反应器分析阶段练习一答案

反应器分析课程阶段练习
（第1章——第2章）
一、填空题
1. 工业反应过程的研究，主要采用 数学模型方法 ．
2. 乙烷裂解反应属于 可逆吸热 反应．
3. 乙烷裂解的热力学和动力学分析要求反应在 高温，低压，短停留时间及平推流 的条件下进行。

4. 在裂解过程中常用的稀释剂是 水蒸汽 ．
5. 现代裂解炉的反应停留时间一般控制在 毫秒 的数量级．
6. 裂解炉的炉管布置方式有 立管式 ， 横管式 ．
7. 裂解炉主要由 辐射段，对流段 组成。

8. 裂解炉管内压降计算与 管长，管径，质量流量 有关。

9. 在管式裂解炉设计计算过程中，需要考虑影响裂解反应进行的 化学因素，工程因素，几何因素 等主要因素。

10. 裂解炉的生产能力可以用 吨原料/(年·台），吨乙烯/(年·台） 表示。

二、简述题
1．反应器设计的基本内容
答：（1）选择合适的反应器型式和结构；（2）确定最佳的工艺条件；（3）计算所需反应器体积
2．烃类裂解反应添加水蒸汽的作用
答：稀释剂的作用：（1）可以降低烃分压，从而增大裂解反应平衡组成中产物的含量，提高乙烯的收率。

（2）抑制裂解管内壁的结焦。

结焦量的减少又能改善传热效果，延长炉管寿命。

3．提高裂解炉热强度t q 途径
答：（1）减小热阻项)1
(e e f f t λδλδαλδ
+++，但提高热强度是有限的。

（2）增大传热推动力
)(i w T T -项，不能用降低i T ，只能提高w T ，研制能耐更高温度的新钢材，是强化管式裂解
炉传热强度的重要途径之一。

三、综合题
1．试分析数学模型方法的基本特征。

答：数学模型方法的基本特征是过程的分解和过程的简化。

过程分解是将工业反应器中两个不同特征的化学过程和物理过程分别研究其规律。

数学模型方法中对对象的简化，不是数学方程中某些项的增减，而是对研究对象本身的某种简化。

数学模型方法的实质是将复杂的实
际过程按等效性原则作出合理的简化，使之易于数学描述。

这种简化的来源在于对过程有深刻的、本质的理解，其合理性需要实验的检验。

其中引入的模型参数需要由实验测定。

在化学反应工程数学模型方法研究中，实验是模型研究的基础，离开了实验，模型就如无源之水，无本之木。

2．试从热力学与动力学分析提出乙烷裂解反应的要求。

答：
热力学分析
乙烷裂解是可逆吸热反应，温度愈高，乙烯平衡转化率愈高。

从反应分子数看，裂解是分子数增加的反应，所以降低压力，有利于乙烯的平衡转化率。

有效的措施是添加稀释剂来降低分压，工业上常用水蒸汽作为稀释剂。

动力学分析
乙烷裂解反应是一个既有平行反应，又有串联反应的复杂系统。

由于主反应的活化能大于副反应，所以，升高温度有利于生成乙烯的主反应。

由于是串联反应，在每一个温度下乙烯有一个峰值产率，对应有一个最佳反应时间
t，同时返混是不利的。

温度愈高，乙烯峰值产
m
率愈高，对应的最佳反应时间愈短。

总之，提高乙烯收率的反应条件是：（1）短时间内供给大量的热；（2）高温操作；（3）短停留时间和接近平推流的停留时间分布；（4）低的烃分压，即添加惰性稀释剂，如水蒸气。

3．请分析裂解炉中的传热过程。

答：管式裂解炉工作时，由燃料燃烧释放的热量通过管壁传给管内物料，以供给原料烃升温和发生裂解反应。

燃料燃烧产生的火焰和生成的高温烟气作为第一热源。

它以辐射和对流方式将热量传给炉管外表面，同时传给炉墙。

炉墙作为第二热源（二次辐射体），又将热量以二次辐射的形式传给炉管外表面。

炉管外表面接受了火焰和烟道气的辐射热量和对流热量，以及反射墙和辐射墙的二次辐射热，以导热方式将热量从炉管外壁传到内壁。

然后炉管内壁以对流方式将热量传递给管内反应物，从而使之发生裂解反应。

裂解炉中的传热是辐射、对流和导热这三种基本传热方式的综合。