化學反應工程.doc

化學反應工程1：填空題30.平推流管式反應器t時，F(xiàn)（t）=_1_。2：填空題29.平推流管式反應器t =時，E（t）=_。3：填空題28.在軸向分散模型中，模型的唯一參數(shù)彼克萊準數(shù)愈大軸向返混程度就愈小_。4：填空題27.在軸向分散模型中，模型的唯一參數(shù)彼克萊準數(shù)Pe=uL/Ez。5：填空題26.停留時間分布的密度函數(shù)E（）=E（t）。6：填空題25.當t=0時，停留時間分布函數(shù)F（t）=0_。7：填空題24.停留時間分布的密度函數(shù)在t0時，E（t）=_0_。8：填空題23. 對于自催化反應，最合適的反應器為全混流串平推流_。9：填空題22. 對于反應級數(shù)n0的反應，為降低反應器容積，應選用平推流_反應器為宜。10：填空題21. 對于反應級數(shù)n0的反應，為降低反應器容積，應選用_全混流_反應器為宜。11：填空題20.平推流反應器的返混為_0_。12：填空題19.全混流反應器的返混最大_。13：填空題18.全混流反應器的容積效率為反應時間t與_空時_之比。14：填空題17.具有良好攪拌裝置的釜式反應器按理想混合反應器反應器處理，而管徑小，管子較長和流速較大的管式反應器按平推流反應器處理。15：填空題16.理想反應器是指理想混合（完全混合）反應器、平推流（活塞流或擠出流）反應器。16：填空題15.催化劑在使用過程中，可能因晶體結構變化、融合等導致表面積減少造成的物理失活，也可能由于化學物質造成的中毒或物料發(fā)生分解而造成的化學失活。17：填空題14.氣固相催化反應的內擴散模數(shù) ，它是表征內擴散影響的重要參數(shù)，數(shù)值平方的大小反映了表面反應速率與內擴散速率之比。18：填空題13.對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當孔徑較大時，擴散阻力是由分子間碰撞所致，這種擴散通常稱為分子擴散（容積擴散）。19：填空題12.對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當孔徑較大時，擴散阻力是由分子間碰撞所致。20：填空題11.在氣固相催化反應中，反應速率一般是以單位催化劑的重量為基準的，如反應AB，A的反應速率的定義為。21：填空題10.固體催化劑的比表面積的經(jīng)典測定方法是基于BET方程。22：填空題9.氣體在固體表面上發(fā)生吸附時，描述在一定溫度下氣體吸附量與壓力的關系式稱為吸附等溫方程。23：填空題8.氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是靠范德華力結合的，而化學吸附是靠化學鍵力結合的。24：填空題7.一級連串反應 在平推流反應器中，為提高目的產(chǎn)物P的收率，應降低。25：填空題6. 活化能的大小直接反映了反應速率對溫度的敏感程度。26：填空題5.著眼反應組分K的轉化率的定義式為xk=(nk0-nk)/nk0_。27：填空題4. 在建立數(shù)學模型時，根據(jù)基礎資料建立物料、熱量和動量衡算式的一般式為累積量=輸入量-輸出量。28：填空題3. 化學反應工程中的三傳一反”中的三傳是指傳質、傳熱、動量傳遞。29：填空題2. 化學反應過程按操作方法分為分批式操作、連續(xù)式操作、半分批式操作。30：填空題 1. 化學反應工程是一門研究化學反應的工程問題的科學。1：單選題27.對于_的反應器在恒容反應過程的平均停留時間、反應時間、空時是一致的。（D）A：間歇式反應器 B：全混流反應器 C：攪拌釜式反應器 D：平推流管式反應器2：單選題26.對于可逆放熱反應，為提高反應速率應（C）。A：提高壓力 B：降低壓力 C：提高溫度3：單選題25.對于反應級數(shù)n0的不可逆等溫反應，為降低反應器容積，應選用（B）。A：平推流反應器 B： 全混流反應器 C：循環(huán)操作的平推流反應器 D：全混流串接平推流反應器4：單選題24.反應級數(shù)n=_時微觀流體和宏觀流體具有相同的反應結果。（C）A：0 B：0.5 C：1 D：25：單選題23.軸向分散模型的物料衡算方程的初始條件和邊界條件與_無關。（C） A：示蹤劑的種類 B：示蹤劑的輸入方式 C：管內的流動狀態(tài) D：檢測位置6：單選題22.平推流流動的E（t）曲線的方差2= 。（A）A：0 B：01 C：1 D：17：單選題21.脈沖示蹤法測定停留時間分布對應曲線為_。（A）A： E（t）曲線 B：F（t）曲線 C：I（t）曲線 D：y（t）曲線8：單選題（B）9：單選題 （B）10：單選題（C ）11：單選題17.反應C4H102C2H4 + H2，k=2.0s-1，則反應級數(shù)n=_。（B）A：0 B：1 C：2 D：312：單選題（B）13：單選題（A）14：單選題14.全混流反應器中有_個穩(wěn)定的定常態(tài)操作點。（B）A：1 B：2 C：3 D：415：單選題13.在全混流反應器中，反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比為_。（A）A：空時 B：反應時間t C： 停留時間t D：平均停留時間16：單選題 （D）17：單選題11.分批式操作的完全混合反應器非生產(chǎn)性時間t0不包括下列哪一項_。（B）A：加料時間 B：反應時間 C：物料冷卻時間 D：清洗釜所用時間18：單選題（B）19：單選題 （A）20：單選題 （D）21：單選題7.當催化劑顆粒的微孔的孔徑小于分子的自由程_時，分子與孔壁的碰撞成了擴散阻力的主要因素，這種擴散稱為努森擴散。（B）A：0.01um B：0.1um C：1um D：1nm22：單選題6.下列不屬于Langmuir型等溫吸附的假定的是_。（B）A： 均勻表面 B：多分子層吸附 C： 分子間無作用 D：吸附機理相同23：單選題 5.氣相反應4A + B 3R + S進料時無惰性氣體，A與B以31的摩爾比進料，則膨脹因子A=_。（C）A：1/4 B：2/3 C：-1/4 ， D：-2/324：單選題（A）25：單選題（A）26：單選題（A）27：單選題1.下列屬于均相反應的是_。（C）A：催化重整 B：催化裂解 C：HCl與NaOH的中和 D：水泥制造1：論述題 14簡述脈沖示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應曲線？答：脈沖示蹤法是在定常態(tài)操作的連續(xù)流動系統(tǒng)的入口處在t=0的瞬間輸入一定量M克的示蹤劑A，并同時在出口處記錄出口物料中示蹤劑的濃度隨時間的變化。對應的曲線為E(t)曲線，E(t)=CA/CA0。2：論述題 13.簡述等溫恒容平推流反應器空時、反應時間、停留時間三者關系？答：空時是反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比。反應時間是反應物料進入反應器后從實際發(fā)生反應的時刻起到反應達某一程度所需的反應時間。停留時間是指反應物進入反應器的時刻算起到離開反應器內共停留了多少時間。由于平推流反應器內物料不發(fā)生返混，具有相同的停留時間且等于反應時間，恒容時的空時等于體積流速之比，所以三者相等。3：論述題 12.簡述階躍示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應曲線？答：階躍示蹤法是對于定常態(tài)的連續(xù)流動系統(tǒng)，在某瞬間t=0將流入系統(tǒng)的流體切換為含有示蹤劑A且濃度為CA0的流體，同時保持系統(tǒng)內流動模式不變，并在切換的同時，在出口處測出出口流體中示蹤劑A的濃度隨時間的變化。對應的曲線為F（t），F(xiàn)(t)=CA/CA0。4：論述題 11.簡述尋求停留時間分布的實驗方法及其分類？答：通過物理示蹤法來測反應器物料的停留時間的分布曲線。所謂物理示蹤是指采用一種易檢測的無化學反應活性的物質按一定的輸入方式加入穩(wěn)定的流動系統(tǒng)，通過觀測該示蹤物質在系統(tǒng)出口的濃度隨時間的變化來確定系統(tǒng)物料的停留時間分布。根據(jù)示蹤劑輸入方式的不同大致分為四種：脈沖法、階躍法、周期示蹤法和隨機輸入法。5：論述題 10.簡述非理想流動多級混合模型的特點？6：論述題9.簡述非理想流動軸向擴散模型的特點？答：1）在管內徑向截面上流體具有均一的流速； 2）在流動方向上流體存在擴散過程，該過程類似于分子擴散，符合Fick定律； 3）軸向混合系數(shù)EZ在管內為定值； 4）徑向不存在擴散； 5）管內不存在死區(qū)或短路流。7：論述題 8.簡述分批式操作的完全混合反應器？答題要點： 反應物料一次性投入反應器內，在反應過程中，不再向器內投料，也不出料，待達到反應要求的轉化率后，一次性出料，每批操作所需生產(chǎn)時間為反應時間與非生產(chǎn)性時間之和，非生產(chǎn)性時間包括加料、排料和物料加熱、冷卻等用于非反應的一切輔助時間。8：論述題 7.簡述理想反應器的種類？答題要點：通常所指的理想反應器有兩類：理想混合（完全混合）反應器和平推流（活塞流或擠出流）反應器。所謂完全混合流反應器是指器內的反應流體瞬間達到完全混合，器內物料與反應器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推流反應器是指器內反應物料以相同的流速和一致的方向進行移動，不存在不同停留時間的物料的混合，所有的物料在器內具有相同的停留時間。9：論述題 6.解釋努森擴散和分子擴散分別在何種情況下占優(yōu)勢？答：多孔物質催化劑的粒內擴散較為復雜。當微孔孔徑較大時，分子擴散阻力是由于分子間的碰撞所致，這種擴散為分子擴散。當微孔孔徑小于分子的自由程0.1um時，分子與孔壁的碰撞機會超過了分子間的相互碰撞，而成為擴散阻力的主要因素，這種擴散為努森擴散。10：論述題 5. 簡述氣固相催化反應的動力學步驟？ 答：1）反應物從氣流主體向催化劑的外表面和內孔擴散； 2）反應物在催化劑表面上吸附； 3）吸附的反應物轉化成反應的生成物； 4）反應生成物從催化劑表面上脫附下來； 5）脫附下來的生成物向催化劑外表面、氣流主體中擴散。 11：論述題 4.簡述Langmuir等溫吸附方程的基本特點？答：1）均勻表面（或理想表面）：即催化劑表面各處的吸附能力是均一的，吸附熱與表面已被吸附的程度如何無關； 2） 單分子層吸附； 3）被吸附的分子間互不影響，也不影響別的分子； 4）吸附的機理均相同，吸附形成的絡合物均相同。12：論述題 13：論述題 2.對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度？答：1）對于放熱反應，要使反應速率盡可能保持最大，必須隨轉化率的提高，按最優(yōu)溫度曲線相應降低溫度； 2）這是由于可逆放熱反應，由于逆反應速率也隨反應溫度的提高而提高，凈反應速率出現(xiàn)一極大值；3）而溫度的進一步提高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。14：論述題1簡述均相反應及其動力學的研究內容？答：參與反應的各物質均處于同一個相內進行的化學反應稱為均相反應。均相反應動力學是研究各種因素如溫度、催化劑、反應物組成和壓力等對反應速率、反應產(chǎn)物分布的影響，并確定表達這些影響因素與反應速率之間定量關系的速率方程。1：論述題 計算題17（求多級全混流模型的轉化率）某一液相分解反應，若已知其反應動力學為，k=0.307min-1，當平均停留時間為15min時，當多級全混流模型可用時，其，求其最終轉化率為多少？ 解： 取m=4 2：論述題 計算題16（求模型參數(shù)和出口轉化率）用多級全混流串聯(lián)模型來模擬一管式反應裝置中的脈沖實驗，已知，k=0.15求1）推算模型參數(shù)N；2）推算一級不可逆等溫反應的出口轉化率。解：1） 取N=4 2） 3：論述題 計算題15（求反應器的出口轉化率）15.某反應器用示蹤法測其流量，當邊界為開開式時，測得Ez/UL，在此反應器內進行一般不可逆反應，此反應若在活塞流反應器中進行，轉化率為99%，若用多釜串聯(lián)模型，求此反應器的出口轉化率。解： 活塞流： 60.411ln1)1(0=-=-=AxAAxxxdktA 4：論述題 計算題14（求平均停留時間、方差等）有一管式反應裝置經(jīng)脈沖示蹤法實驗測得如下表所示的數(shù)：t(分)0246810121416CA（kg/m3）06.512.512.5105.02.51.00試根據(jù)表列數(shù)據(jù)確定該裝置的有效容積V、平均停留時間、方差和。解： 答： 平均停留時間6.24min，方差8.50min2，對比方差0.2185：論述題 計算題13（求反應體積）13.磷化氫的均相氣相分解4PH3 P4 + 6H2，在310時2atm時速率方程-rA=0.1CA mol/s.L，磷化氫以200kg/h的速率在平推流反應器內反應，求轉化率為80%時所需反應器體積？解： lmolRTPCAA/042.0)273310(082.0200=+= AAAAAAxyxCC0011d+-= ldxxCFxxCdxFVAAAAxAAAAAA86275.0)175.1(1.075.0111.08.0000000=-=+-= 6：論述題 計算題12（求料液流量）在CSTR中進行液相反應在120時，反應速率rA=8cAcB-1.7cPcR mol/(minL)反應器體積為100ml，兩股進料流同時等流量進入反應器，一股含A3.0mol/L，另一股含B2.0mol/L,當B的轉化率為80%時，每股料液流量為多少？解：將VR=100ml=0.1L CA0=1.5mol/L CB0=1.0mol/L xAf=0.533 xBf=0.8代入上式，得V0 = 0.0041L/min7：論述題 計算題11（求出口轉化率）11. 在平推流反應器中進行一級不可逆反應，出口轉化率為0.9，現(xiàn)將該反應移到一個等體積的全混流反應器中進行，且操作條件不變，問出口轉化率是多少？解：平推流反應器中進行的一級不可逆反應 (1)全混流反應器中進行的一級不可逆反應 (2)因為反應器體積相等，所以t1=t28：論述題 計算題10（求反應時間）在等溫間隙反應器中進行皂化反應該反應對乙酸乙酯和氫氧化鈉均為一級，反應開始時乙酸乙酯和氫氧化鈉的濃度均為0.02mol/L，反應速率常數(shù)為5.6L/(minmol)，要求最終轉化率為0.95，試求當反應器體積為1m3、2m3時，所需的反應時間各為多少？解： (A) (B) (C) (D)CA0=0.02mol/L CB0=0.02mol/L 0 0CA=CA0(1-xA) CB=CA0(1-xA)根據(jù)題意，知反應速率方程可表示為：因為：，則cA=cB , 間隙反應器中進行的二級反應從上式可以看出，反應時間與反應器體積無關9：論述題 計算題9（求催化劑的內擴散有效因子）某催化反應在500下進行，已知本征反應速率rA=7.69610-5pA2mol/(gs),(式中pA的單位為Mpa),催化劑為5mm?5mm圓柱體,p=0.8g/cm3,覆蓋外表面的分壓pA=0.101325Mpa,粒內組分A的有效擴散系數(shù)Deff=0.0252/s.求催化劑的內擴散有效因子。解：二級反應，用Satterfield近似解10：論述題 計算題8（求內擴散有效因子）8. 乙烯直接水合制乙醇可視為對乙烯的一級不可逆反應，在300，7.09Mpa下，k=0.09s-1，Deff=7.04?10-4cm2/s,采用直徑與高均為5mm的圓柱形催化劑，求內擴散有效因子。解：11：論述題 計算題7（求有效擴散系數(shù)）7. 求下述情況下，催化劑孔道中CO的有效擴散系數(shù)。已知氣體混合物中各組分的摩爾分率：yH2O=0.50，yCO=0.10，yCO2=0.06，yN2=0.10，yH2=0.24，溫度400，壓力0.709Mpa。催化劑孔道平均半徑10nm，空隙率0.50，曲折因子2.06。(提示:同時考慮分子擴散和努森擴散)解：由式2-14由第52頁表2-1 原子和分子擴散體積，查得各組分的分子擴散體積分別為：H2O 12.7 CO 18.9 CO2 26.9 N2 17.9 H2 7.07P=0.709105/1.01325105=7.00atm求得CO在各組分中的分子擴散系數(shù)又由第52頁式2-18 化合物發(fā)生反應其化學計量系數(shù)比為1：1：-1：-1，N2為惰性組分，則NN2=0將yH2O=0.50，yCO=0.10，yCO2=0.06，yN2=0.10，yH2=0.24帶入式2-18得已知溫度400，壓力0.709Mpa。催化劑孔道平均半徑10nm由第53頁式2-23得或由要同時考慮Knudsen擴散和分子擴散由式2-26得 CO的有效擴散系數(shù)為：12：論述題 計算題6（求轉化率、收率和反應選擇性）6.在銀催化劑上進行乙烯氧化反應以生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，進入催化反應器的氣體中各組分的摩爾分數(shù)分別為C2H4 15%，O2 7%,CO2 10% ，Ar 12%，其余為N2。反應器出口氣體中含C2H4和Oz的摩爾分數(shù)分別為13.1%,4.8%。試計算乙烯的轉化率、環(huán)氧乙烷收率和反應選擇性。解答：以100mol進料為計算基準，并設x和y分別表示環(huán)氧乙烷和二氧化碳的生成量,根據(jù)題給的進料組成和該反應系統(tǒng)的化學計量式, 可列出下表 組成反應器進口/%反應器出口/%C2H41515-x-y/2O277-x/2-3y/2C2H4O0xCO21010+yH2O0yAr1212N25656總計100100-x/2 由于反應器出口氣體中乙烯和氧的摩爾分數(shù)已知,所以可列出下面兩個方程: 及 解之得x=1.504mol y=0.989mol乙烯的轉化量為 1.504+0.989/2=1.999mol 所以,乙烯的轉化率等于 1.999/15=0.1333或13.33% 環(huán)氧乙烷的收率為1.504/15=0.1003 或10.03% 將乙烯轉化率及環(huán)氧乙燒收率代入式1.12,得反應的選擇性為S=0.1003/0.1333=0.7524或75.24% 13：論述題 計算題5合成聚氯乙烯所用的單體氯乙烯,多是由乙快和氯化氫以氯化汞為催化劑合成得到,反應式如下：由于乙快價格高于氯化氫,通常使用的原料混合氣中氯化氫是過量的,設其過量10%。若反應器出口氣體中氯乙烯摩爾分數(shù)為90%，試分別計算乙煥的轉化率和氯化氫的轉化率。解：氯化氫與乙炔的化學計量系數(shù)比為1，但由于氯化氫過量10%,因此原料氣中乙炔與氯化氫的摩爾比為1：1.1。當進入反應器的乙烘為1mol時,設反應了xmol,則： 組成反應器進口反應器出口C2H211-xHCl1.11.1-xCH2=CHCl0x總計2.12.1-x 題給反應器出口氣體中氯乙烯摩爾分數(shù)為90%,故 解之得：x=0.9947mol 由于以1mol乙炔為計算基準，乙炔轉化率 或99.47% 氯化氫的反應量與乙炔相同,故氯化氫的轉化率 或94.03% 乙炔轉化率99.47%14：論述題 計算題4（求反應時間）在一恒容反應器中進行下列液相反應： 式中分別表示產(chǎn)物R及D的生成速率。反應用的原料為A與B的混合物，其中A的濃度為 2，試計算A的轉化率達到95%時的需的反應時間。解：反應物A的消耗速率應為兩反應速率之和，即利用（2.6）式積分之15：論述題 計算題3（求轉化率）在等溫下進行液相反應A+BC+D，在該條件下的反應速率方程為：若將A 和