化學反應工程期末復習題概論

化學反應工程期末復習題概論第1頁/共34頁4．反應器物料的停留時間分布曲線是通過物理示蹤法測定的，目前采用示蹤劑的主要輸入方式有階躍輸入法和脈沖輸入法。5.物料在反應器內停留時間是一個隨機過程，通常用二個函數(shù)及二個特征值予以描述；這二個函數(shù)分別是停留時間分布函數(shù)F(t)

和停留時間分布密度函數(shù)E(t)

，二個特征值則是平均停留時間

和停留時間分布的方差。第2頁/共34頁6.設E(θ)、F(θ)分別為某流動反應器的停留時間分布密度函數(shù)和停留時間分布函數(shù)，θ為對比時間。若反應器為PFR，則F(1)=1，E(1)=∞，F(xiàn)(0.5)=0，E(0.8)=0。7．氣固相催化反應的7個步驟、3個過程，其中三個過程分別是_外擴散、_內擴散和化學動力學_過程。8．固體催化劑由三部分組成，活性組分、助劑和載體。通常對活性組分的要求是具有_高的催化活性、選擇性和抗毒性。第3頁/共34頁9．若Wi是直徑為di的粒子所占的質量分數(shù)，則混合粒子的平均粒徑________。10．在流態(tài)化操作中，勾流和節(jié)涌是聚式流化床兩種常見的不正常操作情況。11按傳熱條件分類，反應器可分為等溫_反應器、絕熱反應器和非等溫非絕熱反應器。第4頁/共34頁12.動力學方程表現(xiàn)的是化學反應速率與反應物溫度、濃度之間的關系。而建立動力學方程常采用兩種方法，分別是積分法和微分法。13.在循環(huán)反應器中，當循環(huán)比β為0時，還原為平推流反應器；當循環(huán)比β→∞時，變?yōu)槿炝鞣磻?；?<β<∞時，反應器屬于非理想流動反應器。第5頁/共34頁14.影響固定床空隙率的因素有顆粒體積和床層體積。15.復合反應的瞬時選擇性是指在反應過程中某一瞬時生成目的產(chǎn)物消耗A的速率與在反應過程中同一瞬時A的消耗速率的比值。16．對比時間是指停留時間與空間時間的比值。17.．化學增強因子β的定義是，化學吸收時無化學反應條件下液膜厚度δL與有化學反應條件下液膜厚度δL'

的比值。第6頁/共34頁18.N個平推流反應器串聯(lián)操作，其總體積VR比一個具有體積為VR的單個平推流反應器所能獲得的轉化率____(大、小、相同）。19.對恒容、定常態(tài)流動的N個全混釜串聯(lián)操作系統(tǒng)，其總體積與單個全混釜體積均為VR，達到相同轉化率時前者所需的空間時間比后者___(大、小、相同）。20.對平推流或間歇反應器，平均選擇性與瞬時選擇性的關系式為__________；對全混流反應器，平均選擇性與瞬時選擇性的關系式為____。第7頁/共34頁21.當完全沒有返混時，當返混達到極大程度時，當返混介于二者之間時，即非理想流動時，介于__0_和__1_之間。22.活性中心指固體催化劑表面能夠與氣相分子發(fā)生反應的原子，覆蓋率的定義是被某一組分覆蓋的活性中心數(shù)與總的活性中心數(shù)的比值。23.壁效應是指靠近壁面處的空隙率比其它部位大，為減少壁效應的影響，要求床層直徑至少要大于顆粒直徑的8倍以上。01第8頁/共34頁24擬均相是指流動相和固定相結合，視為同一相，對于固定床反應器，一般有擬均相模型和非均相模型兩種，其中擬均相模型通常又分為三種，分別是一維擬均相平推流模型一維擬均相帶有軸向返混的模型和二維擬均相模型。25對于氣液反應，根據(jù)雙膜模型，慢反應主要在_____進行，快速反應主要在_____進行，中速反應主要在_____進行。第9頁/共34頁26.對于反應(目的產(chǎn)物)（付產(chǎn)物）已知：a1>a2,b1<b2,要使目的產(chǎn)物的產(chǎn)率盡可能高，若在間歇反應器中反應，應采用__________加料方式；若在多釜串聯(lián)全混流反應器中反應，應采用__________加料方式。27.對于氣液相反應中的漫反應，化學增強因子β=1，當八田準數(shù)γ>2時，β∞第10頁/共34頁28.反應物A的水溶液在等溫CSTR中進行二級反應，出口轉化率為0.4，現(xiàn)改在等體積PFR中進行，則出口轉化率為

。29.等溫下進行一級不可逆反應，為達到xA的轉化率，采用單個CSTR的體積與PFR的體積之比為

，進行二級不可逆反應，兩者體積之比為

。30.可逆放熱反應在不同轉化率下的最佳溫度不同，一般而言，轉化率越高，最佳溫度越

。31.在氣固相催化流化床反應器中，稀相段的作用是保證流化床內因因氣泡破裂而挾帶的固體顆粒重新回來濃相段。第11頁/共34頁二．簡答題1.轉化率、選擇性、產(chǎn)率的定義各是什么？三者的關系如何？2．何謂氣固相催化本征動力學？3．蘭格繆爾吸附模型、焦姆金吸附模型以及弗魯?shù)吕锵Ｎ侥Ｐ偷闹饕獏^(qū)別是什么？分別寫出各種模型活化能與覆蓋率的關系式。4.PFR和CSTR反應器進行物料料衡算時,為什么前者取體積微元考察,后者用整個反應器容積考察，分別寫出兩者的基本設計方程式。5.CSTR中進行一級不可逆均相放熱反應，請作圖分析給出全混釜的穩(wěn)定和不穩(wěn)定操作點，并指出全混釜的熱穩(wěn)定性的必要條件。第12頁/共34頁6．何謂催化劑的活性中心？在進行催化反應時，為什么催化劑具有高度選擇性、易中毒？7.簡述雙膜理論8.用模型法解決化學反應工程的步驟是什么?9.催化劑的性能主要包括哪些?對催化劑性能影響最大的物理性質主要有哪些?10.什么是平均選擇性？什么是瞬時選擇性？分別寫出對于PFR和CSTR兩類反應器平均選擇性與瞬時選擇性的關系式。第13頁/共34頁三．證明題

1.對于一個反應過程，第14頁/共34頁其中，KA、KR分別是組分A和R的吸附平衡常數(shù)，Ks是反應平衡常數(shù)，PA、PR分別是組分A和R的平衡分壓。第15頁/共34頁對于一個可逆反應過程，，如果存在兩種活性中心σ1、σ2，分別僅吸附A和B，試推導當化學反應為控制步驟時：其中:kR、kR'分別表示正、逆反應速率常數(shù)，KA、KB、KR、KS分別表示組分A、B、R、S的吸附平衡常數(shù)，PA、PB、PR、PS分別表示組分A、B、R、S的平衡分壓，要求寫出具體的推導過程。第16頁/共34頁3．對于等溫、恒容下的基元反應，

目的產(chǎn)物為P，設開始時各組分的濃度CA0，CP0=CS0=0，試證明當反應時間為時，P濃度最大；且P61-62第17頁/共34頁4.自催化反應(1)、（2）均為基元反應，試證：最大反應速率對應的反應物A的濃度CAoptP49-50第18頁/共34頁5.試證：對于可視為一維擬均相平推流模型的固定床反應器，有：U0、CA0

分別為組分A進入反應器時的流速、濃度，xA為組分A流過反應器的長度為l時，組分A的轉化率。εB：床層空隙率。第19頁/共34頁6.有一氣固相催化反應，試根據(jù)所給反應式和動力學方程，推斷反應機理和控制步驟，反應式：A+B=C；動力學方程：其中，k為反應速率常數(shù)，KA、KB、KC、PA、PB、PC分別為組分A、B、C的吸附平衡常數(shù)和平衡分壓，要求寫出具體的推導過程。第20頁/共34頁四、計算題

1.用醋酸與丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，反應式為：反應物配比為：A(mol):B(mol)=1:4.97，以少量硫酸為催化劑，反應在100℃下進行。以A為考察組分的動力學方程式為：(-rA)=kCA2，已知k=17.4L·kmoL-1·min-1,物料密度為750kg·m-3，且反應前后不變，每天生產(chǎn)2400kg醋酸丁酯（忽略分離損失），A的轉化率為50％時，第21頁/共34頁試計算：(1)當每批操作的輔助時間為30min，間歇反應器的有效容積；(2)活塞流反應器的有效容積；(3)全混流反應器的有效容積；(4)兩釜全混流串聯(lián)反應器，使第一釜中A的轉化率為32.3%，第二釜50%，反應器的總的有效容積。第22頁/共34頁第23頁/共34頁第24頁/共34頁2．A進行平行分解反應，其速率式為↗RrR=1kmol·m-3min-1

A→SrS=2cAkmol·m-3min-1

↘TrT=cAkmol·m-3min-1

其中R是所要求的目的產(chǎn)物，cA0=1kmol·m-3。試問在下述反應器進行等溫操作時，預計最大的cR為多少?(1)全混流反應器；(2)平推流反應器。第25頁/共34頁低濃度操作對生成目的產(chǎn)物R有利，對全混流反應器，可在極低的濃度下操作注：全混流反應器的平均選擇性等于其瞬時先擇性第26頁/共34頁3．用純水吸收CO、O2等氣體中少量的NH3，已知在操作溫度(10℃)下NH3的亨利系數(shù)HA=1.01kPa·L·mol-1；CO2，O2亨利系數(shù)HA=1.01×105kPa·L·mol-1。試求

假定NH3，CO，O2在水中即液相中傳質系數(shù)相等，且kAG=4.05×10-3mol·cm·kPa-1L-1s-1；kAL=0.01cm·s-1。試求：（1）氣膜和液膜阻力各為多少？（2）應采用哪種形式的速率式？（3）采用化學吸收是否都可用？為什么？第27頁/共34頁4．P69第15題第28頁/共34頁第29頁/共34頁5.均相氣相反應A→2R，其動力學方程為-rA=kcA，該過程在185℃，500kPa下在一平推流反應器中進行，其中k=10-2s-1，進料量FA0=30kmol/h，原料含50％惰性氣體，為使反應器出口轉化率達80％，該反應器體積應為多大?第30頁/共34頁6.平行液相反應A→PrP=1A→RrR=2cA

A→SrS=cA2

已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反應器中，cP最大為多少?(1)平推流反應器；(2)全混流反應器；(3)兩相同體積的全混流反應器串聯(lián)，cA1=1kmol·m-3。第31頁/共34頁7．在一直徑為2m，靜床高為0.2m的流化床中，以操作氣速u=0.3m·s-1的空氣進行流態(tài)化操作，已知數(shù)據(jù)如下：dp=80×10-6m，ρP=2200kg·m-3，ρ=2kg·m-3，μ=1.90×10-2mPa·s，εmf=0.5求床層的濃相段高度Lf

。已知：當2<Re<500時，逸出速度u

當1<Re<200時，第32頁/共34頁8.在填料塔中用濃度為0.25mol·L-1的甲胺水溶液來吸收氣體中的H2S，反應式如下：H2S+RNH2→HS-+RNH3+

(A)(B)(R)(S)反應可按瞬間不可逆反應處理，在20℃時的數(shù)據(jù)如下：F=3×10