《化學(xué)反應(yīng)工程》期末考試試題及答案解讀

kKkKSKPA APA KPB BKP＋KPB B R R二、填空題（每題5分，共30分）1．一不可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度從25℃升高到35℃時(shí)，反應(yīng)速率增加一倍，則反應(yīng)的活化能為52894J／mol 。k E1 1ln2 ( )ln2k RT T1 1 2E (1 1

)ln2298308解：E 52894J/mol ，2．一氣固催化反應(yīng)AB R，若本征反應(yīng)速率方程為則該反應(yīng)可能的反應(yīng)機(jī)理為σ Aσ2σ2Bσ2AσBσkS Rσσ）Rσ Rσ間歇釜反應(yīng)器中進(jìn)行如下反應(yīng)：A P(1)－r＝kCa1A S A1 1A(2)－r=kCa2A2 2ACC/CE1E2A0 P S對(duì)大小為 E1<E2 ；在溫度和反應(yīng)時(shí)間保持不變下，增高反應(yīng)濃度，釜液中C/C增大，表明反應(yīng)級(jí)數(shù)al、a2的相對(duì)大小為 al>a2 。P SA．a(chǎn)l>a2 B．a(chǎn)l<a2 C．活化能El<E2 D．活化能El>E2從反應(yīng)器停留時(shí)間分布測(cè)定中,求得無(wú)因次方差

2,反應(yīng)器可視為全混流反應(yīng)2器又若求得無(wú)因次方差

,則反應(yīng)器可視為 活塞流反應(yīng)器 。A→P，若大釜在先，小釜在后，出口轉(zhuǎn)化率為x，小釜在先、大釜在后，則出口轉(zhuǎn)化率為x，兩種情況下，A1 A2進(jìn)料流速、進(jìn)料濃度和反應(yīng)溫度均相同，比較x和x的相對(duì)大小為 x<x 。A1 A2

A1 A2r kC2

0.5AbBηr kC

C2值大小ab處靠近反應(yīng)器的出口，并說(shuō)明理Q。一級(jí)放熱反應(yīng)，絕熱操作；ηη

2 A Ba b二級(jí)反應(yīng)，等溫操作。ηη

2A

k1 Pa b三、問答題（每題6分，共12分）

A2B

k2 Q液相復(fù)合反應(yīng),若為使目的產(chǎn)物P若采用間歇反應(yīng)釜，其加料方式為？若采用管式反應(yīng)器，其進(jìn)料方式為？E>E1 2P若采用間歇反應(yīng)釜，其加料方式為 A一次性加入連續(xù)滴加 ；若采用管式反應(yīng)器，其進(jìn)料方式為 A從反應(yīng)器進(jìn)口處加入沿管長(zhǎng)多處加入 (3)若E1>E2，則反應(yīng)溫度應(yīng)采用高溫。在四段絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行nn>0,試問解:(1)14(2)因第一段反應(yīng)量大于第二段反應(yīng)量,所以1-2段間要取出的熱量比2-3段間要取出的熱量大,因而1-2段間需要的冷激量也大于2-3段間需要的冷激劑量.（第1，2題均為12分，第3題為14分，共38分）1m3-1，2：HCOCHCH2

HO2

COHCHOHCH2 3該反應(yīng)對(duì)環(huán)氧丙烷為一級(jí)，對(duì)水為零級(jí)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于0.98h-1，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為2.1kmol/m3，環(huán)氧丙烷的最終轉(zhuǎn)化率為90%。0.65h-1，2-1，2解：（1）一級(jí)不可逆反應(yīng)：1 1t

ln(1xk

) ln(10.9)0.98V Q(tt)Q(2.350.65)1r 0 0 0Q 1/3m3/h0V1m3,rr

kCA

,k0.98h1,CA0

/l,XA

0.9C X 2.10.91.89kmol/m3丙二醇的濃度=A0 AQ0CA0xAf

1.891/30.63kmol/h15.15kmol日Q(2)采用定態(tài)下連續(xù)操作QQXV 0

00.9 1r k(1X Af

0.98(10.9)Q=0.109m3/h0丙二醇的產(chǎn)量=

0.1091.890.2058kmol/h4.939kmol日因連續(xù)釜在低的反應(yīng)物濃度下操作，反應(yīng)速率慢，故產(chǎn)量低。Q＝300L/minE(t)～t系如下圖所示。由于該圖放置已久，縱坐標(biāo)模糊不清。試根據(jù)E(t)函數(shù)性質(zhì)確定并計(jì)算：E(t)/minE(t)/min－1（2）F(t)該反應(yīng)器體積為多少？N(5)無(wú)因次方差 為多少？（6）Pe為多少？0 10 20t/min答：（1）E(t)＝ (2）F(t)＝ -t2/400+0.1t（3）V＝ 2m3（4）多級(jí)串聯(lián)模型參數(shù)N＝2211N N (5)無(wú)因次方差2

2- 2

(1-e-Pe)0.5 Pe Pe2（6）Pe2.56．某一級(jí)不可逆氣固催化反應(yīng)，在反應(yīng)溫度 150℃下，測(cè)得k=5s-1,有效擴(kuò)散系數(shù)PD=0.2cm2/s。求：eA0.1mmdP6kdP6kPDeA0.01 56 0.2(1)1

0.00833131 1 1(2)

tanh3

30.8試差，得＝0.68dP6kPdP6kPDeA

5ddP6dP650.2

0.68解：dP0.816 cm二、填空題1、化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究化學(xué)反應(yīng)的工程問題的科學(xué)。2、化學(xué)反應(yīng)速率式為r KCC，如用濃度表示的速率常數(shù)為

，用壓力表示的速率A C A B CP C 常數(shù)K ，則K =(RT)()K P C A3、平行反應(yīng)

P(主)主S(副)均為一級(jí)不可逆反應(yīng)，若E主

副E S副p僅是溫度的函數(shù)。4、對(duì)于反應(yīng)級(jí)數(shù)n＞0的反應(yīng)，為降低反應(yīng)器容積，應(yīng)選用平推流反應(yīng)器為宜。5、對(duì)于恒容的平推流管式反應(yīng)器平均停留時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、空時(shí)一致。6、若流體是分子尺度作為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元來(lái)進(jìn)行混合，這種流體稱為_微觀流體_。7、流體的混合程度常用調(diào)勻度S、流體的混合態(tài)來(lái)描述。8、催化劑在使用過程中，可能因晶體結(jié)構(gòu)變化、融合等導(dǎo)致表面積減少造成的_物理失活，也可能由于化學(xué)物質(zhì)造成的中毒或物料發(fā)生分解而造成的_化學(xué)_失活。9_0.1um撞為擴(kuò)散阻力的主要因素，這種擴(kuò)散稱為努森擴(kuò)散。10、絕熱床反應(yīng)器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當(dāng)作平推流處理，只考慮流體流動(dòng)方向上有溫度和濃度的變化，因此一般可用擬均相一維模型來(lái)計(jì)算。11、對(duì)于可逆的放熱反應(yīng)，存在著使反應(yīng)速率最大的最優(yōu)溫度

Topt和平衡溫度

Teq，二者的T Teq optT T

R Eln 2E E關(guān)系為 eq opt

2 1 1 。U12、描述流化床的氣泡兩相模型，以

0的氣速進(jìn)入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始U U U流化速度mf通過，而其余部分0

則全部以氣泡的形式通過。13、描述流化床的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于氣、乳兩相的流動(dòng)模式一般認(rèn)為_氣_相為平推流，而對(duì) 乳 相則有種種不同的流型。14、多相反應(yīng)過程是指同時(shí)存在兩個(gè)或更多相態(tài)的反應(yīng)系統(tǒng)所進(jìn)行的反應(yīng)過程。15、三傳一反是化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)。16、不論是設(shè)計(jì)、放大或控制，都需要對(duì)研究對(duì)象作出定量的描述，也就要用數(shù)學(xué)式來(lái)表達(dá)個(gè)參數(shù)間的關(guān)系，簡(jiǎn)稱_數(shù)學(xué)模型_。K1K217、一級(jí)連串反應(yīng)A P S在平推流反應(yīng)器中，則目的產(chǎn)物PK1K2k [kk1 1

/(k2

k)]

/k) 11kC t k

1

k kP,max

opt 。 2

、 2 1 ）K18、著眼反應(yīng)組分K的轉(zhuǎn)化率的定義式為_

nK0nKnK0 _。K119、一級(jí)連串反應(yīng)K1

P S在間歇式全混流反應(yīng)器中，則目的產(chǎn)物P的最大濃度k [kk1 1

/(k2

k)]

/k) 11kC t k

1

k kP,max

opt 。 2

、 2 1 ）20化學(xué)反應(yīng)速率式為r KCC如用濃度表示的速率常數(shù)為

，用壓力表示的速率A C A B C常數(shù)KP，則KC= KP。21、理想反應(yīng)器是指全混流反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器。22、具有良好攪拌裝置的釜式反應(yīng)器按全混流反應(yīng)器處理，而管徑小，管子較長(zhǎng)和流速較大的管式反應(yīng)器按平推流反應(yīng)器處理。Q Q

dQ dQr G,23、全混流反應(yīng)器穩(wěn)定的定常態(tài)操作點(diǎn)的判據(jù)為,24、平推流反應(yīng)器的返混0 。

G r 、

dT dT25、一個(gè)可逆的均相化學(xué)反應(yīng)，如果正、逆兩向反應(yīng)級(jí)數(shù)為未知時(shí)，采用_初始速率法_法來(lái)求反應(yīng)級(jí)數(shù)。26、分批式完全混合反應(yīng)器操作的優(yōu)化分析是以_平均生產(chǎn)速率最大_、_生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)最低_為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化的。27、軸向分散模型的數(shù)學(xué)期望值 ，方差_ 。、測(cè)定-液相反應(yīng)速率的方法與均相反應(yīng)時(shí)不同之點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)時(shí)要排除氣相和液相中擴(kuò)散阻力_，使反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。29_溫度_梯度和_濃度_梯度。30_聚式流化床_。31、當(dāng)前用于描述氣-液兩相流相間傳質(zhì)的模型有兩大類：一是按穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散來(lái)處理的_雙膜模型_；一是按非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散處理模型，如_溶質(zhì)滲透模型_和_表面更新模型_。32、在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，根據(jù)基礎(chǔ)資料建立物料衡算式的一般式為_輸入量=輸出量+反應(yīng)量+累積量_。33、活化能的大小直接反映了_反應(yīng)速率_對(duì)溫度的敏感程度。34、生成主產(chǎn)物的反應(yīng)稱_主反應(yīng) ，其它的均副反應(yīng) 。35、固定床中顆粒的體積相當(dāng)直徑定義為具有相同體V的球粒子直徑，表達(dá)d= (6V/p v Pπ)1/3_。三、分析解答題1、簡(jiǎn)述等溫恒容平推流反應(yīng)器空時(shí)、反應(yīng)時(shí)間、停留時(shí)間三者關(guān)系？空時(shí)是反應(yīng)器的有效容積與進(jìn)料流體的容積流速之比（①分反應(yīng)時(shí)間是反應(yīng)物料進(jìn)入反應(yīng)器后從實(shí)際發(fā)生反應(yīng)的時(shí)刻起到反應(yīng)達(dá)某一程度所需的反應(yīng)（①分停留時(shí)間是指反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)器的時(shí)刻算起到離開反應(yīng)器內(nèi)共停留了多少時(shí)間（①分）由于平推流反應(yīng)器內(nèi)物料不發(fā)生返混，具有相同的（②分）2、簡(jiǎn)述階躍示蹤法測(cè)停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其對(duì)應(yīng)曲線？分）在某瞬間t=0將流入系統(tǒng)A0的流體切換為含有示蹤劑A且濃度為C（①分）同時(shí)保持系統(tǒng)內(nèi)流AA0C（①分）對(duì)應(yīng)的曲線為3、簡(jiǎn)述均相反應(yīng)及其動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容？

F(t)

AA0C （②分）A0關(guān)系的速率方程。4、對(duì)于可逆放熱反應(yīng)如何選擇操作溫度？答：1）對(duì)于放熱反應(yīng)，要使反應(yīng)速率盡可能保持最大，必須隨轉(zhuǎn)化率的提高，2）這是由于可逆放熱反應(yīng)，由于逆反應(yīng)速步提高將導(dǎo)致正逆反應(yīng)速率相等而達(dá)到化學(xué)平衡。5、簡(jiǎn)述氣-液反應(yīng)的宏觀過程：A（g）+bB（l）→產(chǎn)物（l）？反應(yīng)物氣相組分A液相內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物向濃度下降方向擴(kuò)散，氣相產(chǎn)物則向界面擴(kuò)散；4）氣相產(chǎn)物向氣相主體擴(kuò)散。6、簡(jiǎn)述固定床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)？1）2）床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近于平推流，與返混3）固定床中的傳熱較差；4）催化劑的更換必須停產(chǎn)進(jìn)行。k1 RAk7、對(duì)于反應(yīng)

S r kC2E，，

r k

E，2R 1 A

S 2 A 22E1E時(shí)如何選擇操作溫度可以提高產(chǎn)物的收率？2rS R

k

e

/

kC 10C

EEEe2 1CE1RS答：對(duì)于平行反應(yīng) r1RS

RT21k eE/RT A k2120 20

A

＞2時(shí)應(yīng)盡可能提高反應(yīng)溫度，方可提高R的選擇性，提高R8、簡(jiǎn)述氣固流化床反應(yīng)器氣泡兩相模型的特點(diǎn)？1）以U0

通過，mf而其余部分以（U-U）2）床層從流化前的高度0 mfL增高到流化時(shí)的高度L，完全是由于氣泡的體積所造成；3）氣泡相為向mf f上的平推流，大小均一；4）反應(yīng)完全在乳相中進(jìn)行；5）氣泡與乳相間的交換量