化學(xué)反應(yīng)工程-模擬題三及答案

..可編輯文本可編輯文本一、在體積為V的反應(yīng)器中進行液相等溫反應(yīng) AP，已知反應(yīng)速率為r kC2，求：A ACSTR0.5PFR，反應(yīng)條件？（9分）當(dāng)CSTR中的轉(zhuǎn)化率為0.5時，若將反應(yīng)器體積增大10不變，則轉(zhuǎn)化率為多少？（9分）二、在一個等溫活塞流反應(yīng)器中，發(fā)生不可逆氣相基元反應(yīng)A2B。反應(yīng)物A和稀釋劑C以等摩爾比加入，A的轉(zhuǎn)化率為90%。如果A的摩爾進料流率減少一半，假設(shè)C的進料流率保持不變，那么A的轉(zhuǎn)化率為多少？（18分）AB

主反應(yīng))副反應(yīng))

kC0.5C1.8，r

kC

C0.3，其中k

1，P 2 A B S 1 A B 1 2當(dāng)A和B的初始濃度為C C 15mol/L，均從反應(yīng)器入口加入，計算A0 B0A的轉(zhuǎn)化率為0.5時的瞬時選擇性。（5分）分）何求該反應(yīng)器中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率？（14分）APA的濃度為(－r) ＝2.77×10-5mol/(cm3.s)，組分A在顆粒內(nèi)有效擴散系數(shù)為0.15cm2/s，外AobsK＝30cm/s。請問：G外擴散對反應(yīng)過程是否有影響？可通過什么途徑來消除該影響？（5分）內(nèi)擴散對反應(yīng)過程是否有影響？可通過什么途徑來消除該影響？（10分）六、下表為轉(zhuǎn)框反應(yīng)器中測得的氣固催化反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)：出口反應(yīng)物濃度反應(yīng)速率No.溫度，K轉(zhuǎn)速N粒徑dp，mmC，mol/lA－r，mol/l.sA13006001.80.150.223009001.80.150.233009000.60.150.243506001.80.150.453509001.80.150.6635011001.80.150.6735011001.20.151.4835011000.60.151.8935011000.40.152.01035011000.20.152.0在什么條件下外擴散為控制步驟？（3分）在什么條件下內(nèi)擴散為控制步驟？（3分）在什么條件下反應(yīng)速率為控制步驟？（6分）分別求出第4組和第5組實驗中的外擴散有效因子？（4分）分別求出第6組和第8組實驗中的內(nèi)擴散有效因子？（4分）中國石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院模擬考試卷化學(xué)反應(yīng)工程 試卷C(開卷)答案一、在體積為 V的反應(yīng)器中進行液相等溫反應(yīng) AP，已知反應(yīng)速率為r kC2，求：A ACSTR0.5PFR，反應(yīng)條件？（9分）當(dāng)CSTR中的轉(zhuǎn)化率為0.5時，若將反應(yīng)器體積增大10不變，則轉(zhuǎn)化率為多少？（9分）解：對于液相二級反應(yīng)，CSTR反應(yīng)器的體積V FA0XA ，kC2A0

X )2APFR反應(yīng)器的體積V FA0XAkC2X )A0 A（1）CSTR0.5V

kC

F 0.5A00.5)2

2

FA0kC2A0對同體積的PFR：2F A0

F X'A0

A0

A0'0.667kC2A0

kC2A0

X') AA（2）由于反應(yīng)條件不變，兩個反應(yīng)器的 F 、C 和 k 相同，所以A0 A0V X1

X/ /

0.1

0.8 V X )2 2 A2二、在一個等溫活塞流反應(yīng)器中，發(fā)生不可逆氣相基元反應(yīng)A2B。反應(yīng)物A和稀釋劑C以等摩爾比加入，A的轉(zhuǎn)化率為90%。如果A的摩爾進料流率減少一半，假設(shè)C的進料流率保持不變，那么A的轉(zhuǎn)化率為多少？（18分）解：對于不可逆氣相基元反應(yīng)A2B，膨脹因子＝2-1＝1A0對于一級反應(yīng)，V FA0kCA0第一種情況下：

(1

11x

x因為FA0

F yC0

0.5y 1*0.50.5A0PC yA0P 0.5 TPTA0 RT RT第二種情況下：F'A0

0.5FA0

，F(xiàn)'C0

F FC0

所以y'A0

0.33'y'0.33*10.33A0C'

y' PA0

0.33 TPA0 RT RTP所以A0A0F' 0.5，C' 2所以A0A0F C 3A0 A0FV A0FkCA0

(1

11x

x

（1）代入已知量，整理得到：VkCA03.0FA0F' 1 V'

A0 (1')ln 'x' （2）kC'A0

1x' 把式1）/式（2，整理得：1(1')ln

1x'

'x'4代入'A

，試差得：X'＝0.95可見當(dāng)A的摩爾進料流率減少一半，而C的進料流率保持不變，A的轉(zhuǎn)化率為95％。AB

主反應(yīng))副反應(yīng))

kC0.5C1.8，r

kC

C0.3，其中k

1，P 2 A B S 1 A B 1 2當(dāng)A和B的初始濃度為C C 15mol/L，均從反應(yīng)器入口加入，計算A0 B0A的轉(zhuǎn)化率為0.5時的瞬時選擇性。（5分）分）S 1解：根據(jù)瞬時選擇性的定義： r k C0.51C1.80.3C0.5S 1r k A B A S 2由于A和B的初始濃度相同，而且反應(yīng)過程二者的反應(yīng)量相同，所以在整個反應(yīng)過程中C＝C，所以瞬時選擇性SCA B A當(dāng)A的轉(zhuǎn)化率為0.5，C＝C （1-0.5）＝7.5mol/l，S＝C ＝7.5；A A0 A（2）由于SC0.5C1.5，所以在反應(yīng)過程中，為了使S盡可能大，需要使AA B的濃度盡可能低，而B的濃度盡可能高，為此可以采用以下方法：·用管式反應(yīng)器，連續(xù)將A注入反應(yīng)器BABAA，這樣進入下一個反應(yīng)器之前A基本反應(yīng)完。B何求該反應(yīng)器中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率？（14分）1）沖法或階躍法；然后對停留時間分布情況進行分析，求出其停留時間分布函數(shù)E(t均停留時間和方差；根據(jù)所求得的平均停留時間和方差，選擇適當(dāng)?shù)姆抢硐敕磻?yīng)模型（離散模型、多釜串連模型和軸向擴散模型）求解反應(yīng)器中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。APA的濃度為1mol/m3，測得單位床層表觀反應(yīng)速率(－r) ＝2.77×10-5mol/(cm3.s)，組分A在顆粒內(nèi)有效擴散系數(shù)為0.15cm2/s，外AobsK＝30cm/s。請問：G外擴散對反應(yīng)過程是否有影響？可通過什么途徑來消除該影響？（5分）內(nèi)擴散對反應(yīng)過程是否有影響？可通過什么途徑來消除該影響？（10分（1）由Mears判據(jù)得：(rA

) obs

2.77105(mol/(cm3.s)) 0.24(cm)1 21

0.11080.15kCG AG

30(cm/s)1106(mol/cm3)可見外擴散無影響。由Weisz-Prater判據(jù)得：1robsR2

2.77105(mol/(cm3.s))( 0.24(cm))22C 2 A 2.65921WP 1

DCe

0.15(cm2/s)1106(mol/cm3)可見內(nèi)擴散有影響?？赏ㄟ^減小催化劑直徑來消除內(nèi)擴散的影響。六、下表為轉(zhuǎn)框反應(yīng)器中測得的氣固催化反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)：No.溫度，K轉(zhuǎn)速N粒徑dp，mm13006001.823009001.833009000.643506001.853509001.8635011001.8735011001.2835011000.6935011000.41035011000.2出口反應(yīng)物濃度反應(yīng)速率出口反應(yīng)物濃度反應(yīng)速率C，mol/lA－r，mol/l.sA0.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.20.20.20.40.60.61.41.82.02.0在什么條件下內(nèi)擴散為控制步驟？（3分）在什么條件下反應(yīng)速率為控制步驟？（6分）分別求出第4組和第5組實驗中的外擴散有效因子？（4分）分別求出第6組和第8組實驗中的內(nèi)擴散有效因子？（4分1）在T＝350KN<900，dp=1.8，外擴散為控制步驟。（2）在T＝350K，N＝1100，dp>0.4，內(nèi)擴散為控制步驟。（3）在T＝350K，N＝1100，dp<0.4，反應(yīng)速率為控制步驟；在T＝300K，N>600，