化學(xué)反應(yīng)工程-化反06級考題答案

大學(xué)（）2008—2009學(xué)年第二學(xué)期一．基本概念題（50分多少？（3分）低溫時容易消除內(nèi)擴(kuò)散？（3分）要條件。（3分）熱穩(wěn)態(tài)操作的必要條件為：dG(T)/dT<dR(T)/dT

3321T請問，此時反應(yīng)器出口反應(yīng)物的濃度如何變化？（增加？減少？不變？）（3分）反應(yīng)器處催化劑的活性比出口處的活性大，請判斷催化劑的失活機(jī)理是哪一種？（3分）6、在化學(xué)反應(yīng)體系多定態(tài)實驗中，測定了氧化反應(yīng)的多態(tài)現(xiàn)象，如果改用烴類熱解反應(yīng)（或為什么？（3分）系并不是直線，請解釋其可能的原因是什么。（3分）（3分- 如果該反應(yīng)的級數(shù)為非整數(shù)級（0.8、1.1、1.5等，請問應(yīng)采用哪種動力學(xué)數(shù)據(jù)處理方法來確定反應(yīng)級數(shù)和動力學(xué)常數(shù)？（3分）件使反應(yīng)器出口的乙醇轉(zhuǎn)化率保持不變？（3分）措施，并簡單解釋其原因？（4分）C(t)E(t)KHCO3（更弱的電解質(zhì)），示蹤劑用量與KCl相同，請問示蹤劑的改變對所測的C(t)E(t)函數(shù)分別有何影響？（4分）變；示蹤劑改用KHCO3后，C(t)~t時間曲線縱坐標(biāo)值減小，積分面積減小，但E(t)~t時間曲線示意圖。（4分）吸熱反 吸熱反 2 k kC， 1 2

1 K ek2k即C KC(1x)，則 A0 e 1 ee計算出的反應(yīng)器體積有何不同？（4分）D15、已知平行氣相反應(yīng) ，主、副反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)分別為1和2，活化能分U(副產(chǎn)物EDEU。如果利用CSTR反應(yīng)器，當(dāng)降低反應(yīng)溫度時，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)的選擇性有所提高；若用相同體積的PFR替代CSTR，其它條件不變，發(fā)現(xiàn)其選擇性也會提高，請比較1和2、EDEU的大小。（4分）12EDEUCSTR80%0.8L。如果一積為0.5L的CSTR和一積為0.5L的PFR串聯(lián)（PFR、CSTR在后，與（5分 CSTR中，一級反應(yīng)k

0.2 1min- (3分τ1xA

V1 0.81⑵CSTR-

k

1

(4分τ=τ=V=0.5 x=kτ=2.5 (4分A1 ixA21(1+kτn=1(1+2.5)2 (4分i⑶Batch kt

1

，t ln 1xA

1

(5分PFR-CSTRCSTR-CSTR比 (5分)當(dāng)0≤t<2min時，F(xiàn)(t)=0.5t，當(dāng)t>2min后，F(xiàn)(t)=1。求停留時間分布密度函數(shù)E(t)（7分如果用多釜串聯(lián)模型來描述該流型，模型中釜數(shù)n為多少?（5分 E(t)E(t)

（2分（5分 tm=tE(t)dt=

0

（6分

m

3σ2=(t-t)E(t)dt=t2E(t)dt-t2=0.5t2dt-t23 釜 σn= = =m σ

(7分(5分mΘ σ2mΘ

大學(xué)（）2007—2008學(xué)年第二學(xué)期一．基本概念題（50分1、對于氣~固催化反應(yīng)，等溫操作時，催化劑顆粒存在濃度梯度，催化劑的有效利用程度受到影響，請問催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子?的影響因素有哪些？（3分）答：R、Sa、ρc，De，n，CAs2（CA~tdata）時，如果采用二級反應(yīng)速率方程1/CA~t關(guān)系并不是直線，請解釋其可能的原因是什么。（3分）3在石油餾分高壓加氫脫硫?qū)嶒炛?，使用了帶有FID檢測器的氣相色譜（GC），該GC有三路進(jìn)氣，分別為H2、N2和空氣，請分別說明這三路氣體的作用。（3分）反應(yīng)器出口處催化劑的活性比處的活性大，請判斷催化劑的失活機(jī)理是哪一種？（3分）如果該反應(yīng)的級數(shù)為非整數(shù)級（如0.8、1.1、1.5等，請問應(yīng)采用哪種動力學(xué)數(shù)據(jù)處理方法來確定反應(yīng)級數(shù)和動力學(xué)常數(shù)？（3分）6、對于理想的全混流反應(yīng)器CSTR，如果某一時刻攪拌器發(fā)生故障突然，使該反應(yīng)器此時偏7還是低溫時容易消除外擴(kuò)散？（3分）8、在化學(xué)反應(yīng)體系多定態(tài)實驗中，測定了氧化反應(yīng)的多態(tài)現(xiàn)象，如果改用烴類熱解反應(yīng)（或為什么？（3分）9（CSTR）R(T與生熱曲線G(T有三個交點，注明哪些點為穩(wěn)定的定態(tài)操作點，并寫出熱穩(wěn)態(tài)操作的必要條件。（3分）熱穩(wěn)態(tài)操作的必要條件為：dG(T)/dT<dR(T)/dT

3321T換催化劑的情況下，如何改變操作條件使反應(yīng)器出口的乙醇轉(zhuǎn)化率保持不變？（3分）D ，主、副反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)分別為1和2，活化能分U(副產(chǎn)物用相同體積的CSTR替代PFR，其它條件不變，發(fā)現(xiàn)其選擇性也會提高，請判斷1和2、ED和EU的關(guān)系（大于？小于？等于？（4分）12EDEU畫出催化劑溫度和濃度隨催化劑半徑變化的關(guān)系曲線示意圖。（4分）- 13、在等溫等壓操作條件下，設(shè)計一個管式反應(yīng)器時，對于氣相裂解反應(yīng)AB+C，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%，如果忽略反應(yīng)膨脹性的影響，計算出反應(yīng)器的體積為100L。當(dāng)考慮膨脹性時，計算出的100L100L100L的反應(yīng)器，在實際生產(chǎn)時，反應(yīng)器出口的轉(zhuǎn)化率是大于80%還是小于80%？（4分）問增加示蹤劑的加入量對所測的C(t)曲線和E(t)函數(shù)分別有何影響？如果示蹤劑改用KHCO3（更弱的電解質(zhì)KCl相同，請問示蹤劑的改變對所測的C(t)曲線和E(t)函數(shù)分別有何影響？（4分）變；示蹤劑改用KHCO3后，C(t)~t時間曲線縱坐標(biāo)值減小，積分面積減小，但E(t)~t時間曲線放熱反 放熱反

k ，

Kk1 2 k

e2即C KC(1x)，則 A0 e 1e當(dāng)0t2min時，F(xiàn)(t)02mint6min時，F(xiàn)(t)0.25t0.5t6min時，F(xiàn)(t)1 F(t)0.25t- E(t)

（2分（5分 tm=tE(t)dt=

2

（6分

m

3σ2=(t-t)E(t)dt=t2E(t)dt-t2=0.25t2dt-t23 釜 σn= = =m σ

-42 (7分(5分mΘ σ2mΘ

三（25分）某液相一級反應(yīng)A2B，反應(yīng)器處原料的體積流量為υ0=0.2L/min，純A進(jìn)料，CSTR出口轉(zhuǎn)化率為80%，求各個反應(yīng)器的體積。（8分）定性解釋：如果該反應(yīng)是零級反應(yīng)，其它條件不變，達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率時，CSTRPFR所需的體積哪個更大？（5分）液相反應(yīng)PFR中，n=1k

ln ，τ=V/v0=0.2/0.2=1min，則k=1min- (2分1 11τ=τ=V=0.4 x=kτ1=2 (2分A1 ixA21(1+kτ)n=1(1+2)29 (3分i⑵PFR- Vv0 (4分1 0.5CSTRV=ν0xA2xA2xA10.20.8(0.8-0.5)=0.24Lmin- (4分2

當(dāng)n=0時，反應(yīng)速率為常數(shù)，由Levenspiel曲線可知，PFRVPFR=VCSTR=FA0S，因此二者體積相等。 (5分)⑷Batch

SS t ln 1xA

1

1.20 (5分大學(xué)（）2007—2008學(xué)年第二學(xué)期一．基本概念題（50分1、氣相平行反應(yīng)在全混流反應(yīng)器（CSTR）中進(jìn)行，主、副反應(yīng)均為1級不可逆反應(yīng)，當(dāng)提高反2、用無梯度反應(yīng)器測乙醇?xì)庀嗝撍埔蚁┑臍庀喾磻?yīng)動力學(xué)時，在反應(yīng)溫度、進(jìn)料濃度不變的情況下，請問改變催化劑用量對反應(yīng)器出口的轉(zhuǎn)化率有何影響？（3分）3、利用實驗數(shù)據(jù)（CA~tdata）確定反應(yīng)級數(shù)和速率常數(shù)時，如果采用微分法處理數(shù)據(jù)，請列出處理數(shù)據(jù)的簡單步驟。（3分）4、現(xiàn)通過停留時間分布實驗（脈沖法）某一實際攪拌釜反應(yīng)器流動特點，如果用多釜串聯(lián)模大于1？（3分）5、當(dāng)存在內(nèi)擴(kuò)散時，求得的活化能為表觀活化能，其值小于本征活化能?；罨茉礁撸磻?yīng)速率除？還是低溫時容易消除？（3分）6、在石油餾分高壓加氫脫硫?qū)嶒炛校垎枮槭裁刺幚頂?shù)據(jù)時不用考慮體系的膨脹因子？（3分）答：H2流量遠(yuǎn)大于反應(yīng)物的流量，反應(yīng)前后體積變化可忽略不計。7A2B40%，請計算反應(yīng)過程的膨脹因子ε（3分）8（反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)）時，常采用的動力學(xué)處理方法有哪幾種？（4分）反應(yīng)器長度（或體積）變化的關(guān)系曲線示意圖。（3分）器處催化劑的活性比出口處的活性大，請判斷催化劑的失活機(jī)理是哪一種？（3分）答：11~固相非均相催化反應(yīng)包括哪幾個步驟？（4分類熱裂解反應(yīng)，利用氮氣作載氣，請問是否能觀察到裂解反應(yīng)的多態(tài)現(xiàn)象，為什么？（3分）dp,68400K0.2mm2.0mmη（6分內(nèi)擴(kuò)散效率因子η=6/15=0.4。是多少？（3分）15、對于理想的全混流反應(yīng)器CSTR，如果某一時刻攪拌器發(fā)生故障突然，使該反應(yīng)器此時偏離理想行為，請問，此時反應(yīng)器出口反應(yīng)物的濃度如何變化？（增加？減少？不變？）（3分）C(t)2min2μmol/L0。求停留時間分布密度函數(shù)E(t)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。（10分

C(t)C(t)

（2分面積 E(t)=(2-t)/2=1- （2分E(t)0

（6分

t3 ⑵ttE(t)dt(t2)dt26)03 (7分 3 2 3

2 (tt)E(t)dt

tE(t)dt

2)dt

( )

0(

93 (8分3三（25分）A2B2.30min時，反應(yīng)0.2L/min當(dāng)反應(yīng)器為CSTR時，轉(zhuǎn)化率達(dá)70%時，所需反應(yīng)器體積為多少？（6分定性解釋：如果該反應(yīng)是零級反應(yīng)，其它條件不變，達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率時，CSTRPFR所需的體積哪個更大？（5分）液相反應(yīng)一級