《化學反應工程》期末考試試題及答案解讀

1、RsKaPaKbPb(每題5分，共(1KaPaKbPb+KrPr)1.3小希可逆反應，當反應溫度從25升高到35時，反應速率增加一倍，則該反應的活化能為52894J/mol。k2E11In2()In2kiRTiT2E11()In28.314298308解：E52894J/mol,2 .一氣固催化反應ABR,若本征反應速率方程為：則該反應可能的反應機理為AoAoRaa (此步為速率控制步驟)3 .間歇釜反應器中進行如下反應:AP(1)rai=kiCAa1AS(2)rA2=k2Cas2在Cao和反應時間保持不變下，降低反應溫度，釜液中Cp/Cs增大，表明活化能E1與E2的相對大小為E1a2。A.a

2、la2B.ala2C.活化能EIE24 .從反應器停留時間分布測定中，求得無因次方差20.98,反應器可視為全混流反應器又若求得無因次方差20.02,則反應器可視為活塞流反應器。5 .有兩個有效容積不等的全混流反應器串聯(lián)操作，反應為二級不可逆反應ATP,若大釜在先，小釜在后，出口轉化率為X”小釜在先、大釜在后，則出口轉化率為XA2,兩種情況下，進料流速、進料濃度和反應溫度均相同，比較XAI和XA2的相對大小為XA1XA2O20.56 .在固定床反應器中，分別進行一級和二級不可逆氣固催化反應，試比較Mk1aCv AbC兩處的值大小(a處靠近反應器的進口，并說明理由。rQ(1)一級放熱反應，絕熱操

3、作；Ta7b(2)二級反應，等溫操作。71P0.5 2b處靠近反應器的出口)k2cA CBaE2,則反應溫度應盡可能采用高溫或低溫？答：為使目的產物P的選擇性高，應選擇：(1) 若采用間歇反應釜，其加料方式為A一次性加入，B連續(xù)滴加；(2) 若采用管式反應器，其進料方式為A從反應器進口處加入，B沿管長多處加入；(3)若EiE2,則反應溫度應采用高溫。2 .在四段絕熱式固定床反應器中進行n級不可逆反應，各段的催化劑量相同，且控制進入各段的反應物料溫度相等.若n0,試問(1)哪一段的凈轉化率最大？哪一段最小？(2)若段間采用冷激方法進行降溫，試問第一段與第二段之間和第二段與第三段之間哪處需加入的冷

4、激劑量多？為什么？,在催化劑量相同的情況 1至4段的順,第三段再次之，第所以1-2段解：(1)雖然各段進口溫度相等下，凈轉化率也按序遞減，第一段最大，第二段次之四段最小(3)因第一段反應量大于第二段反應量間要取出的熱量比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2-3段間需要的冷激劑量四、計算題：(第1,2題均為12分，第3題為14分，共38分)1 .在反應體積為1n?的釜式反應器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反應生產丙二醇-1,2：H2C0CHCH3H2。H2COHCHOHCH3該反應對環(huán)氧丙烷為一級，對水為零級，反應溫度下反應速率常數(shù)等于0.98h，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為2.1k

5、mol/m3,環(huán)氧丙烷的最終轉化率為90%o(1)若采用間歇操作，輔助時間為0.65h,則丙二醇7,2的日產量是多少？(2)有人建議改在定態(tài)下連續(xù)操作，其余條件不變，則丙二醇-1,2的日產量又是多少？(3)為什么這兩種操作方式的產量會有不同？解：(1)一級不可逆反應：1 2Lln(10,9)2.35hkln(10.9VrQo(tto)Qo(2.350.65)1Qo1/3m3/h31Vr1m3,TAkCA,k0.98h1,Cao2.1kmol/l,XA0.9丙二葡的濃度CaoXa 2.1 0.9 1.9kmol丙二醇的產量=QoCAOXAf =1.9 1/3 0. 63kmol/h 15.15k

6、mol/(2)采用定態(tài)下連續(xù)操作QoXAfQo 0.9Vr0. 98 (1 0. 9)rk(1XAf)所以Qo=O.lOSW/h丙二醇的產量二0.1091.890.2058kmoI/h4.939kmoI/日3)因連續(xù)釜在低的反應物濃度下操作，反應速率慢，故產量低。2.對一閉式反應器進行停留時間分布實驗測定，在300L/mi n下，得到系如下圖所示。由于該圖放置已久，縱坐標模糊不清。 試根據(jù)(D E(t)(2) F (t)(3)該反應器體積為多少？(4)多級串聯(lián)模型參數(shù)N為多少？2(5)無因次方差為多少？E(t)t關(6)軸向擴散模型參數(shù)Pe為多少?1020（2）欲保持催化劑內擴散有效因子為6

7、MA 6 V0.2試差 dp6111 tanh得=0.竺_kpdp ! 5DeA6 1 0.20.80.68t/min答：(1) E(t)=7/200仕-20)(2) F(t)=-t7400+0.1t(3) V=2m3(4) 多級串聯(lián)模型參數(shù)N=22115)無因次方差N22 22-Pe3 -(1-e-Po)0.5PePe26)6)Pe2.563.某一級不可逆氣固催化反應，在反應溫度150下，測得kps-1,有效擴散系數(shù)DeA=0.2cm2/So求：（1）當顆粒直徑為0.1mm時，內擴散影響是否已消除?0.8,則顆粒直徑應不大于多少?1=0.00833一3dp0,816cm二、填空題1、化學反應

8、工程是一門研究化學反應的工程問題的科學。2、化學反應速率式為KCCACB,如用濃度表示的速率常數(shù)為“,用壓力表示的速率常數(shù)降，則KC（RT）-KPOP（主）A3、平行反應J,均為一級不可逆反應，若E主E闞，選擇性Sp與濃度無關，僅是溫度的函數(shù)。4、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。010205、對于恒容的平推流管式反應器平均停留時間、反應時間、空時一致。6、若流體是分子尺度作為獨立運動單元來進行混合，這種流體稱為一微觀流體_o7、流體的混合程度常用調勻度S、流體的混合態(tài)來描述。8、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，1

9、化學_失活?？?.1um_時，分子與孔壁的碰撞為擴散阻力的主要因素，這種擴散稱為努森擴散o10、絕熱床反應器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當作平推流處理，只考慮流體流動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計算。11、對于可逆的放熱反應，存在著使反應速率最大的最優(yōu)溫度和平衡溫度二者的關系為R I ITE2 El El12、描述流化床的氣泡兩相模型，以U。的氣速進入床層的氣體中，一部分在乳相中以起U“則全部以氣泡的形式通過。始流化速度U通過，而其余部分13、描述流化床的數(shù)學模型，對于氣、乳兩相的流動模式一般認為一氣_相為平推流，而對乳相則有種種不同的流型。兩個或更多相態(tài)的反應系統(tǒng)

10、所進行的反應過14、多相反應過程是指同時存在程。15、三傳一反是化學反應工程的基礎。16、不論是設計、放大或控制，都需要對研究對象作出定量的描述，也就要用數(shù)學式來表達個參數(shù)間的關系，簡稱K117、一級連串反應A PP的最大濃度C p.maxtopt一數(shù)學模型_OS在平推流反應器中k2/ (k2kO kiI n (k2 /ki)k2k2 ki )則目的產物18、著眼反應組分KK19、一級連串反應A全混流反應器中，則目的產物nKo riKKK的轉化率的定義式為_ n2_oPP的最大濃度k2/ (k2 ki)S在間歇式P. maxtoptk2I n (k2 /ki)k2 ki )rA KCCACB如

11、用濃度表示的20、化學反應速率式為速率常數(shù)為用壓力表示的速率常數(shù)KP,則KC=KPo21、理想反應器是指全混流反應器、平推流反應器。22、具有良好攪拌裝置的釜式反應器按全混流反應器處理，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。dQrdQc23、全混流反應器穩(wěn)定的定常態(tài)操作點的判據(jù)為.,dTdT24、平推流反應器的返混為_0o25、一個可逆的均相化學反應，.果正、逆兩向反應級數(shù)為未知時，采用一初始速率法一法來求反應級數(shù)。26、分批式完全混合反應器操作的優(yōu)化分析是以_平均生產速率最大_生產經費最低.為目標進行優(yōu)化的。27、軸向分散模型的數(shù)學期望值,方差_。28、測定氣-液相反應

12、速率的方法與均相反應時不同之點是實驗時要排除氣相和液相中的擴散阻力使反應在動力學區(qū)域內進行。29、在流化床中為了傳熱或控制氣-固相間的接觸，常在床內設置內部構件，但很少使用水平構件，它對顆粒和氣體的上下流動起一定的阻滯作用，從而導致床內產生明顯的/HR度_梯度和J農度一梯度。30、對于氣-固系統(tǒng)的流化床反應器的粗顆粒系統(tǒng)，氣速超過起始流化速度后，就出現(xiàn)氣泡，氣速愈高，氣泡的聚并及造成的擾動亦愈劇烈，使床層波動頻繁，這種流化床稱為_聚式流化床,o31、當前用于描述氣-液兩相流相間傳質的模型有兩大類：一是按穩(wěn)態(tài)擴散來處理的一雙膜模型一是按非穩(wěn)態(tài)擴散處理模型，如J容質滲透模型一和_表面更新模型_o3

13、2、在建立數(shù)學模型時，根據(jù)基礎資料建立物料衡算式的一般式為J俞入量二輸出量+反應量+累積量33、活化能的大小直接反映了一反應速率一對溫度的敏感程度。34、生成主產物的反應稱為主反應,其它的均為副反應35、固定床中顆粒的體積相當直徑定義為具有相同體積Vp的球粒子直徑，表達式出二_(6Vp/建邦?間三反應時間霜料進播F融爵髓馥嬲酸矍叫皤氟蠲除置麻內T；是共n)1/3_。停留了多少時間。(分)由于平推流反應器內物料不發(fā)生返混，具有相同的體積為所以三者相等。恒容時的空時等于2、公法及其對應曲線?午0將流入系統(tǒng)（分）在某瞬間A且濃度為二的流體，（分）同時保持系（麝翼化。3、篡述翦墓一0在出口處測出出要使

14、反應速率盡可能保持然須隨轉化率的提高,（分）?F曲線為F（t）,斯裸螂時，“O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）而溫度的進步提高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。5、簡述氣-液反應的宏觀過程：A（g）+bB（I）T產物（I）?1）反應物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達到氣液相平衡；2）反應物氣相組分A從氣液相界面擴散入液相，并在液相內反應；3）液相內的反應產物向濃度下降方向擴散，氣相產物則向界面擴散；4）氣相產物向氣相主體擴散。6、簡述固定床反應器的優(yōu)缺點？1）催化劑在床層內不易磨損；

15、2）床層內流體的流動接近于平推流，與返混式反應器相比，用較少的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產能力；3）固定床中的傳熱較差；4）催化劑的更換必須停產進行。klA。時如何選擇操作溫度可以提高產物的收率？Ei / RTrR kweE2 Ei kw RTCA,所以，當 時R的選擇性，提高R的收率U。的氣速進入Umf通過，U。-Umf）則全部以氣泡的形式Lf,完全是由于氣泡4）反應完全在乳相中-液兩相 而把答：對于平行反應sk20e2k20應盡可能提高反應溫度，方可提高8、簡述氣固流化床反應器氣泡兩相模型的特點？1）以床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流動速度而其余部分以（通過；2）床層從流化

16、前的高度5增高到流化時的高度的體積所造成；3）氣泡相為向上的平推流，大小均一；進行；5）氣泡與乳相間的交換量Q為穿流量q與擴散量之和。9、簡述雙膜理論？該模型設想在氣流的相界面處存在著呈滯流狀態(tài)的氣膜和液膜，氣液兩相阻力集中在這兩個流體膜內，而假定氣相主體和液相主體內組成均不存在傳質阻力。組分是通過在氣膜和液膜內的穩(wěn)定的分子擴散過程來進行傳質的，通過氣膜傳遞到相界面的溶質組分瞬間的溶于液體且達到平衡。因此，把復雜的相間傳質過程模擬成串聯(lián)的穩(wěn)定的雙膜分子擴散過程的疊加，相間傳質總阻力等于傳質阻力的加和。10、簡述理想反應器的種類？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