHOHCH3该反应对环氧丙烷为1级，对水为0级，反应温度下反应速率常数等于0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率为90%。（1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h，则1,2-丙二醇的日产量是多少？（2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则1,2-丙二醇的日产量又是多少？（3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？解：Vr=1m3，rA=kCA，k=0.98h-1，CA0=2.1kmol/L，XA=0.9一级不可逆反应：t=-1kln1-XAf=-10.98ln1-0.9=2.35hVr=Q0(t+t0)= Q0(2.35+0.65)=1Q0=1/3m3/h丙二醇的浓度=CA0XA=2.10.9=1.89kmol/m3丙二醇的产量= Q0 CA0XAf=1.891/3=0.63kmol/h=15.15kmol/日（2）采用定态下连续操作Vr=Q0XAfk(1-XAf)=Q00.90.98(1-0.9)=1所以Q0=0.109m3/h丙二醇的产量=0.1091.89=0.2058kmol/h=4.939kmol/日（3）因连续釜在低的反应物浓度下操作，反应速率慢，故产量低。3、在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/L，反应速率常数等于5.6L/molmin。要求最终转化率达到95%。试问：（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）若反应器的反应体积为2m3，所需的反应时间又是多少？解：（1）参考P12 表2-6反应总级数为2，且反应物A和B浓度相等，所以t=CA00XAfdXA(-RA)=CA00XAfdXAkA0CA02(1-XA)2=1kCA0XA1-XA=15.60.020.951-0.95=169.6min2.83h(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h.4.拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：CH2ClCH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2以生产乙二醇，产量为20kg/h，使用15%（重量）的NaHCO3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作为原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1:1，混合液的比重为1.02，该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.21L/molh。要求转化率达到95%。（1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5、84和62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h.每小时需氯乙醇：0.322680.50.9530%=91.11kg/h每小时需碳酸氢钠：0.3266840.9515%=190.2kg/h原料体积流量：Q0=91.11+190.21.02=275.8L/h氯乙醇初始浓度：CA0=0.326610000.95275.8=1.231mol/L反应时间：参考P12表2-6t=CA00XAfdXAkCACB=1kCA00XAfdXA(1-XA)2=15.21.2310.951-095=2.968h反应体积：Vr=Q0(t+t)=275.8(2.968+0.5)=956.5L（2）反应器的实际体积：V=Vrf=956.50.75=1275L5、已知一闭式液相反应器在流量为5L/s下进行脉冲示踪，得到停留时间分布密度函数E(t)=0.05e-t/20s-1，试求：（1）平均停留时间（2）该反应器的反应体积为多少？（3）E(t)、F(t)和2（4）若将该反应器用多釜串联模型描述，其模型参数N为多少？解：（1）公式2-89 t=0tEtdt=0t120e-t20dt=20s（2）=t=20s Vr=Q0=520=100L(3)E(t)=0.05e-t/20=1e-t公式2-95，所以属于全混流理想流动反应器F(t)=1-e-1公式2-94 t2=2 2-96 2=1 2-97如要求对比时间时也要会，=1 E()=20E(t)=e-t20=e-F()=1-e- 2（4）模型参数N=16.为了测定一闭式流动反应器的停留时间分布，采用脉冲示踪法，反应器出口物料中示踪物浓度如下：t/min012345678910C(t)/gL-10035664.53210试计算：（1）反应物料在该反应器中的平均停留时间和方差2（2）若将该反应器用多釜串联模型描述，其模型参数N为多少？解：（1）根据题给数据即可求出E(t)。本题可用差分法（亦可用辛普森数值积分求得）。根据公式2-88m=Qc(t)t=(3+5+6+6+4.5+3+2+1) Qt=(3+5+6+6+4.5+3+2+1) 1Q=30.5QEt=Qctm=Qct30.5Q=ct30.5算出平均停留时间和方差。此处用差分法，即：t=tE(t)tE(t)t (A)t2=t2Ett-2 (B)为了计算平均停留时间和方差，将不同时间下的几个函数值列于下表中：t/minC(t) / gL-1E(t)/ min-1E(t) ttE(t)t/mint2E(t)t/min2000000100000230.098360.098360.19670.3934350.16390.16390.49171.475460.19670.19670.79683.147560.19670.19670.98354.91864.50.14750.14750.88505.310730.98360.98360.68854.8193820.065570.065570.52464.197910.032790.032790.29512.65610000000.999884.85226.92t=4.8520.99988=4.853mint2=26.92-4.8532=3.372min2=t2t2=3.3724.5832=0.1432（2）N=12=10.1432=6.987、在间歇搅拌釜式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：CH3COOH+C4H9OHH2SO4CH3COOC4H9+H2O (A) (B) (C) (D)反应物配比为A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100下进行。A转化率达50%需要时间为24.6min，辅助时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg m-3，反应器装填系数为0.75A + B R + SM 60 74 116R产量 2400/24=100kg/hr 100/116=0.862kmol/hr转化率 50%，则A的投料量 0.862/0.5=1.724kmol/hr折算成质量流量1.72460=103.4kg/hrA:B=1.497 则B投料量1.7244.9774=634.1kg/hr总投料量103.4+634.1=737.5kg/hr换算成体积流量 737.5/750=0.9834m3hr-1总生产时间24.6+30=54.6min 折合54.6/60=0.91hr反应器有效体积0.98340.91=0.8949m3反应器总体积0.8949/0.75=1.2m38、在间歇反应器中，乙二酸和乙二醇以等摩尔比在343K时进行缩合反应生产醇酸树脂，以硫酸为催化剂，实验测得反应动力学方程如下：rA=kCA2kmol/Lmink=1.97L/kmolminCA0=0.004kmol/L式中rA为以乙二酸作为研究组分的反应速率。（1）若每天处理4800kg乙二酸，乙二酸的转化率为80%，每批操作的辅助时间ta=1h，试计算反应器的体积，设装料系数为=0.75（2）如果反应器改为平推流反应器，其他条件不变，则平推流反应器体积为多少？（3）如果采用理想混合流反应器，其他条件不变。则理想混合流反应器体积又为多少？（4）如果采用两个釜进行串联操作，且第一釜中乙二醇转化率为60%，第二釜中转化率为80%，其他条件不变，试计算此时反应器的总体积是多少？（5）根据上述计算结果，试谈谈你可以得到什么有关反应器设计的结论。解：（1）计算达到规定转化率所需的时间，因为是二级反应，且CA0=CB0，因此有：t=1kCA0(XA1-X