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化学反应工程试题集及复习题


化学反应工程考试总结
一、填空题: 1. 所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指 质量传递、热量传递 和动量传递, “一反”是指 反应动力学 。

2. 各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升高有利于活化能 高 的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数 大 的反应的选择性。

3. 测定非理

想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为 脉冲示踪法 和 阶跃示踪法 。 4. 在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法 和 微分法 。 5. 多级混合模型的唯一模型参数为 串联的全混区的个数 N 型参数为 Pe(或 Ez / uL) 。 ,轴向扩散模型的唯一模

6. 工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 活性、选择性 和 稳定性。 7. 平推流反应器的 E 函数表达式为
?? ,t ? t ? E (t ) ? ? ? 0, t ? t ?
2

,其无因次方差 ? ? =
2

0

,而全混流反应器的无因次方差 ? ? =

1 。 2 级反应。 。

8. 某反应速率常数的单位为 m3 / (mol? hr ),该反应为 9. 对于反应 A ? 2 B
? 2R

, 各物质反应速率之间的关系为 (-rA): B): R = 1: 2 (-r r 2: 平推流

10. 平推流反应器和全混流反应器中 应。

更适合于目的产物是中间产物的串联反

11. 某反应的计量方程为 A ? R ? S ,则其反应速率表达式

不能确定



12. 物质 A 按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解, 67℃ 时转化 50% 需要 30 min, 而 在 在 80 ℃时达到同样的转化率仅需 20 秒,该反应的活化能为 mol ) 。 不可能 (可能/不可能)大于 3。 反应器 ; 等于 3.46×105 (J /

13. 反应级数

14. 对于单一反应,在相同的处理量和最终转化率条件下,选择反应器时主要考虑 的大小 ;而对于复合反应,选择反应器时主要考虑的则是 目的产物的收率 15. 完全混合反应器(全混流反应器)内物料的温度和浓度 (大于/小于/等于)反应器出口物料的温度和浓度。 均一 ,并且

16. 下图是某连串反应在各转化率下的产物浓度分布曲线,那么当转化率达 70% 时,中间 产物 R 的化学反应工程定义总收率为 64% ,按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性 。

的定义,在该转化率条件下的收率是 45% ,选择性是 64%
1.0 A 0.8 R S

0.6 C/C A0 0.4

0.2

0

0.2

0.4 XA

0.6

0.8

1.0

I.填空题 1.(1)化学反应工程是一门研究______________的科学。 1.(1) 化学反应的工程问题
? ?

2.(1)化学反应速率式为 ? 率常数 K P ,则 2.(1)
( RT )
(? ? ? )

rA ? K C C A C B

,如用浓度表示的速率常数为

K

C

,用压力表示的速

K

C

=_______ K P 。

P (主 ) A

3.(2)平行反应

S (副 )

均为一级不可逆反应, 若

E主



E副

, 选择性Sp与_______无关,

仅是_______的函数。 3.(2) 浓度、温度 4.(1) 对于反应级数n>0的反应,为降低反应器容积,应选用_______反应器为宜。 4.(1) 平推流 5.(3) 对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 5.(3)

平均停留时间、反应时间、空时 6.(1) 若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合,这种流体称为_______。 6.(1) 微观流体 7.(2) 流体的混合程度常用_______、_______来描述。 7.(2) 调匀度S、流体的混合态 8.(2) 催化剂在使用过程中,可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活, 也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 8.(2) 物理、化学 9.(1) 对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约_______时,分子与孔壁的碰撞为 扩散阻力的主要因素。 9.(1) 0.1um 10.(1) 绝热床反应器由于没有径向床壁传热, 一般可以当作平推流处理, 只考虑流体流动方向上有 温度和浓度的变化,因此一般可用_______模型来计算。 10.(1) 拟均相一维 11.(1) 对于可逆的放热反应,存在着使反应速率最大的最优温度 为______________。 11.(1)
T eq ? T opt T eq ? T opt ? R E 2 ? E1 ln E2 E1
T opt

和平衡温度

T eq

,二者的关系

12.(1) 描述流化床的气泡两相模型,以 速度
U
mf

U

0

的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始流化

通过,而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。

12.(1)
U
0

?U

mf

13.(2) 描述流化床的数学模型,对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流,而对 _______相则有种种不同的流型。 13.(2)

气、乳 14.(1) 多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 14.(1) 两个或更多 二、填空题 1、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题 的科学。 2、化学反应速率式为 ? 常数 K P ,则
K
C

rA ? K C C A C B

?

?

,如用浓度表示的速率常数为

K

C

,用压力表示的速率

= ( RT )

(? ? ? )

K

P



P (主 ) A

3、平行反应

S (副 )

均为一级不可逆反应,若

E主



E副

,选择性Sp与浓度无关,仅

是温度的函数。 4、对于反应级数n>0的反应,为降低反应器容积,应选用平推流反应器为宜。 5、对于恒容的平推流管式反应器平均停留时间、反应时间、空时 一致。 6、若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合,这种流体称为_微观流体_。 7、流体的混合程度常用调匀度S、流体的混合态来描述。 8、催化剂在使用过程中,可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_物理失活, 也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_化学_失活。 9、对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约_0.1um _时,分子与孔壁的碰 撞为扩散阻力的主要因素。 10、绝热床反应器由于没有径向床壁传热,一般可以当作平推流处理,只考虑流体流动方向 上有温度和浓度的变化,因此一般可用拟均相一维模型来计算。 11、对于可逆的放热反应,存在着使反应速率最大的最优温度
T eq ? T opt ? R E 2 ? E1 ln E2 E1
U
T opt

和平衡温度

T eq

,二者的

关系为___

T eq ? T opt

___________。
0

12、描述流化床的气泡两相模型,以 流化速度
U
mf

的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始
mf

通过,而其余部分

U

0

?U

则全部以气泡的形式通过。

13、 描述流化床的数学模型, 对于气、 乳两相的流动模式一般认为_气_相为平推流, 而对___ 乳__相则有种种不同的流型。 14、多相反应过程是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程。 15、三传一反是化学反应工程的基础。 16、不论是设计、放大或控制,都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达 个参数间的关系,简称_数学模型_。 17 、 一 级 连 串 反 应 A
K1 K2

P

S

在平推流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度

C P , m ax ?

_______、

t opt

? k1 ? ? ? ? ? ? k2 ? ______。 ?

[ k 2 /( k 2 ? k 1 )]

ln( k 2 / k 1 )



k 2 ? k1



?

K

?

nK0 ? nK nK0

18、着眼反应组分K的转化率的定义式为_ 19、一级连串反应 A
K1 K2

_。

P

S

在间歇式全混流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度
ln( k 2 / k 1 )

C P , m ax ?

_______、

t opt

? k1 ? ? ? ? ? ? ? k2 ? ______。

[ k 2 /( k 2 ? k 1 )]



k 2 ? k1



20、化学反应速率式为 ? 常数 K P ,则
K
C

rA ? K C C A C B

?

?

,如用浓度表示的速率常数为

KC

,用压力表示的速率

=_______ K P 。

21、理想反应器是指全混流反应器、平推流反应器。 22、具有良好搅拌装置的釜式反应器按全混流反应器处理,而管径小,管子较长和流速较大 的管式反应器按平推流反应器处理。
dQ
r

23、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、, 24、平推流反应器的返混为____0___。 二.单项选择 1.(2) 一级连串反应A → P → S在全混流釜式反应器中进行, 使目的产物P浓度最大时的最优空时
dT dT

QG ? Qr

?

dQ

G

?

opt

?

_______。
2

ln( K

/ K1)

ln( K 1 / K 2 )

ln( K 2 / K 1 )

1

A.

K

2

? K1

B.

K

2

? K1

C.

K 1K 2

D.

K 1K

2

1.(2) D 2.(2) 全混流反应器的容积效率η 小于1.0时,且随着 ? A 的增大而减小,此时该反应的反应级数 n_______。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 2.(2) D 3.(2) 当反应级数n_______时,微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. >1 D. <1 3.(2) D

4.(2) 轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 4.(2) C 5.(2) 对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应, 为提高反应速率, 应选用_______装置。 A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 5.(2) C 6.(2)
? d? dt ? kdCi ?
m d

催化剂在使用过程中会逐渐失活, 其失活速率式为

, 当平行失活对反应物

有强内扩散阻力时,d为_______。 A. ≈0 B. =1 C. →3 D. ≈1 6.(2) C 7.(2) 不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。 A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 7.(2) A 8.(2) 不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。 A. 粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 8.(2) A 9.(2) 下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点_______。 A. 各参数均为恒值 B. 参数值不随床高而变 C. 参数值与气泡大小无关 D. 参数值与气泡大小有关 9.(2) C 10.(2) 流化床反应器中的操作气速 内。 A. 0.1~0.4 10.(2) B
U
0

是根据具体情况定的,一般取流化数 C. 10~15

U

0

U

mf

在_______范围

B. 1.5~10

D. 0.4~1.5

1、气相反应 C O 则膨胀因子 A. -2
?
CO

+ 3H 2

C H 4 + H 2O

进料时无惰性气体, CO 与 H 2 以1∶2摩尔比进料,

=__A_。 B. -1
K1 K2

C. 1

D. 2

2、一级连串反应 A
C P , m ax ?

P

S 在间歇式反应器中,则目的产物P的最大浓度

___A____。
K1 K2
K2 K 2 ? K1

C A0 (

)

C

K

A0 1/ 2

A.

B.

[( K

2

/ K1)

? 1]

2

C.

C A0 (

K

2

2

)

K

2

? K1

C

A0 1/ 2

K1

D.

[( K 1 / K 2 )

? 1]

2

3、串联反应A → P(目的)→R + S,目的产物P与副产物S的选择性 S P =__C_。
nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0

A.

n A0 ? n A

B.

n A0

C.

nS ? nS0

D.

nR ? nR0

4、全混流反应器的容积效率η =1.0时,该反应的反应级数n___B__。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0
P (主 ) A

5、对于单一反应组分的平行反应

S (副 )

,其瞬间收率 ? P 随 C A 增大而单调下

降,则最适合的反应器为____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n>0的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7、一级不可逆液相反应 A 操作时间
3

2R



C

A0

? 2 . 30 kmol / m

3

, 出口转化率 x A ? 0 . 7 ,每批

t ? t 0 ? 2 . 06 h

,装置的生产能力为50000 kg产物R/天, M R =60,则反应器的体积V

为_C_ m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4

C ? 1 mol / l 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B,? r A ? 0 . 01 C A mol / l ? s ,当 A 0 时,

求反应至 C A

? 0 . 01 mol / l

所需时间t=____B___秒。

A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S在全混流釜式反应器中进行,使目的产物P浓度最大时的最优 空时
?
opt

?

_____D__。

ln( K

2

/ K1)

ln( K 1 / K 2 )

ln( K 2 / K 1 )

1

A.

K

2

? K1

B.

K

2

? K1

C.

K 1K 2

D.

K 1K

2

10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间

t0

不包括下列哪一项____B___。

A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间 11、 一级连串反应A → P → S在全混流釜式反应器中进行, 使目的产物P浓度最大时的最优 空时
?
opt

?

__D_____。
ln( K 1 / K 2 )
ln( K 2 / K 1 )
1

ln( K

2

/ K1)

A.

K

2

? K1

B.

K

2

? K1

C.

K 1K 2

D.

K 1K

2

12、全混流反应器的容积效率η 小于1.0时,且随着 ? A 的增大而减小,此时该反应的反应 级数n_D_。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 13、当反应级数n_D_时,微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. >1 D. <1 14、轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与___C__无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 15、 对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应, 为提高反应速率, 应选用___C____ 装置。 A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜
? d? dt ? kdCi ?
m d

16、催化剂在使用过程中会逐渐失活,其失活速率式为

,当平行失活对反

应物有强内扩散阻力时,d为__C__。 A. ≈0 B. =1 C. →3 D. ≈1 17、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__A__。 A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 18、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__A__。 A. 粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 19、下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点__C__。 A. 各参数均为恒值 B. 参数值不随床高而变 C. 参数值与气泡大小无关 D. 参数值与气泡大小有关 20、流化床反应器中的操作气速 围内。 A. 0.1~0.4 三、多项选择题: 1.关于理想的间歇式反应器、平推流反应器和全混流反应器,下列描述正确的是 A, C, D
U
0

是根据具体情况定的,一般取流化数 C. 10~15

U

0

U

mf

在__B__范

B. 1.5~10

D. 0.4~1.5

A. 三者同为理想反应器,但理想的内涵是不同的; B. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是一样的,都是反应器内温度和 组成处处相同; C. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的,虽然都是反应器内 温度和组成处处相同,但前者随着时间的变化温度和组成可能都发生变化,而后者 则不随时间变化; D. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器,前者的返混为零,后者为无穷大 2. 关于积分法和微分法,认识正确的是 A, B A. 积分法和微分法是两种求取动力学参数的数据处理方法,前者对数据的精度要求比 后者低; B. 积分法不能处理动力学较为复杂的(反应物和产物不止一种、正反应和逆反应的反 应级数不同)可逆反应; C. 积分法得到的动力学参数比微分法可靠 3. 对于一级恒容和一级变容不可逆反应,下面叙述正确的是 C A. 在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应,反应的转化率是一样的; B. 在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应,反应的转化率是一样的; C. 在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应,反应的转化率是一样的; D. 在同一平推流反应器或间歇式反应器内、在同样条件下进行反应,反应的转化率是 一样的 4. 对于瞬时收率和总收率,下列正确的判断是 A, C A. 对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率相等; B. 对于平推流反应器,反应的瞬时收率与总收率相等; C. 对于平推流反应器,反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系; D. 对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系; 5. 气相变容反应 A ? 2 B ? 2 C ,原料中混入了一定量的惰性气体(惰性气体与 A 和 B 的 转化率为零时的初始总摩尔数比为 1:1,A 与 B 的比例为计量比) ,则膨胀率 ? A 为 A. -0.5;B. -1/3;C. -1/6;D. -5/6 6. 纯气体 A (浓度 2 mol / L,摩尔流率 100 mol / min) 在平推流反应器里分解生成一系列 产物,其动力学为: A ? 2 . 5 products , ? r A ? (10 min
?1

C

) C A ,在一个 9.8 L 的反应器

里进行反应所能达到的转化率为 A A. 70%;B. 80%;C. 90%;D. 100% 7. 关于 E 函数和 F 函数,下面正确的是 B, C, D A. F(t)= E(t);B. F ( t ) ?

?

t

E ( t ) dt ;C. E ( t ) ? dF ( t ) / dt ;D. F ( ? ) ?

0

?

?

E ( t ) dt ? 1

0

8. 轴向分散系数与扩散系数,下面论述正确的是 B, C, D A. 两者实质上是相同的,都符合 Fick 定律; B. 两者实质上是不同的,轴向分散系数的定义实际上是借用了 Fick 定律的形式; C. 轴向分散系数是与流动有关系的; D. 扩散系数是物质本身的一种属性 9. 宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式,流体的凝集态不同,对反应结果一 般有明显的影响,但对于 A, B 是例外。 A. 一级不可逆反应; B. 在平推流反应器内进行反应; C. 在全混流反应器内进行反应; D. 零级反应 10. 对于一个气固相催化反应,减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是 A

A. 提高反应器内气体的流速,减小催化剂颗粒的直径; B. 降低反应器内气体的流速,减小催化剂颗粒的直径; C. 降低反应器内气体的流速,增大催化剂颗粒的直径; D. 增加催化剂颗粒的直径,提高反应器内气体的流速 11. 关于基元反应的认识,正确的是 A, B

A. 分子数是针对基元反应的概念; B. 基元反应的计量系数与对应物种的反应级数之间存在一一对应关系; C. 基元反应 A ? R 和 2 A ? 2 R 意义是一样的; D. 有的基元反应的总反应级数可能是小数 12. 对于一个均相变容反应,针对反应物 A 的反应速率,下面表述正确的是 B,D
d( x
A A

A. ? r A ? ?

dC dt

A

;B. ? r A ?

C

A0 A

1? ?Ax

?

dx dt

A

;C. ? r A ? C A 0

1? ?Ax dt

)



D. ? r A ? ?

1 V

?

dN dt

A

13.

对于平行反应

1 1 A ? ? ? 1? R ? 2 2 A ? ? ?2? S ?

k ,E , n

,活化能 E1< E2,反应级数 n1< n2,如果目的产物是

k ,E ,n

R 的话,我们应该在 D 条件下操作。 A. 高温、反应物 A 高浓度; C. 低温、反应物 A 高浓度; 14. B. 高温、反应物 A 低浓度; D. 低温、反应物 A 低浓度

对于化学反应的认识,下面正确的是 B, D

A. 化学反应的转化率、目的产物的收率仅与化学反应本身和使用的催化剂有关系; B. 化学反应的转化率、目的产物的收率不仅与化学反应本身和使用的催化剂有关,而 且还与反应器内流体的流动方式有关; C. 反应器仅仅是化学反应进行的场所,与反应目的产物的选择性无关; D. 反应器的类型可能直接影响到一个化学反应的产物分布 15. 对于一个串联反应,目的产物是中间产物,适宜的反应器是 B

A. 全混流反应器; B. 平推流反应器; C. 循环反应器; D. 平推流与全混流串联在一起的反应器 16. 关于非理想流动与停留时间分布,论述正确的是 A, C

A. 一种流动必然对应着一种停留时间分布; B. 一种停留时间分布必然对应着一种流动; C. 一种停留时间分布可能对应着多种流动; D. 流动与停留时间分布存在一一对应关系 17.
E (t) ? 1 t e
?t / t

是 B

A. 平推流的 E 函数;B. 全混流的 E 函数;C. 平推流串联全混流的 E 函数; D. 全混流串联平推流的 E 函数 18. 对于轴向分散模型, 选择不同的边界条件, 计算公式和结果都有所不同, 这说明 D

A. 边界条件是人为设定的,是为了便于有关公式的推导; B. 边界条件可以自由选取;

C. 边界条件决定于操作条件和反应装置的本身; D. 边界条件不同,直接影响到反应器内的流动和反应。 19. 对于一个气固相催化反应过程,下列属于动力学因素的是 C, D

A. 气膜扩散; B. 孔内扩散; C. 反应物的吸附和产物的脱附; D. 表面反应 20. Langmuir 吸附模型的四个假定:均匀表面、单层吸附、吸附机理相同和无相互作

用这几点应该说是非常苛刻的,实际情况很难满足上述要求。然而,对于多数的化学反 应,应用这几点假定进行有关的推导,结果一般是可以接受的,其主要原因在于 A A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低; B. 实际的催化剂表面一般很平整; C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远; D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限 21. 关于指前因子和活化能描述正确的是 B

A. 指前因子理论上与温度无关,活化能的取值永远都是正的,活化能大、温度低,反 应速率对温度的变化更敏感; B. 指前因子理论上与温度有关,但与指数项相比其随温度的变化可以忽略,活化能的 取值永远都是正的,活化能大、温度低,反应速率对温度的变化更敏感; C. 指前因子理论上与温度有关,活化能的取值不可能永远都是正的,活化能小、温度 高,反应速率对温度的变化更敏感; 22. 对于一级不可逆反应 A ?? ? R ?? ? S ,产物 R 的最大浓度通常 C
k1 k2

A. 只与速率常数的大小有关; B. 只与反应温度有关; C. 与 A 的初始浓度和速率常数的大小有关; D. 只与 A 的初始浓度有关 23. 测定停留时间分布常用的方法有脉冲示踪法和阶跃示踪法, 关于这两种方法, 下列

描述正确的是 A,B,D A. 这两种方法都是物理示踪法;

B. 根据脉冲示踪法得到的实验数据,可以直接得到 E 函数; C. 根据阶跃示踪法得到的实验数据,可以直接得到 E 函数; D. 根据阶跃示踪法得到的实验数据,可以直接得到 F 函数 四、计算题

第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。 (化学反应的工程问题) 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以_______作为研究对象,又以_______为研究对象的 学科体系。 (化学反应、工程问题) 3. _______是化学反应工程的基础。 三传一反) ( 4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。 (分批式操作、连续式操作、半分批式) 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。 (传质、传热、动量传递) 6. 不论是设计、放大或控制,都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称 _______。 (数学模型) 7. 在建立数学模型时,根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。 (累积量=输入量-输出量) 8.“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指_______。 (D) A.化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。 (A) A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学 1. 均相反应是指_。 (参与反应的物质均处于同一相)
p

2. a A + b B

p P + sS

a 对于反应,则 r P ? _______ ( ? r A ) 。 ( )

?

nK0 3.着眼反应组分 K 的转化率的定义式为_______。 ( ) 4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时,这种反应称为_______,否则称为_______。 (等分子反应、非等分子 反应)
? ? 5. 化学反应速率式为 ? r A ? K C C A C B ,用浓度表示的速率常数为 K C ,假定符合理想气体状态方程,如用压力表

K

?

nK0 ? nK

示的速率常数 K P ,则 K C =_______ K P 。 (

( RT )

(? ? ? )


K
f

6. 化学反应的总级数为 n,如用浓度表示的速率常数为 K C ,用逸度表示的速率常数 ( ( RT ) )
n

,则 K C =_______

K

f



K 7. 化 学 反 应 的 总 级 数 为 n , 如 用 浓 度 表 示 的 速 率 常 数 为 K C , 用 气 体 摩 尔 分 率 表 示 的 速 率 常 数
n

y

,则

? RT ? ? ? ? ? K y KC ? p ? ) =_______ 。 ( 8.在构成反应机理的诸个基元反应中,如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多,他的反应速率即代表 整个反应的速率,其他基元反应可视为处于_______。 (拟平衡常态) 9.当构成反应机理的诸个基元反应的速率具有相同的数量级时,既不存在速率控制步骤时,可假定所有各步基元反 应都处于_______。 (拟定常态) 10. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。 (反应速率) 11. 一个可逆的均相化学反应,如果正、逆两向反应级数为未知时,采用______________法来求反应级数。 (初始 速率法) 12.生成主产物的反应称为_______,其它的均为_______。 (主反应、副反应)
P (主 ) A

13. 平行反应 数。 (浓度、温度) 14. 如果平行反应 高温度)
K1

S (副 )

均为一级不可逆反应,若 E 主 > E 副 ,选择性 Sp 与_______无关,仅是_______的函

A ? P (主 ) A ? S (副 )

均为一级不可逆反应,若

E主



E副

,提高选择性

SP

应____

_。(提

K2

15. 一级连串反应 A

P
C
A0 1/ 2

S 在全混流釜式反应器中,则目的产物 P 的最大浓度 C P , m ax ? ______、
1

?

opt

?

______。 [( K 2 / K 1 ) (
K1

? 1]

2


K2

K 1K

2



16. 一级连串反应 A

P

S 在平推流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度 C P , m ax ? _______、

t opt

? k1 ? ? ? ? ? ? k2 ? ______。 ? (

[ k 2 /( k 2 ? k 1 )]

ln( k 2 / k 1 )


K1

k 2 ? k1
K2


S 在间歇式全混流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度

17. 一 级 连 串 反 应 A

P

C P ,m

a x

?

_______、

t opt

? k1 ? ? ? ? ? ? ? k2 ? ______。 (
K1 K2

[ k 2 /( k 2 ? k 1 )]

ln( k 2 / k 1 )



k 2 ? k1



P S 在平推流反应器中, 18. 一级连串反应 A 为提高目的产物 P 的收率, 应______ 低) 19.链反应的三个阶段为_______、_______、_______。 (链的引发、链的传播、链的终止) 20.下列属于均相反应的是_______。 (B) A. 煤炭燃烧 B. 氢气燃烧 C. 离子交换 D. 加氢裂解 21.下列属于均相反应的是_______。 (A) A. 乙酸乙酯水解 B. CuO 的还原 C. 加氢脱硫 D. 电石水解 22.下列属于均相反应的是_______。 (C) A. 催化重整 B. 催化裂解 C. HCl 与 NaOH 的中和 D. 水泥制造 23.下列属于非均相反应的是_______。 (D) A. 乙酸乙酯水解 B. 氢气燃烧 C. HCl 与 NaOH 的中和 D. 催化裂解 24.下列属于非均相反应的是_______。 (B) A. 乙酸和乙醇的酯化 B. 加氢脱硫 C. 氢气燃烧 D. 烃类气相裂解

k 2 / k1

。 (降

25.化学反应 A. CO 26.化学反应 A. NO

CO ? 3 H

2

? CH H
2

4

? H 2O

,其中化学反应计量系数为-1 的是哪种物质______。 (A) C.

B.

CH

4

D.

H 2O

2 NO ? 2 H

2

? N H
2

2

? 2 H 2O

,其中化学反应计量系数为+2 的是哪种物质______。 (D) C.

B.

N

2

D.

H 2O

27.对于一非恒容均相化学反应 α A A
? rA ? ? dn
A

αBB

,反应组分 A 的化学反应速率 ? r A ? _______。 (A)
? rA ? ? dC dt
A

A.

Vdt

B.

? rA ? ?

dn

B

Vdt

C.
αBB

D.

? rA ? ?

dC dt

B

28.对于一非恒容均相化学反应 α A A
rB ? dn
A

,反应产物 B 的化学反应速率 r B ? _______。 (B)
rB ? dC dt
A

A.

Vdt

B.

rB ?

dn

B

rB ?
D.

dC dt

B

Vdt

C.

29.对于反应 a A + b B
p

p P + sS

,则 r P ? _______ ( ? r A ) 。 (A)
a |a |

p

A. | a | 30.对于反应 a A + b B
b

B. a
p P + sS

C. p

D.

p

,则 r P ? _______ ( ? r B ) 。 (C)
p
|b |

p

A.

p

B. b

C. | b |

D.

p

31.气相反应 4A + B → 3R + S 进料时无惰性气体,A 与 B 以 3∶1 的摩尔比进料,则膨胀因子 ? A =_______。 (C) A. 1/4 B. 2/3 C. –1/4 D. –2/3 32.气相反应 A + B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与 B 以 1∶1 摩尔比进料,则膨胀因子 A. –2 B. –1 C. 1 D. 2

?

A

=_______。 (D) =_______。 (C) =_______。 (D)

33.气相反应 2A + B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与 B 以 2∶1 摩尔比进料,则膨胀因子 ? A. –1 B. –1/2 C. 1/2 D. 1 34.气相反应 2A + B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与 B 以 3∶2 摩尔比进料,则膨胀因子 ? A. –1 B. 1/3 C. 2/3 D. 1

A

B

35.气相反应 C O + 3 H 2 =_______。 (A) A. –2
CO

C H 4 + H 2O

进料时无惰性气体, CO 与 C. 1 D. 2

H

2

以 1∶2 摩尔比进料,则膨胀因子

?

B. -1

36.气相反应 2 N O + H 2
? 子 NO =_______。 (B) A. –1 B. –1/2

N 2 + H 2O 2

进料时无惰性气体, NO 与 D. 1

H

2

以 1∶2 摩尔比进料,则膨胀因

C. 1/2
2N H 3

37. 气 相 反 应
?
H
2

N 2 + 3H 2

进料时无惰性气体,

N

2



H

2

以 2∶3 摩尔比进料,则膨胀因子

=_______。 (B) A. –1 38.化学反应速率式为
KC

B. –2/3
? rA ? K C C A C B
? ?

C. 2/3

D. 1
KC

,如用浓度表示的速率常数为
(? ? ? )

,用压力表示的速率常数为 K
?? ? ?

P

,则

=_______
( RT )

K

P

。 (B) B. ( RT )
(? ? ? )

? (? ? ? )

A.

C. ( RT )
?

D. ( RT )
KC

39. 化学反应速率式为
K
P

? rA ? K C C A C B

?

,如用浓度表示的速率常数为
(? ? ? )

,用压力表示的速率常数为 K
? (? ? ? )

P

,则

=_______
?? ? ?

K

C

。 (D) B. ( RT ) B. 1
?1
(? ? ? )

A. ( RT )

C. ( RT )
H2

D. ( RT )

40.反应 C 4 H 1 0 A. 0

2 C 2H 4

+

, k ? 2 .0 s C. 2

?1

,则反应级数 n=_______。 (B) D. 3

41.反应 A + B → C,已知 k ? 0 . 15 s A. 0 B. 1

,则反应级数 n=_______。 (B) C. 2 D. 3

42.反应 3A → P,已知 k ? 0 . 15 mol / l ? s ,则反应级数 n=_______。 (A) A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 43. 反 应 C H 3 C O O H + C H 3 C H 2 O H n=_______。 (C) A. 0 B. 1 44.反应 A. 0
N 2 + 3H 2 2N H 3
C H 3C O O C 2H 5 + H 2O

, 已 知 k ? 2 . 3 l ? s / mol , 则 反 应 级 数 D. 3

C. 2

B. 1

,已知 k ? 0 . 81 l ? s / mol ,则反应级数 n=_______。 (C) C. 2 D. 3

45.反应 N aO H + H C l A. 0 B. 1

N aC l + H 2 O ,已知 k

? 0 . 1l ? s / mol ,则反应级数 n=_______。 (C) C. 2 D. 3

46.反应 A + B → C,已知 k ? 0 . 45 mol / l ? s ,则反应级数 n=_______。 (A) A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 47.下列属于平行反应的是_______。 (C)
P (主 )

A. A + B → P

?A ? B ? P ? P ? B ? R B. ?

A

C.

S (副 )

D.A + B → P = R + S

48.串联反应 A → P(目的)→R + S,目的产物 P 的得率 X
nP ? nP0

P

=_______。 (B)

nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0
D.

A.

n A0 ? n A

B.

n A0

C.

nS ? nS0

nR ? nR0

49.串联反应 A → P(目的)→R + S,目的产物 P 与副产物 S 的选择性 S P =_______。 (C)
nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0
D.

A.

n A0 ? n A

B.

n A0

C.

nS ? nS0
P

nR ? nR0

50.串联反应 A → P(目的)→R + S,目的产物 P 的总收率 ?

=_______。 (A)

nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0
D.

A.

n A0 ? n A

B.

n A0
P (主 )

C.

nS ? nS0

nR ? nR0

A

51.如果平行反应 A. 提高浓度

S (副 )

B. 提高温度

均为一级不可逆反应,若 C. 降低浓度

E主



,提高选择性 S P 应_______。 (B) D. 降低温度

E副

P (主 ) A

52. 如果平行反应 A. 提高浓度

S (副 )

B. 降低浓度

均为一级不可逆反应,若 C. 提高温度

E主

> 副 ,提高收率 ? P 应_______。 (C) D. 降低温度
E
?
opt

53.一级连串反应 A → P → S 在全混流釜式反应器中进行,使目的产物 P 浓度最大时的最优空时 (D)
ln( K
2

?

_______。

/ K1)

ln( K 1 / K 2 )

ln( K 2 / K 1 )

1

A.

K

2

? K1

B.
K1

K
P

2

? K1
K2

C.

K 1K 2

D.

K 1K

2

54.一级连串反应 A (B)
C A0 ( K1 K2
K2

S 在全混流釜式反应器中,则目的产物
K

P 的最大浓度
C

C P , m ax ?

_______。

)

K 2 ? K1

C

A0 1/ 2

A.

B.
K1

[( K
P

2

/ K1)
K2

? 1]

2

C

A0

(

K

2

2

)

K

2

? K1

A0 1/ 2

C.

K1

D.

[( K 1 / K 2 )

? 1]

2

55.一级连串反应 A
C A0 ( K1 K2
K2

S 在间歇式反应器中,则目的产物

P 的最大浓度
C

C P , m ax ?

_______。 (A)

)

K 2 ? K1

C

K

A0 1/ 2

A.

B.
K1

[( K

2

/ K1)

? 1]

2

C

A0

(

K

2

2

)

K

2

? K1

A0 1/ 2

C.

K1

D.

[( K 1 / K 2 )

? 1]

2

K2

56. 一级连串反应 A (A)
C A0 ( K1 K2
K2

P

S 在平推流管式反应器中,则目的产物
K

P 的最大浓度
C

C P , m ax ?

_______。

)

K 2 ? K1

C

A0 1/ 2

A.

B.

[( K

2

/ K1)

? 1]

2

C

( A0

K

2

2

)

K

2

? K1

A0 1/ 2

C.

K1

D.

[( K 1 / K 2 )

? 1]

2

57.一级连串反应 A → P → S 在间歇式反应器中进行,使目的产物 P 浓度最大时的反应时间
1

t opt ?

_______。 (D)

ln( K 1 / K 2 )
2

ln( K 2 / K 1 )

ln( K

2

/ K1)

A.

K 1K

B.

K

2

? K1

C.

K 1K 2

D.

K

2

? K1

58. 一级连串反应 A → P → S 在平推流管式反应器中进行,使目的产物 P 浓度最大时的反应时间 (C)
1 K K

t opt ?

_______。

ln( K 1 / K 2 )

ln( K

2

/ K1)

ln( K 2 / K 1 ) K K

1 2 1 2 A. B. K 2 ? K 1 C. K 2 ? K 1 D. 59.下列反应没有涉及到链反应的是_______。 (B) A. 石油裂解 B. 酯化反应 C. 烃类氧化 D. 聚合反应 60.简述均相反应及其动力学的研究内容? 答:参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、 催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响,并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关 系的速率方程。 61.简述链锁反应所具有的基本特征? 答:1)链反应具有三个阶段:链的引发、链的传播和链的终止; 2)链的引发和传播均需要通过游离原子或游离基; 3)游离原子和游离基均具有较高活性,容易受器壁或其它惰性物的作用而重新生成稳定的分子,从而使链反 应终止。

62. 反应 2NO 机理。

+ 2H2 =
2 NO ? H

N2

+
k

2H2O,实验测得速率方程为:
? H 2O 2

?

N2

? kC

2 NO

CH

2

。试设定能满足实验结果的反应

解:机理(1) :

2

? 1? N ?
k2 2

2

(慢) (快)

① ②

H 2O 2 ? H

?? ? 2 H 2 O
2
2

?

N2

? ? 1 ? k 1 C NO C H

所以与实验结果相同 机理(2) :

2 NO ? N 2 O 2
N 2O 2 ? H
2

(快速)③
k5

?? ? N 2 ? H 2 O 2

(慢速)④ (快) ⑤

H 2O 2 ? H

2

? ? 2 H 2O ?

k6

③达拟平衡态,④为速控步骤

?

N2

? ?

5

? k 5C N
? k 3 C NO
2

2O 2

CH

2

C

由③得

k 4C N

N 2O 2

?

k3 k4

C

2 NO

2O 2

CH 2 k4 代入 此机理与实验结果相同,选机理(2) ,因其无叁分子反应,而机理(1)是。
N
2

?

?

k5k3

C

2

NO

C

H

? kC

2

2

NO

63. 由 A 和 B 进行均相二级不可逆反应 ?

A

A+ ?

B

B = ?

S

S,速率方程:

??

?
A

dC dt

A

?

=

kC A C

B



C
求: (1)当

A0

C B0 C
A0

?

?

A

?

B

时的积分式

(2)当

C B0

? ? AB ? C
A0

?

A

?
?

B

时的积分式
A

C

解: (1)CA 与 CB 之比保持恒定

C B0
B

CB

?

?

A

?

B

所以

CB ?

C A?

?

A

kt ?

?

C

A0

dC

A B

C

A

C AC

kt ?

?

C

A0

dC

A 2 A

C

A

? ?

? k t ?
'

?

C

A0

dC C

A 2 A

B A

C

A

C
1

k

'

?

? ?

B A

k

k t ?
'

?
A

1 C
A0

积分得

C
'

k t ?

1 C
A0

(

?

A A

写成转化率时 (2)
C
A

1? ?

)

? C

A0

(1 ? ?

A

)

C

B

? C

B0

(1 ?

? ?

A B

C C

A0 B0

? A ) ? C B 0 (1 ? ? 1 ? A )

?1 ?
式中:

? ?

B A

C C

A0 B0

?

? ?

B A

? AB

(1 ? ? 1 ) C B 0 积分得 64.反应 A → B 为 n 级不可逆反应。已知在 300K 时要使 A 的转化率达到 20%需 12.6 分钟,而在 340K 时达到同样的 转化率仅需 3.20 分钟,求该反应的活化能 E。
解:
? rA ? ?
?

kt ?

1

?1 ? ? 1 ? A ? ln ? ? ? 1? ?A ?

dC dt
A

A

? kC
t

n A

?

C

A

dC
n

?

C

A0

CA

?

dt t

0

1 ? 1 1 ? ? kt ? n ?1 ? n ?1 ? n ? 1 ?C A C A0 ? 即

达 20%时,
k ? 1

C

A

? 0 .8 C
(1 . 25

A0

n ?1

( n ? 1) C

n ?1 A0

? 1) ?

1 t

? M ?

1 t

式中 M 为常数 ∴
ln

k 300 ? M ?
k 340 k 300 ? ln

1 12 . 6
?

k 340 ? M ?
E 8 . 314 1 300 ?

1 3 .2
1 340 )

M / 3 .2 M / 12 . 6

(

E=29.06(kJ/mol)
k1 k2 65.考虑下述连串反应: A ?? ? B ? ? ? C ,已知上述反应中每一步均为一级反应,试求 A、B 和 C 的浓度随 间变化的函数式。 解: 对于反应物 A,应有:

?
积分得
C
A

dC dt

A

? k 1C
A0

A

? C
B

exp( ? k 1 t )

dC
对于 B,应有 将上式两端乘以
exp( k 2 t ) dC
B

dt

? k 1C

A

? k 2 C B ? k 1C

A0

exp( ? k 1 t ) ? k 2 C B

exp( k 2 t )
? k 2C
B

可得
A0

exp( k 2 t ) dt ? k 1 C
A0

exp[( k 2 ? k 1 ) t ] dt

d [ C B exp( k 2 t ) ? k 1 C 即 将上式积分得,

exp[( k 2 ? k 1 ) t ] dt

C

B

exp( k 2 t ) ?

k1 k 2 ? k1
A0

C

A0

{exp[(

k 2 ? k 1 ) t ] ? 1}

C

B

?

k1 k 2 ? k1
? C
B

C

{exp( ? k 1 t ) ? exp( ? k 2 t )}

? C

A

?C

C

? C

A0

? CC ? C

A0

? (C

A

? C

? C
B

)

A0

[1 ?

k2 k 2 ? k1

exp( ? k 1 t ) ?

k1 k 2 ? k1

exp( ? k 2 t )]

第三章 理想反应器 1.理想反应器是指_______、_______。[理想混合(完全混合)反应器、平推流(活塞流或挤出流)反应器] 2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_______反应器处理,而管径小,管子较长和流速较大的管式反应器按_______ 反应器处理。 (理想混合反应器、平推流) 3.分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_______、_______为目标进行优化的。 (平均生产速率 经费最低) 4.全混流反应器的空时τ 是_______与_______之比。 (反应器的有效容积、进料流体的容积流速) 5.全混流反应器的容积效率η 为_______与_______之比。 (反应时间 t、空时τ )
V ( ? r A )( ? ? H r )

YR

最大、生产

6.全混流反应器的放热速率 Q G =______________。 (

v0 ?C

p



T (1 ?

UA v0 ?cP

) ? (T 0 ?

U A T

m

7.全混流反应器的移热速率 Q r =______________。 ( 8.全混流反应器的定常态操作点的判据为_______。 (

v0 ?cP

)



QG ? Qr


dQ
r

9.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_______、_______。 ( ) 10.全混流反应器的返混_______。 (最大) 11.平推流反应器的返混为_______。 (零) 12.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 (平均停留时间、反应时间、空时) 13.对于恒容的_______管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。 (平推流) 14.如果将平推流反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合,这类反应器为_______的平推流反应器。 (循环操作) 1 对于循环操作的平推流反应器,当循环比β →0 时为_______反应器,而当β →∞时则相当于_______反应器。 (平 推流、全混流 16. 对于循环操作的平推流反应器,当循环比β →0 时反应器内返混为_______,而当β →∞时则反应器内返混为 _______。 (零、最大) 17. 对于绝热操作的放热反应,最合适的反应器类型为_______。 (全混流串平推流) 18. 对于反应级数 n<0 的反应,为降低反应器容积,应选用_______反应器为宜。 (全混流) 19. 对于反应级数 n>0 的反应,为降低反应器容积,应选用_______反应器为宜。 (平推流) 20. 对于自催化反应,最合适的反应器为_______。 (全混流串平推流)
dT

QG ? Qr

?

dQ

G

、 dT

? (E 2 ? E1 )
T opt ?

R ln
_______。 (

k 0 E 1C
'

A0

(1 ? ?
A0

A

)

21.对于可逆的放热反应,使反应速率最大的反应温度

k 0 E 2 (C R 0 ? C ? (E 2 ? E1 ) (1 ? ?
A0

? A) )

22. 对于可逆的放热反应,达到化学反应平衡时的温度

Te ?

R ln
_______。 (

k 0C
'

A0

A

)

k 0 (C R 0 ? C

?A) )

t 23.分批式操作的完全混合反应器非生产性时间 0 不包括下列哪一项_______。 (B) A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间
C 24.在间歇反应器中进行等温二级反应 A → B, ? r A ? 0 . 01 C A mol / l ? s ,当
2

A0

? 1 mol / l

时,求反应至

C

A

? 0 . 01 mol / l

A. 8500

所需时间 t=_______秒。 (D) B. 8900 C. 9000

D. 9900
A0

C 25.在间歇反应器中进行等温一级反应 A → B, ? r A ? 0 . 01 C A mol / l ? s ,当
C
A

? 1 mol / l

时,求反应至

所需时间 t=_______秒。 (B) A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 26.在全混流反应器中,反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为_______。 (A) A. 空时τ B. 反应时间 t C. 停留时间 t D. 平均停留时间 t

? 0 . 01 mol / l

27.全混流反应器的容积效率η 大于 1.0 时,且随着 A 的增大而增大,此时该反应的反应级数 n_______。 (A) A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 28.全混流反应器的容积效率η 小于 1.0 时,且随着 A 的增大而减小,此时该反应的反应级数 n_______。 (D) A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 29.全混流反应器的容积效率η =1.0 时,该反应的反应级数 n_______。 (B) A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 30.全混流釜式反应器最多可能有_______个定常态操作点。 (C) A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 31.全混流反应器中有_______个稳定的定常态操作点。 (B) A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 32.对于_______的反应器在恒容反应过程的平均停留时间、反应时间、空时是一致的。 (D) A. 间歇式反应器 B.全混流反应器 C. 搅拌釜式反应器 D. 平推流管式反应器 33. 一 级 不 可 逆 液 相 反 应
A 2R

? ?



C

A0

? 2 . 30 kmol / m

3

, 出口转化率

x A ? 0 .7

,每批操作时间

,装置的生产能力为 50000 kg 产物 R/天, M R =60,则反应器的体积 V 为_______ m 。 (C) A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 34.对于自催化反应,最合适的反应器为_______。 (D) A. 全混流反应器 B. 平推流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 35.对于绝热操作的放热反应,最合适的反应器为_______。 (D) A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 36.对于反应级数 n<0 的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用_______。 (B) A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 37.对于反应级数 n>0 的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用_______。 (A) A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 38.对于可逆放热反应,为提高反应速率应_______。 (C) A. 提高压力 B. 降低压力 C. 提高温度 D. 降低温度
P (主 ) A

t ? t 0 ? 2 . 06 h

3

39.对于单一反应组分的平行反应 器为_______。 (A) A. 平推流反应器 C. 多釜串联全混流反应器

S (副 )

,其瞬间收率

?

P



C

A

增大而单调增大,则最适合的反应

B. 全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器
P (主 ) A

S (副 ) ,其瞬间收率 ? P 随 C A 增大而单调下降,则最适合的反 40. 对于单一反应组分的平行反应 应器为_______。 (B) A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 41.简述理想反应器的种类? 答:通常所指的理想反应器有两类:理想混合(完全混合)反应器和平推流(活塞流 或挤出流)反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合,器内物料与反应器出口物料具 有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动,不存在不同停留 时间的物料的混合,所有的物料在器内具有相同的停留时间。 42.简述分批式操作的完全混合反应器? 答:反应物料一次性投入反应器内,在反应过程中,不再向器内投料,也 不出料,待达到反应要求的转化率后,一次性出料,每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和,非生 产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。 43.简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系? 答:空时是反应器的有效容积与进料流体的 容积流速之比。反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。停 留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生返 混,具有相同的停留时间且等于反应时间,恒容时的空时等于体积流速之比,所以三者相等。 44.对于可逆放热反应如何选择操作温度? 答:1)对于放热反应,要使反应速率尽可能保持最大,必须随转化率 的提高,按最优温度曲线相应降低温度; 2)这是由于可逆放热反应,由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高, 净反应速率出现一极大值;3)而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。

45.对于反应,

rR ? k 1C

2 A



E1



rS ? k 2 C
? E 1 / RT ? E 2 / RT

A


?

E2

,当
e

E1
RT


C

E2

时如何选择操作温度可以提高产物的收率?

SR ?

rR rS

?

k 10 e k 20 e

C

k 10 k 20

E 2 ? E1 A

A

答:对于平行反应 方可提高 R 的选择性,提高 R 的收率。

,所以,当
3

E1



E2

时应尽可能提高反应温度,
9 -1

46.在间歇釜中一级不可逆反应,液相反应 A → 2R, ? r A ? kC
C
A0

A

kmol/m ·h,k=9.52×10 exp[-7448.4/T] h ,

2.3 kmol/m , M R ? 60, R 0 0,若转化率 x A ? 0.7,装置的生产能力为 50000 kg 产物 R/天。求 50℃等 温操作所需反应器的有效容积?(用于非生产性操作时间 t0=0.75 h) 解:反应终了时 R 的浓度为
3

?

C

?

C

R

? 2C

A0

x

A

? 3 . 22 ( kmol / m )
3

t ? C

A0

?

xA

dx kC

A A

?

1 k

0

?

xA

dx

A

0

1? xA

?

1 k

ln

1 1? xA

k ? 9 . 52 ? 10
t ?
VC
R

9

exp

7448 . 4 ? ? ? ? 0 . 92 ? ? 273 ? 50 ? ?
? 1 . 31 ( h )

1 0 . 92
M
R

ln
?

1 1 ? 0 .7
50000 24

t ? t0

V ?

50000 ? 2 . 06 24 ? 3 . 22 ? 60

? 22 . 2 ( m )
3

47. 该反应在全混流反应器中 3 进行,以 AlCl3 为催化剂,反应温度 20℃,液料的体积流速为 0.5 m /h,丁二烯和丙烯酸甲酯的初始浓度分别为
C ? 3 3 3 96.5 mol/m , B 0 184 mol/m , 催化剂的浓度为 C D ? 6.63 mol/m 。 速率方程 ? r A ? kC A C D , 式中 k=1.15 3 ×10 m /mol·ks,若要求丁二烯转化率为 40%。求:1)反应器的体积 V; 2)容积效率η 。 解:1) A + B → C C
A0

CH2 = CH

C H = C H 2 (A )

+

CH2 = CH

C O O C H 3 (B )

C O O C H 3 (C )

?

-3

? rA ? ?

dC dt

A

? kC A C D ? kC
C
A0

A0

(1 ? x A ) C D
?
D

? ?

xA

对于全混流反应器 ∴


? ?

? rA

? kC
A0

C

A0

xA

xA k (1 ? x A ) C
D

(1 ? x A ) C

0 .4 1 . 15 ? 10 V v0
v 0 ? 0 .5 m
3

?3

? (1 ? 0 . 4 ) ? 6 . 63

? 87 . 4 ( ks ) ? 24 . 28 ( h )

? ?



/h
3

0 ∴ 2)在分批式反应器内的反应时间为

V ? ?v

? 24 . 28 ? 0 . 5 ? 12 . 14 m

t ? C

A0

?
?

xA

dx

A

0

? rA

?

1 kC
D

?

0 .4

dx

A

0

1? xA

? 67 ( ks )

? ?

t

67 87 . 4

?

? 0 . 766
A

48. 在全混流反应器中一级不可逆反应,液相反应 A → 2R, ? r A ? kC h ,
-1

kmol/m ·h,k=9.52×10 exp[-7448.4/T]

3

9

C

A0

?

2.3 kmol/m , M
3

R

?

60,

C R0 ?

0,若转化率 x A ? 0.7,装置的生产能力为 50000 kg 产物 R/天。求 50℃

等温操作所需反应器的有效容积和它的容积效率 ? ?(用于非生产性操作时间 t0=0.75 h) 解: (1)进料速度 v0
? C
? v0C
R

? 2C
? 2C

A0

xA
v0 x A ? 50000 24 ? M
R

R

A0

以C

A0

? 2 .3, x A ? 0 .7 , M

R

? 60
3

v 0 ? 50000

/( 24 ? 60 ? 2 ? 2 . 3 ? 0 . 7 ) ? 10 . 78 m

/h

(2)反应器有效容积 V
?? ? V v0 ?V ? ? C
A0

xA
A

?

xA k (1 ? x A )
3

kC v0 x A

k (1 ? x A )

? 27 . 34 m

t ? C

A0

(3)

?

xA

dx kC
9

A A

?

1 k

0

?

xA

dx

A

0

1? xA

?

1 k

ln

1 1? xA

k ? 9 . 52 ? 10
t ? 1 0 . 92

exp

7448 . 4 ? ? ? ? 0 . 92 ? ? 273 ? 50 ? ?
? 1 . 31 ( h )

ln

1 1 ? 0 .7

? 2 . 54 3 2 49. 现有一有效容积为 0.75m 的搅拌釜反应器,其内设置有换热面积为 5.0m 的冷却盘管。欲利用改反应器来进行
k ? 1 . 0788 ? 10
9

? ?

t

?

1 . 13

? 0 . 516

A→R 的一级不可逆的液相反应,其速率常数

? 5 5 2 5. 9 e xp ? ? T ?

? ?1 (h ) ? ? ,反应热

( ? ? H r ) ? 2 0 9 2 1J / m o l A
=1050g/l;定压比热

,原料液中 A 的浓度

C

A0

? 0 . 2 mol / l

,但不含反应产物 R。此原料液的密度ρ
v0 ? 3m
3

C P ? 2 . 929

(J/g·℃) 。要求原料液的进料流率为
2

/h

,反应器出口的反应液中

。总传热系数 U=209.2(KJ/m ·h·℃) 。所用的冷却介质的温度为 25℃。试求满足上述反应要 求所需的反应温度以及料液的起始温度 T0。 解:1)计算反应温度 T
A

C

? 0 . 04 mol / l

C C

A A0

?
C

1 1 ? k?
A0 A

( k ?

? 1) ? ( 0 . 22 0 . 04 ? 1)
9

C

?

(

0 . 75 3

) ? 18

k ? 1 . 0788 ? 10

exp[ ?

5525 . 9 T

]

根据

T0 ? T ?

T ? 308 . 6 K V ( ? r A )( ? ? H r ) ? UA ( T ? T m )
v0 ?cP

]

2)
T 0 ? 308 . 6 ?

18 ? 0 . 04 ? 0 . 75 ? 20921 ? 209 . 2 ? 5 ? ( 308 . 6 ? 298 . 16 ) 3 ? 1050 ? 2 . 929
+ H 2 O (B ) 2 C H 3 C O O H (C )
3

? 297 . 4 K
-1

50.

(C H 3 C O ) 2 (A )

乙酸酐发生水解,反应温度 25℃,k=0.1556 min ,采用三个
v0

等体积的串联全混流釜进行反应,每个釜体积为 1800 cm ,求使乙酸酐的总转化率为 60%时,进料速度 解:初始浓度为
?1 ?
C
A0



C

A0

,离开第一釜为
A1

C

A1

,依次为

C

A2



C

A3



? C


?1 ?

(? rA )1

( ? r A ) 1 ? kC
? C A1 C A0 ? 1 1 ? k? 1

A1

C A 0 ? C A1 kC C
A1

? x A1 ? 1 ?

1 1 ? k? 1



A2

?

1 1 ? k?
2

对第二釜 C A 1

对于等体积釜串联
C A2 C A0 ? 1 (1 ? k ? )
2

?1 ? ?

2

??
1 (1 ? k ? )
2

? xA2 ? 1 ?

x A3 ? 1 ?

1 (1 ? k ? )
3

同理 ∴τ =2.3(min)

v0 ?

V

?
?1

?

1800 2 .3

? 782 . 6 ( cm

3

/ min)

51.

串 联 全 混 流 反 应 器 进 行 一 级 不 可 逆 反 应 , 假 定 各 釜 容 积 、 温 度 相 同 ,
), ?
0

k ? 0 . 92 ( h

? 10 m

3

h , x A ? 0 .9 ,

试计算 N 为 1,2,3 的反应有效容积,如不考虑非生产性操作时间的

条件下分批式反应器的有效容积。
x A,N ? 1 ? 1 (1 ? k ? i )
N

解:利用 N(个) V( m ) 若采用分批式
1 ln
3

1 97.8
1 1? ?
A

2 47.0
1 0 . 92

3 37.6
1 1 ? 0 .9

?

ln

? 2 . 503 h

t ? k
t

?

?

VB V

, 其中 ? 为 N ? 1时
? 9 . 78 h
? 97 . 8 ? 25 . 03 m
3

? ?

97 . 8 10

9 . 78 52.应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应,假定各釜的容积和操作温度都相同,已知

? VB ?

2 . 503

此时的速率常数 k=0.92h ,原料液的进料速度 解:对于一级不可逆反应应有
?( 1 ? r A1 ) ? ? ? x A1 ? ? ? kC 1

-1

v0

3 =10m /h,要求最终转化率 x A ? 0.9,试求 V1、V2 和总容积 V。

? x A1
?( 1 ? r A ,i )

? ? ? (1 ? x A 1 ) ? kC A0

1
A0

(1 ? x A 1 )

2

代入

? x A ,i

?

1 x A ,i ? x A ,i ?1

? 1 1 ? ? ? ? ? r A ,i ? ? ? r A ,i ? 1 ? ?

1



kC

A0

(1 ? x A 1 )
2

2

?

1 x A1 ? x A 0

? ? ? kC

1
A0

(1 ? x A 2 )

?

? ? kC A 0 (1 ? x A 1 ) ? 1

整理得

x A1 ? 2 x A1 ? x A 2 ? 0

∵ x A 2 ? 0 .9 ,
?1 ?
x A1 k (1 ? x A 1 ) ?

∴ x A 1 ? 0 . 6838
0 . 6838 0 . 92 (1 ? 0 . 6838 )
3

? 2 . 35 ( h )



V 1 ? v 0 ? 1 ? 23 . 5 ( m )

?

2

?

x A 2 ? x A1 k (1 ? x A 2 )
2

?

0 . 9 ? 0 . 6838 0 . 92 (1 ? 0 . 9 )
3

? 2 . 35 ( h )

V 2 ? v 0?

? 23 . 5 ( m )
3

53.

总容积 V ? V 1 ? V 2 ? 47 ( m ) 用 两 串 联 全 混 流 反 应 器 进 行 一 个 二 级 不 可 逆 等 温 反 应 , 已 知 在 操 作 温 度 下
3 ?1

k ? 0 . 92 ( m kmol

h

?1

), C

A0

? 2 . 30 kmol

m , v 0 ? 10 m
3

3

h,

要求出口 xA=0.9,计算该操作最优容积比

(V 1 V 2 )

和总容积 V。

? (?

1 r A1

) ?
1 r A ,1

?

解:

? x A1
? (?

? x A 1 kC
) ?

[

1
2 A0

(1 ? x A 1 )

2

]? kC
A0

2
2

(1 ? x A 1 )

3

1 x A ,1 ? x A , 0

代入

? x A ,1

[?

1 rA,2

?

1 ? r A ,1

]

2 kC
2 A0

(1 ? x A ,1 )
3

3

?
2

1

[
A0

1
2

x A ,1 kC

(1 ? x A ,1 )

2

? kC
A0

1
2

(1 ? x A ,1 )

2

]

x A 1 ? 3 x A 1 ? 3 . 01 x A 1 ? 0 . 99 ? 0 x A 1 ? 0 . 741
x A1 ? x A 0 kC
A0

?1 ?
?

(1 ? x A 1 )

2

?

0 . 741 1 . 92 ? 2 . 3 ? (1 ? 0 . 741 )
2

? 5 . 22 h

?

2

? kC V2 ?

x A 2 ? x A1
A0

(1 ? x A 2 ) ? 5 . 22 7 . 51

2

?

0 . 9 ? 0 . 741 0 . 92 ? 2 . 3 ? (1 ? 0 . 9 )
2

? 7 . 51 h

V1

?1 ?
2

? 0 . 695

总容积
?

V ? V1 ? V 2 ? ? ? v 0
3

V ? 10 ? ( 7 . 51 ? 5 . 22 ) ? 127 . 3 m
9 -1

54. 应用管径为 D=12.6cm 的管式反应器来进行一级不可逆的气体 A 的热分解反应,其计量方程为 A=R+S;速率方程 为 ? r A ? kC
xA ?
F
A

;而 k=7.8×10 exp[-19220/T](s ),原料为纯气体 A,反应压力 P=5atm 下恒压反应,T=500 C。

0

0.9, A 0 =1.55kmol/h,求所需反应器的管长 L,停留时间 t,空时τ (理想气体) 。 解:反应气体的进料体积流速为:
v0 ? F A 0 RT P ? 1 . 55 ? 0 . 082 ? 773 5 ? 19 . 66 ( m
3

/ h)

反应流体在管内的体积流速为:
v ? FRT P ? F 0 (1 ? ?
A

y A 0 x A ) RT / P

此处: ∴ 而
? ?

F0 ? F A0

(纯气体) ;
F A 0 (1 ? x A ) C F A 0 (1 ? x A )
xA

y A 0 ? 1 .0

?



A

?

2 ?1 1

?1

1

?

RT P



C

A0

v ? F A 0 (1 ? x A ) / C A 0
? FA v ?
A0

C

A

?

(1 ? x A ) C (1 ? x A )

A0

V v0

?

1 k

?

(1 ? x A ) dx (1 ? x A )

A

0

? ?

1 k

[ 2 ln

1 1? xA
4 v 0? ?

? x A ] ? 29 . 88 ( s ) ? 0 . 0083 ( h )
4 ? 5 . 46 ? 10
3


L ?

4V

?D

2

?

? 29 . 88
2

?D
A

2

3 . 14 ? ( 0 . 126 )

? 13 . 0 ( m )

t ?

1 k

?

xA

dx

0

1? xA

?

1 k

ln

1 1? xA

? 18 . 57 ( s )

55. 液 相 原 料 中 反 应 物

A

进 入 平 推 流 反 应 器 中 进 行 2A ? R
2

的 反 应 , 已 知

C A 0 ? 1 mol

l , V ? 2 l , ? r A ? 0 . 05 C A mol l ? s



求:1)当出口浓度 2)当进料流量
V ? C

C

A

? 0 . 5 mol

l

时的进料流
C

v0
Af

。 。

v 0 ? 0 . 5 l min

时出口浓度
A

V v A0 0

?

解:1)

F A0

?
A

xA

dx

0

? rA

? ? C
? ?
2)
1 C C
A

A0

?
(

xA

dx

0

? rA
1 ?
A

?
1 C

?

C

A0

dC

A 2 A

?

1 0 . 05

(

1 C
A

? C

1
A0

) ? 20 s

C

A

0 . 05 C
V v0 ?

1 0 . 05

) ?

2 ? 60 0 .5

? 240 s

C

A0

? 12 ? C ? 1 13

1
A0

? 12 ? 1 ? 13

A

? 0 . 077 mol

l

56. 自催化反应 A + R → 2R,其速率方程为: ? r A ? kC A C R ,在 70℃下等温地进行此反应,在此温度下 k=1.512 m /kmol· 其它数据如下: A 0 0.99 kmol/m ; h; 试求:1)在全混流反应器中反应所需的容积; 2)在平推流反应器中反应所需的容积。
a ? C C
R0 A0

3

C

?

3

C

R0

?

0.01 kmol/m ;

3

v0 ?

3 10 m /h; 要求反应的转化率 x A ? 0.99。

?

0 . 01 0 . 99

? 0 . 0101

解: 令
C
A

? C

A0

(1 ? x A )

C

R

? C

R0

? C

A0

xA ? C

A0

(a ? x A )

? r A ? kC A 0 (1 ? x A )( a ? x A ) ∴ 1)全混流反应器所需的容积
2

V ? kC

v0 x A (1 ? x A )( a ? x A ) A0

?

10 ? 0 . 99 1 . 512 ? 0 . 99 (1 ? 0 . 99 )( 0 . 0101 ? 0 . 99 )

? 661 ( m )
3

2)平推流反应器所需的容积
V ? v0 kC
V ? kC
A0

?
v0

xA

dx

A

0

(1 ? x A )( a ? x A )

?

v0 kC
A0

?

xA

0

? 1 ? 1 ? ? ? dx a ? 1 ?1 ? x A a ? xA ? 1

A

? 1 a ? xA ? 10 ? ln ? ln ? ? ( a ? 1) ? 1 ? x A a 1 . 512 ? 0 . 99 ? 1 . 0101 A0 ?
3

?ln

100 ? ln 1 . 0001

?

V ? 60 . 8 ( m )

57.

(A)
C6H
6

(P)

(S)
2

k k ??1 ? C 6 H 5 Cl ? ?3 ? C 6 H 4 Cl
A

?
反 应 速度
k 1 ? 1 .0 ( h

dC dt
?1

? k 1C

dC
A

P


?1

dt

? k 1C

A

? k 2C

P

, 在 恒温 恒容 下求 (a) 平 推流 (b) 全 混流, 求
P0

SP

,其中

)

,

k 2 ? 0 .5 ( h

), V v 0 ? ? ? 1 ( h ), C

? C S0 ? 0

,

C

A0

? 1 mol / l



解:(a)

C

A

? C

A0

exp[ ? k 1? ] ? 0 . 368 mol / l
A0

C

P

?

k 1C

1

k1 ? k 2
A0

(e
A

? k 2?

? e
P

? k 1?

e )= 1 ? 0 . 5 (

? 0 .5

? e

? 1 .0

)

=0.477mol/ ?

CS ? C

? (C
P S

? C

) ? 1 ? ( 0 . 368 ? 0 . 477 )

=0.155mol/l

? S

P

?

C C

0 . 477

= 0 . 155 =3.08

? v 0 (C (b)

A0

? C
A0

A

)

=

K 1C AV
A0

? C

A

?

C

C

1 ? k 1?

=

1? K1
A

(

K 1 ? k 1?

)

v0C

P

? V ( k 1C

? k 2C P )

C

P

?

k 1 C A? 1 ? k 2?

k 1C

A0

?
k 2?



=

?1 ?

k 1?

??1 ?

?
C
S

C

A

=0.5mol/l
S
P

CP
? C C
P S

=0.333mol/l

=0.167mol/l

58.

(A)
C6H
6

=2.0 (P)

(S)
2

k k ??1 ? C 6 H 5 Cl ? ?3 ? C 6 H 4 Cl
A

?
反应速度 一 反

dC dt

?1

? k 1C
时 ,

dC
A

P

; dt 求
?1

? k 1C


A

? k 2C


P

,在恒温恒容下求等容积的两釜串联全混流反应器内进行这 物
P0



P



选 ,
C
A0





SP








k 1 ? 1 .0 ( h

)

,

k 2 ? 0 .5 ( h

), V v 0 ? ? ? 1 ( h ), C
2

? C S0 ? 0

? 1 mol / l

? ? ?1 ?? 解:等容积釜串联应有
V 0 (C ? C

?1 ? ?
V2
A0 2

2

? 1 / 2? ? 0 . 5 h

对第二个全混流反应器作物料衡算
A1 A2

) ? k 1C

A2

C

A2

?

C

A1 2

C

∴ 对于 P:
V 0 (C
A1

1 ? k 1?
? C
A2

=

(1 ? K 1 )
A2

K 1 ? k 1? 1 ? k 1?
? k 2C
P2

2

? 0 .5

) ? V 2 ( k 1C

)
A0 2

C

P2

?

K 1C
2

A0

K 1C


C
A2

(1 ? K 1 ) (1 ? K 2 )
1

+

(1 ? K 1 )( 1 ? K

)

2

K

2

? k 2?

2

? 0 . 25

?

(1 ? 0 . 5 )

2

=0.444mol/l
0 .5 (1 ? 0 . 5 )( 1 ? 0 . 25 )
2

C

P2

?

0 .5 (1 ? 0 . 5 ) (1 ? 0 . 25 )
2

+



C

S 2

=1-(0.444+0.391)=0.165mol/l
0 . 391

C C

P2 S2

= 0 . 165 =2.37 59.醋酸甲酯的水解反应如下:CH3COOCH3 + H2O →CH3COOH +CH3OH,产物 CH3COOH 在反应中起催化剂的作用,已知反 应速度与醋酸甲酯和醋酸的浓度积成正比。 3 (1) (1) 在间歇反应器中进行上述反应。醋酸甲酯和醋酸的初始浓度分别为 500 和 50mol/m 。实验测得 当反应时间为 5400s 时,醋酸甲酯的转化率为 70%,求反应速率数和最大反应速度。 分) (5 (2) (3) 解: (1) (2) (3) 如果反应改在连续搅拌釜中进行,

?

A

=0.8 时停留时间应为多少。

? 如果采用管式流动反应器,
A + B → C + D
? r A ? kC A C C

A

=0.8 时停留时间。

??

?
A

dC dt

A

? C

d?
A0

A

? kC

=

dt

A0

(1 ? ?

A

)( C C 0 ? C

A0

? A ) ? kC

2 A0

(1 ? ?

A

)( ?

A

?
? ? ? ? ? ?

CC0 C
A0

)

kC

A0

dt ?

d? (1 ? ? A )( ?

A

kC

A

?

CC0 C
A0

A0

t ? 1?

1 CC0 C
A0

)

CC0 ? ? ?A ? C A0 ln ? CC0? ? CC0 ? ?C C A0 ? A0
?6

A

k ?

1 500 ? 5400 (1 ? 0 . 1 )
?6

ln

0 .7 ? 0 .1 0 .1 ? 0 .1 ? 0 .7
A

? 1 . 106 ? 10

m

3

/ mol ? s

? ? r A ? 1 . 106 ? 10

? 500

2

(1 ? ?

)( ?

A

?

CC0 C
A0

) ? 0 . 2765 ( ? ?

2 A

? 0 .9 ?

A

? 1)

d (? rA )



?

A

求导

d?

? 0 . 2765 ( ? 2 ?
?2

A

? 0 .9 ) ? 0
3

A

?

A

? 0 . 45

( ? r A ) m ax ? 8 . 364 ? 10

mol / m

?s

? ?
(2)

C

A0

? C

A

? rA

?

C

A0

?

A

? rA

? kC
A

C
2 A0

A0

?
A

A

(1 ? ?

A

)( ?

? CC0 /C d?
A A

? 8 . 037 ? 10
A0

3

s

)

? ? C
(3)对于 PFR

A0

?

?

A

d?

0

? rA

? C

A0

?

?

A

0

kC

2 A0

(1 ? ?

A

)( ?

? CC0 /C

A0

)
3

? 1 ? ? kC A 0 (1 ? C C 0 / C A 0 0 ? 1 ? ? 60.在一定的反应温度下 A 发生下述平行反应: ? 1

? )

?

A

?
A

1

?

A

? CC0 /C

A0

? ?d ? ? ?

A

? 6 . 258 ? 10 s

1 A ?? ? R

K

? 1 ? 2 . 0 C A ( kmol / m
2

3

? h)
3

K2 ? 2 ? 0 . 2 C A ( kmol / m ? h ) 2 A ?? ? S 3 其中 R 是主产物,S 是副产物。反应原料为纯的反应物 A,其初始浓度为 10kmol/m 。在反应器出口 A 的转化 率为 80%。反应在连续搅拌釜中进行时,A 转化为 R 的选择性、R 的收率以及反应物的停留时间。 解:1)使用连续搅拌釜

∵ ∴

? r A ? r1 ? 2 r 2
C
A0

? C
R0

A

? ? ( ? r A ) ? ? ( r1 ? 2 r 2 )

C

R

? C

? ? r1

C C
C
A0

R

? C
? C

?
A

2C 2C
A

A 2 A

? 0 .4 C
?

?
C

1 1 ? 0 .2 C
A0 A0

A

A0

? C

A A

?

A A0

R

∴ 当

1 ? 0 .2 C

1 ? 0 .2 (C

? C
3

?A)

?

A

? 0 .8
(C

时,有
A0

C

R

? 5 . 71 kmol / m
2 A

CS ?
SR ?

? C A ) 0 .2 C
A

2C
C C
R S

? 0 .4 C

2 A

? 1 . 15 kmol / m

3

?

5 . 71 1 . 15

? 4 . 965

?R ?

C C
A0

R

? C

?
A

C C

R A

? A0

?

5 . 71 10 ? 0 . 8

? 0 . 714

V 恒定,停留时间与空时相等

? ?
61. 已知
A

C

R

? C r1

R0

?

5 . 71 2? 2

? 1 . 43 h

K1

2 P (主 ) r ? k 2C A 的反应速率式分别为: ? r A ? ( k 1 ? k 2 C A ) C A ; r P ? k 1 C A ; s ,且在反应的操

C 作温度下 k 1 =1.0,2k 2 / k 1 ? (1.5; K S 副)

A0

?

5mol/l,

C

P0

? C

S0

? 0

,要求反应流体的进料速率为

v0 ?

5 m /h,出

3

口转化率 x A ? 0.9。试求用单一的全混流反应器在等温下进行此反应时所能获得的产物 P 的浓度 C P 以及所需的反 应容积 V。
(? P ) m ? rP ? rA ? k 1C k 1C
A A 2 A

解:
(? P ) m ?
CP ? (C

? k 2C

CP C A0 ? C A
A0

? C A )k1

( k1 ? k 2C A )
A0

?

1 ? (5 ? 0 .5 ) 1 ? 1 .5 ? 0 .5

? 2 . 57 ( mol / l )

v 0 (C

? C
A0

A

) ? V ( ? rA ) ? V ( k 1C

A

? k 2C

2 A

)
3

V ?

v 0 (C k 1C
A

? CA)
2 A

? k 2C

?

5 ? 4 .5 0 .5 ? 1 .5 ? 0 .5
2

? 25 . 7 ( m )

62.环氧乙烷在 450℃的气相分解反应如下:C2H4O(g)→ CH4(g) + CO(g)已知在此反应 -1 温度下反应的速率常数为 0.0212min ,反应在恒温恒容反应器中完成,初始时原料为纯的 5 环氧乙烷,初始压力为 2.026×10 Pa,试求在反应时间为 50min 时反应器的总压力。 -1 解:由 k=0.0212min 可知该反应为一级反应
PA PA0 ? exp

??

kt ?

t 时反应物分压为 PA C2H4O(g)→ CH4(g) + CO(g) PA0 0 0 PA PA0-PA PA0-PA 总压
Pt ? P A ? 2 ( P A 0 ? P A )

2 P A 0 ? Pt

? exp( ? kt )

Pt

? 2 ? exp( ? kt )

∴ 当 t=50min 时

PA0



PA 0
5

P t ? P A 0 [ 2 ? exp( ? kt )] ? 3 . 35 ? 10 CH COOH ? 1 ? CH ?
k

Pa
2 ?? ? CH

63.醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水,而副反应生成甲烷和二氧化碳:
3 2

? CO ? H 2 O
?1

CH

3

COOH

k

4

? CO

2

k ? 4 . 65 s , k 2 ? 3 . 74 s 已知在 916℃时 1 ,试计算: 1) 1) 99%的醋酸反应掉的时间; 2) 2) 在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。

?1

解:设在时间 t 时乙烯酮和甲烷的浓度分别为 x 和 y,初始为
dx dt
dy dt

C

A0

,则

? k 1 (C

A0

? x ? y)

? k 2 (C A 0 ? x ? y ) ? ( k 1 ? k 2 )( C ? x ? y)

d (x ? y)

相加得

dt

A0

d (x ? y)

将其积分

C

A0

? (x ? y)

? ( k 1 ? k 2 ) dt

ln C
A0

C

A0

? (x ? y)

? ( k1 ? k 2 )t

1) 1) 当转化率为 99%时
x ? y ? 0 . 99 C
A0

t ?

1 4 . 65 ? 3 . 74

ln

1 1 ? 0 . 99

? 0 . 549 s

x

?

k1 k2

?

4 . 65 3 . 74

2)

y

x ? 0 . 549 C

A0

y ? 0 . 441 C

A0

S ?

0 . 549 C 0 . 441 C

A0 A0

? 55 . 4 %

64.在 1000K 于恒温恒压反应器中进行下述分解反应:
RCH
2

OH ( g ) ? RCHO

(g) ? H

2

(g)
5

反应速率常数 0.082 l/mol·min,初始时含纯的 RCH2OH,其初始压力为 2.026×10 Pa,求 1) 1) 将 20%的 RCH2OH 分解所需时间; 2) 2) RCH2OH 的浓度降低 20%所需的时间。 解: t=0 t=t
n总 ? n A0 ? x

RCH

2

OH ( g ) ? RCHO ( g ) ? H 2 ( g )
B 0 x C 0 x

A nA0 nA0-x

由 k 可知该反应为二级反应
dx Vdt ? kC
2 A

? k

nA V
2

2

V ?
理想气体

n 总 RT P

dx dt

?

k (n A0 ? x)

2

( n A 0 ? x ) RT / P
2

( n A 0 ? x ) dx



(n A0 ? x)

?

kPdt RT

?
将其积分

x

0

? n A0 x ? ? 2 2 (n A0 ? x) ? (n A0 ? x)
? )? ?

? ? dx ? ?

?

t

kPdt RT

0

t ?

RT ? 2 x x ? ln( 1 ? ? kP ? n A 0 ? x n A0
x ? 20 %



n A0

,带入得 t=138min

n A0
对于 V

? 0 .8 C

n A0 ? x
A0

,应有

( n A 0 ? x ) RT / P

?

0 .8 n A 0 n A 0 RT / P

x ?

n A0

9 ,带入得 t=66.1min 当 ①分 65. 等 温 间 歇 反 应 器 反 应 时 间 与 反 应 物 浓 度 的 关 系 在 间 歇 反 应 器 中 进 行 等 温 二 级 反 应
A ? B , ? r A ? 0 . 01 C A mol /( l ? s )
2



C

A0

C 为 1 mol / l 时,求反应至

A

? 0 . 01 mol / l

所需时间。

解:

rA ? ?

dC dt
1

A

? 0 . 01 C
? 1 C
A0

2 A

?

1 0 . 01

?

1 1

0 . 01 t ? C t=9900s

A

66. 对于 aA + bB → cC 反应,以浓度

C i , Pi 表示速率式中常数

kC ,kP ,

则其二者关系如何?

V ?
解: 理想气体

n 总 RT P
a b B

? rA ? k C C A C
a

? kC (

PA RT

) (

a

PB RT

)

b

? k C ( RT )

(a?b)

P A PB

a

b

? r A ? k P P A PB
k C ( RT )
?(a?b)

b

? kP
P (主 )

67.平行反应
A

,其中

rP ? 2 C

A



rS ? C

2 A

,已知

C

A0

? 2 . 0 mol / l



C

P0

? C

A0

? 0

,求

在平推流反应器中的

C

P , m ax

S ? (副 )

?
解:

P

?

rP ? rA

?

2 2 ? C
A

?

dC

P A

? dC

对上式进行积分得
C
P

? ??
A

C

A

2 2 ? C
A

dC

C

A

A0



C
C

? 0

时,产物 P 的浓度最大
?

P , m ax



?

2

2 2 ? C
A

dC

0

A

? 2 ln 2 ? 1 . 386 mol / l
K2

K1

68. 一 级 连 串 反 应 A
C
P0

P

S , ? rA ? k 1C

A



rP ? k 1C

A

? k 2C P

,进料流率为
C
P , m ax

v0



? C

A0

? 0

,反应在恒温恒容的条件下进行,求在全混流釜式反应器中目的产物 P 的最大浓度
A0



? ?
解:全混釜

C

? C
A

A

? C
v0C

k 1C

A

?

C

A0

1 ? k 1?
P

对物料 P 作物料衡算
C
P A0

P0

? v0C

? Vr

P

?

k 1? (1 ? k 1? )( 1 ? k 2 ? )

则有

C

dC
当 dt
C
P , m ax

P

? 0
时,产物 P 有极大值
? [( K
2

C

A0 1/ 2

/ K1)

? 1]

2

69.液相反应 A→R 在一全混釜中进行,

C

A0

? 1 mol / l

,反应速率常数 k ? 1l / mol ? s 求:

1) 1) 平均停留时间为 1S 时该反应器的 2) 2) 若 A 的
v 0 ? 1l / s

xA




C
2 A

x A ? 56 %
A0

,求反应器的体积。

? ?
解:1)

C

A0

xA

? rA

? kC

xA
2

(1 ? x A )


C

k?C

2 A

? C

A

? C

A0

? 0
A0

A

?

?1?

1 ? 4 k?C 2 k?

? 0 . 618 mol / l

xA ?

C

A0

? C
A0

A

? 38 % 1/ 2 kC
A0

C ? C

? ?
2)

V v0

A0

? C
2 A

A

?

kC

(1 ? x A )

2

带入得 ? ? 2 s
V ? 2v0 ? 2l
C 70.液相反应 A + B→P + S 在一全混釜中进行,速率常数 k ? 0 . 05 l / mol ? s ,
A0

? C

B0

? 1 . 0 mol / l ;

求:

1)

x A ? 50 %

时,反应器的容积;
A

C 2)若进料流量为 1l / min ,

? 0 . 5 mol / l ;

求进口料液中 A 的浓度。

解:1)由 k ? 0 . 05 l / mol ? s 可知该反应为二级反应 且二者的反应按 1:1 的比例进行反应

? ?

C

A0

? C

A

? rA

?

C

A0

xA
B

?
1 0 .5

xA kC
2 A

kC A C
v0 x A k (1 ? x A )
2

V ? ?v0 ?

? C

? 2l xA kC
2 A

? ?
2)

V v0

?

C

A0

? C

A

? rA

?

A0

xA
B

?

kC A C

带入得 ? ? 120
V ? 2v0 ? 2l
C
A0

? 120 ? 0 . 05 ? 0 . 25 ? 0 . 5 ? 2 mol / l

71.磷化氢的均相气相分解 4PH3 → P4 + 6H2,在 310℃时 2atm 时速率方程 200kg/h 的速率在平推流反应器内反应,求转化率为 80%时所需反应器体积?
V ?

? r A ? 0 . 1C A mol / s ? l

,磷化氢以

解:

F A0

?

xA

dx

A

0

? rA
? 0 . 75
? 2 0 . 082 ( 310 ? 273 )

?
C

A

?
?

7 ? 4 4
PA0 RT

y A0 ? 1
? 0 . 042 mol / l

A0

F A0 ?

200 ? 1000 34 ? 3600
A0

? 1 . 634 mol / s

C

A

? C

1? xA 1??
A

y A0 x A

V ? F A0


?

xA

dx 0 . 1C
A0

A

0

1? xA 1 ? 0 . 75 x A

?

F A0 0 . 1C
A0

?

0 .8

[(

1 . 75 1? xA

) ? 0 . 75 ] dx

0

A

? 862 l

第四章 非理想流动 1.停留时间分布的密度函数在 t<0 时,E(t)=_______。 (0) 2.停留时间分布的密度函数在 t≥0 时,E(t)_______。 (>0) 3.当 t=0 时,停留时间分布函数 F(t)=_______。 (0) 4.当 t=∞时,停留时间分布函数 F(t)=_______。 (1) 5.停留时间分布的密度函数 E(θ )=_______E(t)( t ) 。
1

6.表示停留时间分布的分散程度的量 ? _______ t 。 t ) ( 7.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的,根据示踪剂的输入方式不同分为_______、 _______、_______、_______。 (脉冲法、阶跃法、周期示踪法、随机输入示踪法)

?

2

?

?

2

2

8.平推流管式反应器 t ? t 时,E(t)=_______。 (∞) 9.平推流管式反应器 t ? t 时,E(t)=_______。 (0) 10.平推流管式反应器 t ? t 时,F(t)=_______。 (1) 11.平推流管式反应器 t < t 时,F(t)=_______。 (0) 12.平推流管式反应器其 E(θ )曲线的方差 13.平推流管式反应器其 E(t)曲线的方差

?
2 t

2

?

?

_______。 (0)

?

?
? t t

_______。 (0) )

1

e

14.全混流反应器 t=0 时 E(t)=_______。 t ( 15.全混流反应器其 E(θ )曲线的方差 16.全混流反应器其 E(t)曲线的方差

?
2 t

2

?

?

_______。 (1)
2

?

?

_______。 t ) (

17.偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动,E(θ )曲线的方差

?

2

?

为_______。 (0~1)
u0

18.当流体在半径为 R 的管内作层流流动时,在径向存在流速分布,轴心处的流速以

记,则距轴心处距离为 r 的

流速

ur ?

_______。 (

u 0 [1 ? (

r R

) ]

2



19.当流体在半径为 R 的管内作层流流动时,管壁处的流速

uR ?

_______。 (0)
t
2 3

20.流体在半径为 R 的管内作层流流动的停留时间分布密度函数 E(t)=_______。 2 t (
1? ( t 2t


2

)

21.流体在半径为 R 的管内作层流流动的停留时间分布函数 F(t)=_______。 (
C
A 0



22.脉冲示踪法测定停留时间分布

C
C C

对应曲线为_______。 (E(t)曲线)

A

23.阶跃示踪法测定停留时间分布 0 对应曲线为_______。 (F(t)曲线) 24.非理想流动不一定是由_______造成的。 (返混) 25.非理想流动不一定是由返混造成的,但返混造成了_______。 (停留时间分布) 26.为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果,可借助这种轴向返混与扩散过程的相似性,在_______的基础上叠加 上轴向返混扩散相来加以修正,并认为的假定该轴向返混过程可以用费克定律加以定量描述,所以,该模型称为 _______。 (平推流、轴向分散模型)
uL

P ? E 27.在轴向分散模型中,模型的唯一参数彼克莱准数 e _______。 ( z ) 28.在轴向分散模型中,模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就_______。 (愈小) 29.轴向分散模型的偏微分方程的初始条件和边界条件取决于采用示踪剂的_______、_______、_______的情况。 (输 入方式、管内的流动状态、检测位置) 30.轴向分散模型的四种边界条件为_______、_______、_______、_______。 (闭—闭式边界、开—闭式边界、闭— 开式边界、开—开式边界)

erf ( y ) ?

2

31.误差函数 erf 的定义式为______________。 (
erf ( y ) ? 2

?

?

y

e

?x

2

dx

0



32.误差函数的定义式为

?

?

y

e

?x

2

dx

0

,则 erf ( ?? ) ? _______, erf ( 0 ) ? _______。 ? 1 、0) (
2

? ? Pe 33.轴向分散模型的数学期望值 ? ? _______,方差 ? _______。[ , 34.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 (调匀度 S、流体的混合态)

1?

2

2(

1 Pe

) ? 8(

1 Pe

)

2

]

35.流体的混合程度常用调匀度 S 来衡量,如果 S 值偏离_______,则表明混合不均匀。 (1) 36.微观流体混合的混合态称为_______。 (非凝集态) 37.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合,这种流体称为_______。 (微观流体) 38.若流体是以若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合,且在混合时微团之间并不 发生物质的交换,微团内部则具有均匀的组成和相同停留时间,这种流体称为_______。 (宏观流体) 39.宏观流体混合的混合态称为_______。 (完全凝集态) 40.介于非凝集态与完全凝集态之间的混合态称为_______。 (部分凝集态) 41.在气—液鼓泡搅拌装置中,气体以气泡方式通过装置,_______是宏观流体,而_______为微观流体。 (气体、液 体) 42.在气—液喷雾塔中液体以液滴形式的分散相,_______是宏观流体,而_______为微观流体。 (液体、气体) 43.反应级数 n=_______时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 (1) 44.对于_______反应器,微观流体与宏观流体具有相同的反应结果。 (平推流) 45.当反应级数 n>1 时,宏观流体具有比微观流体_______的出口转化率。 (高) 46.当反应级数 n_______1 时,宏观流体具有比微观流体高的出口转化率。 (>) 47.当反应级数 n<1 时,宏观流体具有比微观流体_______的出口转化率。 (低) 48.当反应级数 n_______1 时,宏观流体具有比微观流体低的出口转化率。 (<〉 49.脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______。 (A) A. E(t)曲线 B. F(t)曲线 C. I(t)曲线 D. y(t)曲线 50.阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______。 (B) A. E(t)曲线 B. F(t)曲线 C. I(t)曲线 D. y(t)曲线 51.平推流流动的 E(t)曲线的方差 A. 0 B. 0~1
?
2

?

?

_______。 (A) C. 1

D. >1

52.全混流流动的 E(t)曲线的方差 ? _______。 (C) A. 0 B. 0~1 C. 1 D. >1 53.轴向分散模型的物料衡算方程在_______式边界条件下有解析解。 (D) A. 闭—闭 B. 开—闭 C. 闭—开 D. 开—开 54.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 (C) A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 55.反应级数 n=_______时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。(C) A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 2 56.当反应级数 n_______时,宏观流体具有比微观流体高的出口转化率。 (C) A. =0 B. =1 C. >1 D. <1 57.当反应级数 n_______时,宏观流体具有比微观流体低的出口转化率。 (D) A. =0 B. =1 C. >1 D. <1 58.当反应级数 n_______时,微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 (D) A. =0 B. =1 C. >1 D. <1 59.当反应级数 n_______时,微观流体具有比宏观流体低的出口转化率。 (C) A. =0 B. =1 C. >1 D. <1 60 停留时间分布密度函数 E(t)的含义? 答:在定常态下的连续稳定流动系统中,相对于某瞬间 t=0 流入反应器内的流体,在反应器出口流体的质点中,在
E ( t ) dt ? 1 . 0 器内停留了 t 到 t+dt 之间的流体的质点所占的分率为 E(t)dt(②分) 。 。 61.停留时间分布函数 F(t)的含义? 答:在定常态下的连续稳定流动系统中,相对于某瞬间 t=0 流入反应器内的流体
0

?

2

?

?

?

,在出口流体中停留时间小于 t 的物料所占的分率为 F(t) 。 62.简述描述停留时间分布函数的特征值?

F (t ) ?

?

t

E ( t ) dt

0



答:用两个最重要的特征值来描述——平均停留时间 t 和方差
?

?

2 t



t ? ? tE ( t ) dt 0 1) 1) t 定义式为: ,平均停留时间 t 是 E(t)曲线的分布中心,是 E(t)曲线对于坐标原点 的一次矩,又称 E(t)的数学期望。
2) 2 )

?
?

2 t

是表示停留时间分布的分散程度的量,在数学上它是指对于平均停留时间的二次矩
t E ( t ) dt ? t
2 2

。 63.简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类? 答:通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。所
0

?

2 t

?

?

谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统,通过观测该示踪 物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种: 脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。 64.简述脉冲示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线?答:脉冲示踪法是在定常态操作的连续流动系统的 入口处在 t=0 的瞬间输入一定量 M 克的示踪剂 A,并同时在出口处记录出口物料中示踪剂的浓度随时间的变化。对
E (t ) ? C
A

应的曲线为 E(t)曲线, 。 65.简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线?
C 答:阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统,在某瞬间 t=0 将流入系统的流体切换为含有示踪剂 A 且浓度为 A 0 的流体,同时保持系统内流动模式不变,并在切换的同时,在出口处测出出口流体中示踪剂 A 的浓度随时间的变化。

C0

F (t ) ?

C

A

C A0 对应的曲线为 F(t) , 。 66.简述建立非理想流动的流动模型的步骤? 答:1)通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布; 2) 根据 所得的有关 E(t)或 F(t)的结果通过合理的简化提出可能的流动模型,并根据停留时间分布的实验数据来确定 所提出的模型中所引入的模型参数; 3) 结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果; 4) 通过一定规 模的热模实验来验证模型的准确性。 67.简述非理想流动轴向扩散模型的特点? 答:1)在管内径向截面上流体具有均一的流速; 2)在流动方向上流体存在扩散过程,该过程类似于分子扩散,符合 Fick 定律; 3)轴向混合系数 EZ 在管内为定值; 4)径向不存在扩散; 5)管内不存在死区或短路流。 68.简述非理想流动轴向扩散模型的定义? 答:为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果,可借助这种返混与扩散 过程的相似性,在平推流的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正,并人为的假定该轴向返混过程可以用费克 (Fick)定律加以定量描述。所以,该模型称为“轴向分散模型” (或轴向扩散模型) 69.简述非理想流动多级混合模型的特点? 答:把实际的工业反应器模拟成由 n 个容积相等串联的全混流区所组成,来等效的描述返混和停留时间分布对反应
t ? V v0

N 。 过程内的影响。设反应器容积为 V,物料流入速率为 v0,则 , 70.举例说明微观流体和宏观流体的区别? 答;若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合,这种流体称为微观流体;若流体是以若干分子所组成的流体 微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合,且在混合时微团之间并不发生物质的交换,微团内部具有均匀的 组成和相同的停留时间,这种流体称为宏观流体。如在气—液鼓泡搅拌装置中,气体以气泡方式通过装置,此时气 体是宏观流体,而液体为微观流体。

ti ?

t

71.应用脉冲示踪法测定一容积为 12 l 的反应装置,进入此反应器的流体流速 0 =0.8(l/min) ,在定常态下脉冲的 输入 80 克的示踪剂 A,并同时测其出口物料中 A 的浓度 CA 随时间的变化,实测数据如下: t(min) CA(g/l) 0 0 5 3
2

v

10 5
2

15 5

20 4

25 2

30 1

35 0

? ? 试根据实验数据确定 E(t)曲线的方差 t 和 ? 。 解:首先对实验数据进行一致性检验,此时应满足:

?

?

0
?

C A dt ?
C A dt ?

M v0
5 3

? C0 ?

80 0 .8

? 100

?
?
2 t

[ 0 ? 2 ( 5 ? 4 ? 1 ) ? 4 ( 3 ? 5 ? 2 ? 0 )] ? 100

0

∴实验数据的一致性检验是满足的。 ∵

?
t ?

?

?

t E ( t ) dt ? t
2

2

0

V

?

12

? 15 (min)

v0 0 .8 其中 由数据计算得如下表:

t(min) E(t)=CA/C0

0 0

5 0.03

10 0.05

15 0.05

20 0.04

25 0.02

30 0.01

35 0

t E(t)

2

0
5 3

0.75

5

11.25

16

12.5

9

0

?

?

t E ( t ) dt ?
2

[ 0 ? 2 ( 5 ? 16 ? 9 ) ? 4 ( 0 . 75 ? 11 . 25 ? 12 . 5 ? 0 )] ? 263
2

0


?

?
2

2 t

? 263 ? (15 )

? 38

?

?

?
t

2 t 2

?

38 15
2

? 0 . 169

72.有一管式反应装置经脉冲示踪法实验测得如下表所示的数:
v0

=0.8 m /min;m=80kg;∴ 0 2 6.5

3

C0

=80/0.8=100 6 12.5 8 10
?
2 t

t(分) CA(kg/m )
3

4 12.5

10 5.0
?
2

12 2.5

14 1.0

16 0

0

试根据表列数据确定该装置的有效容积 V、平均停留时间 t 、方差 解:首先对实验数据进行一致性检验:



?



?
?

?

0
?

C A dt ?

M v0

? C 0 ? 100

0

C A dt ?

?t 3

?C A 1

? 4 (C

A2

?C

A4

?C

A6

?C

A8

) ? 2 (C

A3

?C

A5

?C

A7

)?C

A9

??

C 0 ? 100

∴一致性检验表明,脉冲示踪法所得的实验数据是合理的。 计算所得数据如下表所示: ti(分)
E (t ) i

0 0 0 0

2 0.065 0.13 0.26

4 0.125 0.5 2.0

6 0.125 0.75 4.5

8 0.100 0.80 6.4

10 0.050 0.50 5.0

12 0.025 0.30 3.60

14 0.010 0.140 1.960

16 0 0 0

t i E (t ) i

t i E (t ) i

2



t ?
t ?

?

?

tE ( t ) dt

0



2 ?t1 E (t ) 1 ? 4 (t 2 E (t ) 2 ? t 4 E (t ) 4 ? t 6 E (t ) 6 ? t 8 E (t ) 8 ) ? ? ? ? ? 6 . 187 (min) 3 ? 2 (t 3 E (t ) 3 ? t 5 E (t ) 5 ? t 7 E (t ) 7 ) ? t 9 E (t ) 9 ?
3

∴ V ? v t ? 0 . 8 ? 6 . 187 ? 4 . 95 ( m )
?
2 t

?

?
?
t

?

t E ( t ) dt ? t
2

2

? 47 . 25 ? ( 6 . 187 )

2

? 8 . 971

0

2 t 2

?

2

?

?

?

8 . 971 ( 6 . 187 )
2

? 0 . 234

? 0 . 082 73.某反应器用示踪法测其流量,当边界为开—开式时,测得 Ul ,在此反应器内进行一般不可逆反应, 此反应若在活塞流反应器中进行,转化率为 99%,若用多釜串联模型,求此反应器的出口转化率。

Ez

解:

?? ?
2

2 Pe

? 8(

1 Pe

)

2

? 0 . 2178

?

2

?

?

1 N
1

N ?

?

2

? 4 . 59

?

t ? C

A0

活塞流:
kt ?

?

xA

dx kC
A0

A

0

(1 ? x A )
? ln 1 1? xA ? 4 . 60

?

xA

d (1 ? x A ) 1? xA

0

xA ? 1? (1 ?

1 kt N )
N

x A ? 96 %
75.用多级全混流串联模型来模拟一管式反应装置中的脉冲实验,已知 1) 1) 推算模型参数 N; 2) 2) 推算一级不可逆等温反应的出口转化率。

?

2 t

? 8 . 971

,t

2

? 6 . 187 ,求

?
解:1)

2

?

?

?
t

2 t 2

?

8 . 971 6 . 187
2

? 0 . 234

N ?

1

?

2

? 4 . 27

?

取 N=4

xA ? 1?

1 kt
N

? 0 . 566

(1 ? ) N 2) 第五章 非均相反应动力学 1.工业催化剂所必备的三个主要条件是:_______、_______、_______。 (活性好、选择性高、寿命长) 2.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的,而化学吸附是靠_______结合的。 (范德华力、化学键 力) 3.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的,而化学吸附是_______分子层的。 (多、单) 4.气体在固体表面上发生吸附时,描述在一定温度下气体吸附量与压力的关系式称为_______。 (吸附等温方程) 5. _______吸附等温方程式是假定吸附热是随着表面覆盖度的增加而随幂数关系减少的。 (Freundlich) 6._______吸附等温方程式是按吸附及脱附速率与覆盖率成指数函数的关系导出的。 (Temkin) 7.固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于_______方程。 (BET) 8.在气—固相催化反应中,反应速率一般是以单位催化剂的重量为基准的,如反应 A→B,A 的反应速率的定义为

? 1 dn A ? W dt ) _______。 ( 9.对于气—固相催化反应,要测定真实的反应速率,必须首先排除_______和_______的影响。 (内扩散、外扩散) ? rA ?
10.测定气固相催化速率检验外扩散影响时,可以同时改变催化剂装量和进料流量,但保持_______不变。 W F A 0 ) ( 11.测定气固相催化速率检验外扩散影响时,可以同时改变_______和_______,但保持 W F A 0 不变。 (催化剂装量、 进料流量) 12.测定气固相催化速率检验内扩散影响时,可改变催化剂的_______,在恒定的 W F A 0 下测_______,看二者的变 化关系。[粒度(直径
d
p

) 、转化率]
d
p

13.测定气固相催化速率检验内扩散影响时,可改变催化剂的粒度(直径

) ,在恒定的_______下测转化率,看二

者的变化关系。 W F A 0 ) ( 14.催化剂回转式反应器是把催化剂夹在框架中快速回转,从而排除_______影响和达到气相_______及反应器 _______的目的。 (外扩散、完全混合、等温) 15.流动循环(无梯度)式反应器是指消除_______、_______的存在,使实验的准确性提高。 (温度梯度、浓度梯度) 16.对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当孔径较大时,扩散阻力是由_______所致。 (分子间碰撞) 17.对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当孔径较大时,扩散阻力是由分子间碰撞所致,这种扩散通常称为 _______。[分子扩散(容积扩散)] 18.对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约_______时,分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 (0.1um)

19.对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约 0.1um 时,_______为扩散阻力的主要因素。 (分子与 孔壁的碰撞) 20.对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约 0.1um 时,分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素, 这种扩散称为_______。 (努森扩散) 21.等温催化剂的有效系数η 为催化剂粒子的______________与催化剂内部的_______________________________ 之比。 (实际反应速率、浓度和温度与其外表面上的相等时的反应速率)
R kV C S De
m ?1

22.气—固相催化反应的内扩散模数 ? S ? _______,它是表征内扩散影响的重要参数。 (
R kV C S
m ?1



De 23.气—固相催化反应的内扩散模数 ? S ? ,它是表征内扩散影响的重要参数,数值平方的大小反映了 _______与_______之比。 (表面反应速率、内扩散速率)

24.气—固相催化反应的内扩散模数 ? S 的大小可判别内扩散的影响程度, ? S 愈大,则粒内的浓度梯度就_______, 反之, ? S 愈小,内外浓度愈近于_______。 (愈大、均一) 25.催化剂在使用过程中,可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活,也可能由于化学物质 造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 (物理、化学) 26.催化剂的失活可能是由于某些化学物质的中毒引起的,关于中毒的两种极端情况是_______与_______。 (均匀中 毒、孔口中毒) 27.描述气—固相非催化反应的模型有: _______、_______、_______。 (整体均匀转化模型、粒径不变的缩核模型、 粒径缩小的缩粒模型) 28.对于气—固相非催化反应的缩核模型,反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进,但粒子体积_______。 (不变) 29.煤炭燃烧属于气—固相非催化反应,粒径随着反应进行而不断的缩小,这种模型属于粒径缩小的_______模型。 (缩粒) 30.硫化矿的燃烧、氧化铁的还原都属于气—固相非催化反应,反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进,但粒子体 积不变,这种模型属于粒径不变的_______模型。 (缩核) 31.膜内转化系数γ 值的大小反映了在膜内进行的那部分反应可能占的比例, 因而可以用来判断_______的程度。 (反 应快慢) 32.测定气—液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气相和液相中的_______,使反应在动力学 区域内进行。 (扩散阻力) 33.下列哪种物质属于半导体催化剂_______。 (B) A. 金属 B. 金属硫化物 C. 金属盐类 D.酸性催化剂 34.下列哪种物质属于绝缘体催化剂_______。 (D) A. 金属 B. 金属氧化物 C. 金属盐类 D.酸性催化剂 35.骨架 Ni 催化剂的制备是将 Ni 与 Al 按比例混合熔炼,制成合金,粉碎以后再用苛性钠溶液溶去合金中的 Al 而 形成骨架,这种制备方法是_______。 (A) A. 溶蚀法 B. 热熔法 C. 沉淀法 D. 混合法 36.下列不属于 Langmuir 型等温吸附的假定的是_______。 (B) A. 均匀表面 B. 多分子层吸附 C. 分子间无作用 D. 吸附机理相同 37.下列属于理想吸附等温方程的是_______。 (A) A. Langmuir 型 B. Freundlich 型 C. Temkin 型 D. BET 型 38.测量气—固相催化反应速率,在确定有无外扩散影响时是在没有改变_______的条件下进行实验的。 (D)
W / F A0 A. 催化剂装置 B. 催化剂装量 C. 进料流量 D. 39.当催化剂颗粒的微孔的孔径小于分子的自由程_______时,分子与孔壁的碰撞成了扩散阻力的主要因素,这种扩 散称为努森扩散。 (B) A. 0.01um B. 0.1um C. 1um D. 1nm

40.催化剂颗粒扩散的无因次扩散模数 A. 扩散速率 B. 外扩散速率 41.气固催化反应的内扩散模数 A. 厚度/2 B. R 42.气固催化反应的内扩散模数 A. 厚度/2 B. R

?

S

? R

kV C

m ?1 S

/ De

C. 内扩散速率
kV C
m ?1 S

值的大小反映了表面反应速率与_______之比。 (C) D. 实际反应速率

?L ? L

/ De

C. R/2
?L ? L
kV C
m ?1 S

, 其中 L 为特征长度, 若颗粒为圆柱形则 L=_______。 (C) D. R/3 ,其中 L 为特征长度,若颗粒为球形则 L=_______。 (D) D. R/3

/ De

C. R/2

43.气固催化反应的内扩散模数 A. 厚度/2 B. R

?L ? L

kV C

m ?1 S

/ De

C. R/2
?

, 其中 L 为特征长度, 若颗粒为平片形则 L=_______。 (A) D. R/3
? kdCi ?
m d

d? dt

44.催化剂在使用过程中会逐渐失活,其失活速率式为 d 为_______。 (B) A. ≈0 B. =1 C. →3
?

,当平行失活对反应物无内扩散阻力时,

D. ≈1
d? dt ? kdCi ?
m d

45.催化剂在使用过程中会逐渐失活,其失活速率式为 时,d 为_______。 (C) A. ≈0 B. =1 C. →3
?

,当平行失活对反应物有强内扩散阻力

D. ≈1
d? dt d? ? kdCi ?
m d

46.催化剂在使用过程中会逐渐失活,其失活速率式为 A. ≈0 B. =1 C. →3
?

,当串联失活时,d 为_______。 (D) D. ≈1
d

dt 47.催化剂在使用过程中会逐渐失活,其失活速率式为 ,当进料中的杂质吸附极牢以及对产物 无内扩散阻力时,d 为_______。 (A) A. ≈0 B. =1 C. →3 D. ≈1 48.下列非催化气—固相反应,属于粒径缩小的缩粒模型的是_______。 (D) A. 硫化矿的焙烧 B. 分子筛的焙烧 C. 氧化铁的还原 D. 煤炭的燃烧 49.下列非催化气—固相反应,属于粒径缩小的缩粒模型的是_______。 (B) A. 硫化矿的焙烧 B. 焦碳与硫磺的反应 C. 氧化铁的还原 D. 分子筛的焙烧 50.下列非催化气—固相反应,属于粒径不变的缩核模型的是_______。 (C) A. 煤炭的燃烧 B. 焦碳与硫磺的反应 C. 氧化铁的还原 D. 水煤气反应 51.气—液相反应中的膜内转化系数γ 在_______范围内,反应几乎全部在在液相主体内进行的极慢反应。 (A) A. <0.02 B. 0.02<γ <2 C. ≥2 D. >2 52.气—液相反应中的膜内转化系数γ 在_______范围内,反应为在液膜内进行的瞬间反应及快速反应。 (D) A. <0.02 B. 0.02<γ <2 C. ≥2 D. >2 53.气—液相反应中的膜内转化系数γ 在_______范围内,反应为中等速率的反应。 (B) A. <0.02 B. 0.02<γ <2 C. ≥2 D. >2 54.对于气—液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应,为提高反应速率,应选用_______装置。 (C) A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 55.对于气—液相反应中等速率反应,为提高反应速率,使其转变为快反应应选用_______装置。 (D) A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 56 简述 Langmuir 等温吸附方程的基本特点? 答:1)均匀表面(或理想表面) :即催化剂表面各处的吸附能力是均一的,吸附热与表面已被吸附的程度如何无关; 2) 2) 单分子层吸附; 3)被吸附的分子间互不影响,也不影响别的分子; 4)吸附的机理均相同,吸附形成的络合物均相同。 57.简述 BET 方程测定固体催化剂比表面积的原理?
P V ( P0 ? P ) ? 1 VmC ? ( C ? 1) P V m CP 0

? kdCi ?
m

答:测定比表面积的方法是建立在 BET 方程基础之上
P P V ( P0 ? P )

,利用低温下测定气体在
1

( C ? 1)

固体上的吸附量和平衡分压值,将



P0

作图,应为一直线,斜率为

VmC

,截距为

VmC

,因此

V 可求出 m 及 C ,则可利用比表面积公式进行求得。 58.气—固相催化反应的动力学步骤?答:1 反应物从气流主体向催化剂的外表面和内孔扩散 2)反应物在催化剂表 面上吸附 3 吸附的反应物转化成反应的生成物 4)反应生成物从催化剂表面上脱附下来 5) 脱附下来的生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散。 59.解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势? 答:多孔物质催化剂的粒内扩散较为复杂。当微孔孔径较 大时,分子扩散阻力是由于分子间的碰撞所致,这种扩散为分子扩散。当微孔孔径小于分子的自由程 0.1um 时,分 子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞,而成为扩散阻力的主要因素,这种扩散为努森扩散。 60.简述非催化气固反应缩核模型的特点? 答:非催化气固反应缩核模型是反应从粒子外表面逐渐向内核部分推 进,但粒子体积不变,如硫化矿的焙烧,氧化铁的还原等。

61.简述非催化气固反应缩粒模型的特点? 答:非催化气固反应缩粒模型是固体粒子的粒径随反应的进行向不断缩 小,如煤炭的燃烧造气,从焦碳与硫磺蒸汽制造二硫化碳。 62.简述气—液反应的宏观过程:A(g) + bB(l)→ 产物(l)? 答:1)反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面,在界面上假定达到气液相平衡; 2)反应物气相组分 A 从气液相界面扩散入液相,并在液相内反应; 3)液相内的反应产物向浓度下降方向扩散,气相产物则向界面扩散; 4)气相产物向气相主体扩散。 第六章 固定床反应器 1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。 (固定床反应器) 2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点,但更主要的是床层内流体的流动接近于_______,因此与返混式的反应器 相比,可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。 (平推流) 3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点,但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流,因此与返混式的反应器相 比,可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。 (较少量、较小) 4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。 (拟均相、非均相) 5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。 (温度、浓度) 6.描述固定床反应器的数学模型,忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。 (拟均相模型) 7.描述固定床反应器的数学模型,考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。 (非均相模型) 8.描述固定床反应器的拟均相模型,根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型, 和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。 (一维、二维) 9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积 10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面

VP

的球粒子直径,表达式

dV
d

=_______。 (
a

( 6V P / ? )

1/3

) )

aP

相同的球形粒子的直径,表达式
SV

=_______。 (
d
S

aP /?

11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面 12. 对 于 非 球 形 粒 子 , 其 外 表 面 积

的球形粒子直径来表示,表达式
aS

=_______。 (

6 / SV



aP

必大于同体积球形粒子的外表面积

,故可定义颗粒的形状系数

?

S

?

_______。 (

aS / aP



13.颗粒的形状系数

?

S

对于球体而言,

?

S

?

_______,对于其他形状的颗粒

?

S

_______。 (=1、均小于 1)

14.固定床的_______定义为水力半径
de

RH

的四倍,而水力半径可由床层空隙率及单位床层体积中颗粒的润湿表面积

来求得。 (当量直径 ) 15.固定床中的传热实质上包括了_______、_______以及_______几个方面。 (粒内传热、颗粒与流体间的传热、床 层与器壁的传热) 16.绝热床反应器由于没有径向床壁传热,一般可以当作平推流处理,只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化, 因此一般可用_______模型来计算。 (拟均相一维) 17.对于可逆的放热反应,存在着使反应速率最大的最优温度
T eq ? T opt ? R ln E2
T opt

和平衡温度

T eq

,二者的关系为______________。

T ? T opt E 2 ? E1 E1 ( eq ) 18.对于固定床反应器,当某一参数变化到一定程度时就可能使床层温度迅速升高,这种现象俗称_______,它是固 定床反应器设计和操作中所应注意的问题。 (飞温) 19.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。 (A) A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 20.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。 (A) A. 粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 21 简述固定床反应器的优缺点? 答:凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。 1) 催化剂在床层内不易磨损; 2) 床层内流体的流动接近于平推流,与返混式反应器相比,用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大 的生产能力; 3) 固定床中的传热较差; 4) 催化剂的更换必须停产进行。

22.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相模型的特点?

答:凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。拟均相模型忽略了床层中 粒子与流体间温度与浓度的差别。 23.简述气固相催化反应固定床反应器非均相模型的特点? 答:凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。非均相模型考虑了粒子与 流体间温度与浓度的差别。 24.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相一维模型的特点? 答:凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。拟均相一维模型是忽略床 层中粒子与流体的温度与浓度差别,考虑在流体流动的方向(轴向)上有温度和浓度的变化,而在与流向垂直的截 面上(径向)则是等温和等浓度的。 25.简述气—固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点? 答:凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置为固定床反应器,拟均相二维模型是忽略床层中 粒子与流体间温度与浓度的差别(,同时考虑流体在轴向和径向上的温度梯度和浓度梯度。 26.简述表征颗粒特征的基本参数粒径的表示方法? 答:固定床中粒径的表示方法常用的有三种。颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积
dV

VP

的球粒子直径,表达式
d
a

=

( 6V P / ? )

1/3

;颗粒的面积相当直径是以外表面
SV

aP

相同的球形粒子的直径,表达式
d
S

=

aP /?

;颗粒的

比表面相当直径是以相同的比表面

的球形粒子直径来表示,表达式

=

6 / SV



第七章 流化床反应器 1.所谓流态化就是固体粒子像_______一样进行流动的现象。 (流体) 2.对于流化床反应器,当流速达到某一限值,床层刚刚能被托动时,床内粒子就开始流化起来了,这时的流体空线 速称为_______。 (起始流化速度) 3.对于液—固系统的流化床,流体与粒子的密度相差不大,故起始流化速度一般很小,流速进一步提高时,床层膨 胀均匀且波动很小,粒子在床内的分布也比较均匀,故称作_______。 (散式流化床) 4.对于气—固系统的流化床反应器,只有细颗粒床,才有明显的膨胀,待气速达到_______后才出现气泡;而对粗 颗粒系统,则一旦气速超过起始流化速度后,就出现气泡,这些通称为_______。 (起始鼓泡速度、鼓泡床) 5.对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统,气速超过起始流化速度后,就出现气泡,气速愈高,气泡的聚并 及造成的扰动亦愈剧烈,使床层波动频繁,这种流化床称为_______。 (聚式流化床) 6.对于气—固系统的流化床反应器,气泡在上升过程中聚并并增大占据整个床层,将固体粒子一节节向上推动,直 到某一位置崩落为止,这种情况叫_______。 (节涌) 7.对于流化床反应器,当气速增大到某一定值时,流体对粒子的曳力与粒子的重力相等,则粒子会被气流带出,这 一速度称为_______。 (带出速度或终端速度) 8.对于流化床反应器,当气速增大到某一定值时,流体对粒子的_______与粒子的_______相等,则粒子会被气流带 出,这一速度称为带出速度。 (曳力、重力)
u / u mf 9.流化床反应器的 t 的范围大致在 10~90 之间,粒子愈细,比值_______,即表示从能够流化起来到被带出 为止的这一范围就愈广。 (愈大)

U U U mf 10.流化床反应器中的操作气速 0 是根据具体情况定的,一般取流化数 0 在_______范围内。 (1.5~10) 11.对于气—固相流化床,部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙外,多余的气体都以气泡状态通过床层, 因此人们把气泡与气泡以外的密相床部分分别称为_______与_______。 (泡相、乳相) 12.气—固相反应系统的流化床中的气泡,在其尾部区域,由于压力比近傍稍低,颗粒被卷了进来,形成了局部涡 流,这一区域称为_______。 (尾涡) 13.气—固相反应系统的流化床中的气泡在上升过程中,当气泡大到其上升速度超过乳相气速时,就有部分气体穿 过气泡形成环流,在泡外形成一层所谓的_______。 (气泡云) 14.气—固相反应系统的流化床反应器中的气泡,_______和_______总称为气泡晕。 (尾涡、气泡云)

15.气—固相反应系统的流化床中,气泡尾涡的体积

VW

约为气泡体积

Vb

的_______。 (1/3)
L
f

16.气—固相反应系统的流化床,全部气泡所占床层的体积分率
L
f

?

b

可根据流化床高

和起始流化床高

L mf

来进行

? L mf

Lf ? ? 计算,计算式为 b _______。 ( ) 17.在气—固相反应系统的流化床中设置分布板,其宗旨是使气体_______、_______、_______和_______为宜。 (分

布均匀、防止积料、结构简单、材料节省)

u0

?
18.在流化床中设计筛孔分布板时,可根据空床气速 u 0 定出分布板单位截面的开孔数 N

or =_______。 ( 4 ) 19.在流化床中设计筛孔分布板时,通常分布板开孔率应取约_______,以保证一定的压降。 (1%) 20.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触,常在床内设置内部构件,以垂直管最为常用,它同时具有 _______,_______并甚至_______的作用。 (传热、控制气泡聚、减少颗粒带出) 21.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触,常在床内设置内部构件,但很少使用水平构件,它对颗粒和气 体的上下流动起一定的阻滞作用,从而导致床内产生明显的_______梯度和_______梯度。 (温度、浓度) 22.在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触,常在床内设置内部构件,但很少使用水平构件,它对颗粒和气 体的上下流动起一定的_______作用,从而导致床内产生明显的温度梯度和浓度梯度。 (阻滞) 23.气—固相反应系统的流化床反应器中,由于上升气泡的尾涡中夹带着颗粒,它们在途中不断的与周围的颗粒进 行着交换,大量的颗粒被夹带上升,这种循环相当剧烈,所以自由床中的颗粒可认为是_______的。 (全混) 24.气—固相反应系统的流化床存在着_______、_______、_______及_______四类区域。 (气泡区、泡晕区、上流区、 回流区) 25.当气流连续通过流化床的床层时,床层内那些带出速度小于操作气速的颗粒将不断被带出去,这种现象称为 _______。 (场析) 26. 当气流连续通过流化床的床层时,床层内那些带出速度_______操作气速的颗粒将不断被带出去,这种现象称 为场析。 (小于) 27.如果在流化床反应器的出口处要加二级旋风分离系统作为回收装置时,旋风分离器的第一级入口理应安置在 _______处。 (分离高度) 28.在流化床反应器中,当达到某一高度以后,能够被重力分离下来的颗粒都以沉积下来,只有带出速度小于操作 气速的那些颗粒才会一直被带上去,故在此以上的区域颗粒的含量就近乎恒定了,这一高度称作_______。 (分离高 度) 29.描述流化床的数学模型,对于气、乳两相的流动模式一般认为气相为_______,而对乳相则有种种不同的流型。 (平推流) 30.描述流化床的数学模型,对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流,而对_______相则有种种不 同的流型。 (气、乳) 31.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中,各参数值均为恒值,不随床高而变,但与 气泡的大小_______。 (有关) 32.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中,各参数值均为_______,不随床高而变,但 与气泡的大小有关。 (恒值) 33.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅱ级模型中,各参数值均为恒值,不随_______而变,但 与气泡的大小有关。 (床高) 34.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅰ级模型中,各参数值均为恒值,不随床高而变,但与 气泡的大小_______。 (无关) 35.描述流化床的数学模型,按照模型考虑的深度而分的第Ⅲ级模型中,各参数均与气泡的大小_______,而气泡大 小则沿_______而变。 (有关、床高)

d or u or

2

36.描述流化床的气泡两相模型,以 其余部分(
U
0

U

0

的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始流化速度

U

mf

通过,而

?U

mf

)则全部以_______的形式通过。 (气泡)
U
0

37.描述流化床的气泡两相模型,以

的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始流化速度

U

mf

通过,而

U ? U mf 其余部分_______则全部以气泡的形式通过。[( 0 )] 38.描述流化床的气泡两相模型,气泡相为向上的_______式流动,其中无催化剂粒子,故不起反应,气泡大小均一。 (平推) 39.描述流化床的气泡两相模型,反应完全在乳相中进行,乳相流动状况可假设为_______或_______。 (全混流、平 推流) 40.描述流化床的气泡两相模型,反应完全在_______相中进行,乳相流动状况可假设为全混流或平推流。 (乳) 41.描述流化床的气泡两相模型,气泡与乳相间的交换量 Q 为_______与_______之和。 (穿流量 q、扩散量)

U / U mf 42.描述流化床的鼓泡床模型,它相当于 0 _______时,乳相中气体全部下流的情况,工业上的实际操作大 多属于这种情况。 (>6~11) 43. 描 述 流 化 床 的 鼓 泡 床 模 型 , 由 于 气 速 较 大 , 因 此 该 模 型 假 定 __________________________________ , _____________________________,这样只需计算气泡中的气体组成便可算出反应的转化率。 (床顶出气组成完全可 用气泡中的组成代表,而不必计及乳相中的情况) 44.流化床反应器的开发和放大,国内外都有许多成功的经验,但一般都是从_______、_______、_______方面进行

考虑和改进的。 (催化剂性能、操作条件、床层结构) 45._______是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程。 (多相反应过程) 46.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 (两个或更多) 47.当前用于描述气—液两相流相间传质的模型有两大类:一是按_______来处理的双膜模型;一是按_______处理 模型,如溶质渗透模型和表面更新模型。 (稳态扩散、非稳态扩散) 48.当前用于描述气—液两相流相间传质的模型有两大类:一是按稳态扩散来处理的_______;一是按非稳态扩散处 理模型,如_______和_______。 (双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型)
U U mf U 49.流化床反应器中的操作气速 0 是根据具体情况定的,一般取流化数 0 在_______范围内。 (B) A. 0.1~0.4 B. 1.5~10 C. 10~15 D. 0.4~1.5

U U u 50.流化床反应器中的操作气速 0 是根据具体情况定的,一般取流化数 0 t 在_______范围内。 (A) A. 0.1~0.4 B. 1.5~10 C. 10~15 D. 0.4~1.5

51.在流化床反应器中,气泡的尾涡体积 V w 约为气泡体积 V b 的_______。 (B) A. 1/4 B. 1/3 C. 2/3 D. 1/2 52.下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点_______。 (C) A. 各参数均为恒值 B. 参数值不随床高而变 C. 参数值与气泡大小无关 D. 参数值与气泡大小有关 53 简述聚式流化床的形成? 答:对于气—固系统的流化床反应器的粗颗粒系统,气速超过起始流化速度后,就出现气泡,气速愈高,气泡的聚 并及造成的扰动亦愈剧烈,使床层波动频繁,这种流化床称为聚式流化床。 54.简述鼓泡床的形成? 答:对于气—固系统的流化床反应器,只有细颗粒床,才有明显的膨胀,待气速达到起始鼓泡速度后才出现气泡; 而对粗颗粒系统,则一旦气速超过起始流化速度后,就出现气泡,这些通称为鼓泡床。 55.简述描述流化床的特征流速的定义? 答:特征流速为起始流化速度和带出速度。 1)当流速达到某一限值,床层刚刚能被托动时,床内粒子就开始流化起来了,这时的流体空线速称为起始流 化速度。 2)当气速增大到某一定值时,流体对粒子的曳力与粒子的重力相等,则粒子会被气流带出,这一速度称为带 出速度或终端速度。 56.简述流化床反应器中节涌床的特点? 答:对于气—固系统,床径很小,而床高与床径比较大时,气泡在上升过程中可能聚并增大甚至达到占据整个床层 截面的地步,将固体粒子一节节的往上柱塞式的推动,直到某一位置而崩落为止,这种情况为节涌,此时的流化床 为节涌床。 57.简述流化床反应器的优点? 答:1)传热效能高,而且床内温度易维持均匀; 2) 大量固体粒子可方便的往来输送,对于催化剂迅速失活而需随时再生的过程来说,能够实现大规模的连续 生产。 3) 由于粒子细,可以消除内扩散阻力,能充分发挥催化剂的效能。 58.简述流化床反应器的缺点? 答:1)气流状况不均,不少气体以气泡状态经过床层,气—固两相接触不够有效; 2)粒子运动基本上是全混式,因此停留时间不一。在以粒子为加工对象时,影响产品质量的均一性, )且粒子 的全混造成了气体的部分返混,影响反应速率和造成副反应的增加; 3)粒子的磨损和带出造成催化剂的损失,并要设置旋风分离器等粒子回收系统。 59.简述流化床反应器中操作气速 U0 是如何选取的? 答:实用的操作气速 U0 是根据具体情况选取的。一般 按
U
0

U

0

/U

mf

之值(称作流化数)在 1.5~10 范围的,另外也有

/ u t ? 0 .1 ~ 0 .4

左右来选取。通常所用的气速为 0.15~0.5m/s 左右,对于热效应不大,反应速度慢,催

化剂粒度细,筛分宽,床内无内部构件和要求催化剂的带出量少的情况,宜选用较低气速,反之,则用较高气速。

60.简述气泡的结构及其行为? 答;气泡的顶是呈球形的,尾部略为内凹,在尾部区域,由于压力比近傍稍低,颗粒被卷了进来,形成局部涡流, 这一区域称为尾涡。在气泡的上升的途中,不断有一部分颗粒离开这一区域,另一部分颗粒补充进来,这样就把床 层下部的颗粒夹带上去而促进了全床颗粒的循环与混合。部分气体可穿过气泡进行物质交换,在泡外形成一环流, 称为气泡云。尾涡与气泡云随气泡上升,其中所含粒子浓度与乳相中几乎相同,二者浑然一体,形成气泡晕。 第八章 其他多相反应器 1.双膜模型设想在气—液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜,而把气、液两相阻力集中在这两个流 体膜内,而假定气相主体和液相主体内组成_______,不存在着传质阻力。 (均一) 2.双膜模型设想在气—液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的_______和_______,而把气、液两相阻力集中在这 两个流体膜内,而假定气相主体和液相主体内组成均一,不存在着传质阻力。 (气膜、液膜) 3.双膜模型把复杂的相间传质过程模拟成_____________________的叠加,相间传质总阻力等于双膜传质阻力的加 和。 (串联的稳定的双膜分子扩散过程) 4. 双 膜 模 型 把 复 杂 的 相 间 传 质 过 程 模 拟 成 串 联 的 稳 定 的 双 膜 分 子 扩 散 过 程 的 叠 加 , 相 间 传 质 总 阻 力 等 于 _____________________。 (双膜传质阻力的加和) 5.将双膜理论应用于气—液相反应过程,根据扩散与反应速率的相对大小的不同,可以把反应分成四类:_______、 _______、_______、_______。 (极慢反应、慢速反应、快反应、瞬间反应) 6.在进行气—液相反应器设计时同样包括两方面的内容。首先是根据气—液反应系统的动力学特征选择正确的 _______,然后结合反应器的特性来确定能满足给定生产任务的_______。 (反应器型式、反应器几何尺寸) 7.在进行气—液相反应器设计时同样包括两方面的内容。首先是根据气—液反应系统的_______选择正确的反应器 型式,然后结合_______来确定能满足给定生产任务的反应器几何尺寸。 (动力学特征、反应器的特性) 8.气—液—固体系的浆态反应器可以通过_______的作用,也可以仅仅借助_______作用使催化剂的固体细粒很好的 分散于液体中并形成淤浆状,这两种类型的浆态反应器在工业上均有采用。 (机械搅拌、气体的鼓泡) 9.简述流化床反应器的开发和放大时考虑的问题? 答:主要是通过以下三个方面来考虑: 1)催化剂的性能。催化剂必须具有良好的活性、选择性和稳定性;催化剂的粒度和粒度分布能维持良好的流 化质量。 2)操作条件要注意放大效应的影响; 3)床层结构上通过分布板和内部构件两方面来考虑,增加气液的接触面积和有效的传热,维持一定的压降。 10.简述双膜理论? 答:该模型设想在气—液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜,而把气液两相阻力集中在这两个流体 膜内,而假定气相主体和液相主体内组成均一,不存在传质阻力。组分是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过 程来进行传质的,通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡。因此,把复杂的相间传质过程模 拟成串联的稳定的双膜分子扩散过程的叠加,相间传质总阻力等于传质阻力的加和。 11.简述气—液相反应器的设计所包含的内容? 答:首先是根据气—液反应系统的动力学特征来选择正确的反应器型式,然后结合反应器特性来确定能满足给定生 产任务的反应器几何尺寸。 12.简述气—液相反应器型式的选择应考虑的因素? 答:1)气、液的接触方式,即气体和液体在器内的流动模式;
k k 2)相间传质系数 GA 、 LA ; 3)气、液流动速率; 4)气—液反应控制区的考虑。 13.以纯液体在悬浮催化剂上的加氢反应为例来说明气—液—固反应的过程? 答:1)气相中的反应组分(如氢气)通过气膜向气液界面的扩散传质; 2)氢在气液界面上溶解,假定达到平衡,然后通过液膜向液相主体内进行扩散; 3)氢在液相主体内具有均一的浓度,它将进一步通过固体表面上的液膜从液相主体向固体粒子表面扩散; 4)气相反应组分和液相反应组分在固体表面上发生反应; 5)整个反应过程就是按上述步骤依次的进行。

化学反应工程试题 班级 姓名 学号 号 一、请在下列各题中各选择一个最适当的答案(每题 1 分,共 40 分) 1. ( )不是反应程度的特点 A 总为正值 B 各反应组分的反应程度相同 C 随反应时间而变 D 与反应计量系数无关 2. -rA=kCAn 中,式中的负号意味着( ) A 反应速率常数为负值 B 反应速率随浓度的下降而减小 C 公式表示的是 A 的消耗速率 D dcA/dt 为正值 3. 返混的定义是( ) A 不同空间位置的粒子的混合 B 不同停留时间的粒子的混合 C 参与不同反应的粒子的混合 D 不同反应器内粒子的混合 4. 自催化反应当转化率为零时反应速率( ) A 最大 B 出现极值点 C 为负值 D 为 0 5. 平推流反应器中诸参数不随( )而变 A 反应物的组成 B 反应器的轴向位置 C 反应器的空间时间 D 反应器的径向位置 6. 在平推流反应器进行某一变容反应,若?A>0,则空间时间?将( )平均停留时间 A 等于 B 小于 C 大于 D 接近于 7. 对反应级数大于零的单一反应, 对同一转化率, 其反应级数越小, 全混流反应器与平推流反应器的体积比 ( ) 。 A 不变 B 变大 C 变小 D 不好说 8. 复合反应的瞬时选择性定义为( ) A 生成目的产物消耗的反应物与所有消耗的反应物的比值 B 生成副产物消耗的反应物与生成目的产物消耗的反应 物的比值 C 目的产物的净生成速率与反应物的消耗速率的比值 D 副产物的生成速率与目的产物的净生成速率的比值 9. 空间时间的定义是( ) A 停留时间与非生产时间的和 B 实际反应时间与真实停留时间的和 C 反应器有效容积与入口体积流率的比值 D 反应物微元在反应器内经历的时间 10. 平推流反应器的无因次方差为( ) A 1 B 2 C -1 D 0 11. 对反应级数大于零的单一反应,随着转化率的增加,所需全混流反应器与平推流反应器的体积比( ) A 不变 B 增加 C 减小 D 不一定 12. 由脉冲示踪实验可以直接获得的是( ) A 停留时间分布函数 B 停留时间分布密度函数 C 平均停留时间 D 方差 13. 非理想流动反应器的方差随偏离平推流反应器的程度而( ) A 减少 B 增大 C 先增大后减少 D 不变 14. 非理想流动反应器的停留时间分布函数曲线是( ) A 单调递减的 B 单调递增的 C 有极大值的 D 不好说 15. 所谓对比时间是指( ) A 反应器内的真实停留时间与平均停留时间的比值 B 反应器内的真实停留时间与空间时间的比值 C 平推流反应器停留时间与全混流反应器停留时间的比值 D 全混流反应器停留时间与平推流反应器停留时间的比 值 16. 所谓开式边界条件,是指( ) A 反应器入口是敞开的 B 反应物流在边界处有流型变化 C 反应器出口是敞开的 D 反应物流在边界处没有流型变化 17. 催化剂不可以( ) A 改变反应速率 B 改变反应平衡 C 改变反应产物 D 抑制副反应 18. 化学吸附的吸附温度( ) A 高于被吸附物的沸点 B 低于被吸附物的沸点 C 正好是被吸附物的沸点 D 都可以

19. Langmuir 吸附模型基本假定不包括( ) A 催化剂表面活性中心分布均匀 B 被吸附的分子间互不影响 C 每个活性中心只能吸附一个分子 D 吸脱附活化能与表面覆盖率呈线性关系 20. 控制步骤意为( ) A 各步骤中进行最快的 B 最先达到平衡的 C 各步骤中进行最慢的 D 不可逆的 6.基于理想吸附假定,得到的是( ) A 指数型动力学方程 B 对数型动力学方程 C 幂函数型动力学方程 D 双曲型动力学方程 21. 当催化剂孔径( )分子平均自由程时,分子扩散属努森扩散 A 大于 B 小于 C 等于 D 远大于 22. 席勒模数的物理意义是( ) A 实际反应速率与实际扩散速率的比值 B 最大反应速率与实际扩散速率的比值 C 实际反应速率与最大扩散速率的比值 D 最大反应速率与最大扩散速率的比值 23. 等温条件下催化剂的席勒模数( ) A 与反应级数关系不大 B 与扩散系数关系不大 C 与速率常数关系不大 D 与颗粒形状关系不大 24. 在非等温条件下,催化剂颗粒的有效因子( ) A 有可能大于一 B 不可能大于一 C 一定大于一 D 与等温条件下相同 25. Da 坦克莱(Damkolher)准数涉及( )的描述 A 催化剂内扩散 B 催化剂失活 C 催化剂外扩散 D 催化剂床层装填 26. 内扩散使连串反应的选择性( ) A 提高 B 下降 C 不变 D 为零 27. 减小内扩散影响的措施不包括( ) A 减小催化剂粒径 B 增大催化剂孔径 C 提高反应温度 D 改变催化剂孔结构 28. 彼克列准数 Pe 表示了( ) A 轴向传热的度量 B 径向传热的度量 C 轴向扩散的度量 D 径向扩散的度量 29. 床层空隙率在靠近壁面处( )远离壁面处 A 大于 B 小于 C 等于 D 没规律 30. 填充均匀颗粒的床层,不考虑壁效应,其空隙率随粒子的增大而( ) A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定 31. 一维拟均相平推流模型,拟均相是指( ) A 只有一相 B 均为轴向 C 所有固体粒子视为一相 D 流体和固体视为一相 32. 拟均相二维模型中,径向有效导热系数( ) A 是流体的物性参数 B 是颗粒的物性参数 C 是流体与颗粒物性参数的结合 D 不是物性参数 33. 所谓绝热温升,是指( ) A 反应物流在绝热情况下 100%转化的温升 B 反应物流在绝热情况下的最大温升 C 催化剂在单位时间内的最大温升 D 反应器的最大允许温升 34. 化学增强因子β 的定义是,气体吸收时( ) A 有化学反应条件下的液膜厚度与无化学反应下的液膜厚度之比 B 有化学反应条件下的反应速率与无化学反 应下的吸收速率之比 C 无化学反应条件下的液膜厚度与有化学反应下的液膜厚度之比 D 有化学反应条件下的吸收速率与无化学反 应下的吸收速率之比 35. 对于极慢反应,液相主体中的反应物浓度( ) A 大于平衡浓度 B 远小于平衡浓度 C 接近但不大于平衡浓度 D 与平衡浓度无关 36. 八田数γ : ( ) A 是物性参数 B γ 越大反应速率越大 C γ 的极小值代表了最大反应速率 D γ 越大反应速率越小

37. 对于快速反应吸收过程,宜采用( )进行 A 连续鼓泡反应塔 B 填料吸收塔 C 半连续鼓泡反应塔 D 连续搅拌槽式反应器 38. 当反应器需要移走更多热量时,对稳定操作影响最小的办法是( ) A 降低反应温度 B 降低反应物流量 C 降低冷剂温度 D 提高冷剂流量 39. 全混流反应器的稳定操作点的必要条件是( ) A (dqr/dt)>(dqg/dt) B (dqr/dt)<(dqg/dt) C (dqr/dt)=(dqg/dt) D 二者没有关系 40. 在换热型气固相催化反应器中进行强放热反应,为保证反应器操作的稳定,要求( A 反应器床层不能太厚 B 反应器管径不能太小 C 反应器床层不能太薄 D 反应器管径不能太大



二、有一气相热分解反应

A??R+S

,现已知该反应在某温度下进行,其速率方程式为:

该反应在平推流反应器中等温等压条件下进行,压力为[1atm]。加入的原料气中只含有 A 组分,加料速率为 150[cm3/min](标准状态) 。试求:当 A 的转化率在 0.85 时,所需的反应器体积为多少?此时,物料在反应器内停 留了多长时间?(15 分) 三、有一气固相催化反应,试根据所给反应式和动力学方程,推断反应机理和控制步骤(15 分) 四、球形催化剂上进行 n 级不可逆反应,A→B,当反应为内扩散控制时,试证明: ⑴有效因子η 与粒径呈反比; ⑵表观反应级数与本征反应级数的关系为 n 表观=(n 本征+1)/2 ⑶表观活化能与本征活化能的关系为 E 表观=E 本征/2 (15 分) 化学反应工程复习题 第一章 1. 化学反应工程是一门研究“化学反应的工程问题”的科学。 2. 所谓数学模型是指:用数学式来表达各参数间的关系。 3. 化学反应器的数学模型包括:动力学方程式、物料恒算式、热量恒算式、动量恒算式和参数计算式。 4. 所谓控制体积是指:能把反应速率视作定值的最大空间。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为 “分布参数模型” 。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为“动态模型” 。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为:累积量=输入量-输出量。 第二章 1. 均相反应是指:在均一的气相或液相中进行的反应。 2. 对于反应 aA + bB → pP + sS,则 rP= _______rA。 3.着眼反应物 A 的转化率的定义式为:反应的量/反应开始的量。 4. 产物 P 的收率Φ P 与得率Х P 和转化率 xA 间的关系为_________________________________________________。 5. 化学反应速率式为 rA=kCCAα CBβ ,用浓度表示的速率常数为 kC,假定符合理想气体状态方程,如用压力表示 的速率常数 kP,则 kC=_______kP。 6.对反应 aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为___________________。 7.膨胀率的物理意义为:反应物全部转化后系统体积的变化分率。 8. 活化能的大小直接反映了“反应速率”对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了“反应速率”对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应,生成主产物的反应称为:主反应,其它的均为:副反应。 11. 平行反应 A → P、A → S 均为一级不可逆反应,若 E1>E2,选择性 Sp 与“活化能”无关,仅是“温度”的 函数。 12. 如果平行反应 A → P、A → S 均为一级不可逆反应,若 E1>E2,提高选择性 SP 应增加温度。 13. 一级连串反应 A → P → S 在平推流反应器中,为提高目的产物 P 的收率,应______k2/k1。 14. 产物 P 的收率的定义式为:生成全部 p 的物质的量/反应掉的全部 a 的物质的量。 15. 产物 P 的瞬时收率υ P 的定义式为:生成产物 p 的物质的量/反应掉 a 的物质的量。 16. 产物 P 的选择性 SP 的定义式为:生成全部 p 的物质的量/生成产物全部 s 的物质的量。 第三章 1. 理想反应器是指:理想混合反应器。 2. 全混流反应器的空时τ 是“反应器体积”与“进料的体积流量”之比。

3. 全混流反应器的放热速率 QG=______________。 4. 全混流反应器的移热速率 Qr=______________。 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为_______。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为: 7. 全混流反应器的返混:达到最大。 8. 平推流反应器的返混为’零’. 9. 平推流是指:反应物料以一致的方向移动,且在整个截面上的流量相等。 10. 全混流是指:刚进入反应器的新鲜物料与以存在反应器中的物料能瞬间混合,以致物料各处的温度和浓度完全 相同。 11. 平推流的特征为:所有无聊在反应器中的停留时间相同,不存在返混。 12. 全混流的特征为:返混达到最大。 13. 如果将反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合,这类反应器为:循环反应器。 14. 对循环反应器,当循环比β →0 时为“平推流”反应器,而当β →∞时则相当于“全混釜”反应器。 15. 对于反应级数 n<0 的反应,为降低反应器容积,应选用“全混流”反应器为宜。 16. 对于反应级数 n>0 的反应,为降低反应器容积,应选用“平推流”反应器为宜。 17. 对于可逆放热反应如何选择操作温度? 18. 对于反应,rR=k1CA2,E1;rS=k2CA,E2,当 E1>E2 时如何选择操作温度可以提高产物的收率? 第四章 1. 停留时间分布的密度函数在 t<0 时,E(t)=0。 2. 停留时间分布的密度函数在 t≥0 时,E(t)>0。 3. 当 t=0 时,停留时间分布函数 F(t)=0。 4. 当 t=∞时,停留时间分布函数 F(t)=1。 5. 停留时间分布的密度函数 E(θ )=_______E(t) 。 6. 表示停留时间分布的分散程度的量σ θ 2=_______σ t2。 7. 根据示踪剂的输入方式不同,测定停留时间分布的方法主要分为“脉冲示踪法”和“阶妖示踪法” 。 8. 平推流反应器的 E(t)=0。 9. 平推流反应器的 F(t)=0。 10. 全混流反应器的 E(t)=______ ______ ______ ______。 11. E(t)dt 的物理意义是:在同时进入的 n 个颗粒时,其停留世界介于 t 和 t+dt 之间的流体颗粒所占的分率为 E(t)dt。 12. F(t)的物理意义是:流过系统物料中停留时间小于 t 物料的百分率。 13. 脉冲示踪法测定的停留时间分布曲线为:停留时间分布的密度函数。 14. 阶跃示踪法测定的停留时间分布曲线为:停留时间分布函数。 15. 以分子尺度粒子作为独立运动单元来进行混合的流体称为:微观流体。 16. 以分子集团粒子作为独立运动单元来进行混合的流体称为:宏观流体。 17. 当反应级数 n<1 时,宏观流体具有比微观流体“低”的出口转化率。 18. 当反应级数 n>1 时,宏观流体具有比微观流体高的出口转化率。 19. 停留时间分布密度函数 E(t)的含义? 答: 在同时进入的 n 个颗粒时,其停留世界介于 t 和 t+dt 之间的流体颗粒所占的分率为 E(t)dt . 20. 停留时间分布函数 F(t)的含义? 答: 流过系统物料中停留时间小于 t 物料的百分率。 第五章 1.工业催化剂所必备的三个主要条件是:活性好、选择性高、寿命长。 2.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠“分子间力”结合的,而化学吸附是靠“化学键”结合的。 3.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是“多”分子层的,而化学吸附是“单”分子层的。 4.气体在固体表面上发生吸附时,描述在一定温度下气体吸附量与压力的关系式称为:吸附等温线。 5. 在气—固相催化反应中,反应速率一般是以单位催化剂的重量为基准的,如反应 A→B,A 的反应速率的定义为 _______。 6. 对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当孔径较大时,扩散阻力是由“分子间碰撞”所致。 7. 对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当孔径较大时,扩散阻力是由分子间碰撞所致,这种扩散通常称为: 分子扩散。 8. 对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约 0.1um 时,分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素, 这种扩散称为:努森扩散。 9. 等温催化剂的有效系数η 为催化剂粒子的“实际反应速率”与催化剂内部的“浓度和温度与其表面上的相等的 反应速率”之比。 10. 气—固相催化反应的内扩散模数υ s=_______,它是表征内扩散影响的重要参数。 11. 气—固相催化反应的内扩散模数υ s 是表征内扩散影响的重要参数,其数值平方的大小反映了“反应速率”与 “扩散系数”之比。 12. 气—固相催化反应的内扩散模数υ s 的大小可判别内扩散的影响程度,υ s 愈大,则粒内的浓度梯度就“大” ,

反之,υ s 愈小,内外浓度愈近于“均一” 。 13. 根 据 气— 固 相 非 催 化 反应 的 缩 核 模 型 , 一 般 而 言 ,强 化 这 种 反 应 过 程 的 主 要 措施 是 ______________ 和 _____________________。 14. 气—固相催化反应的动力学步骤? 15. 简述朗缪尔(Langmuir)等温吸附方程的基本特点? 答: 1、均匀表面 2、单分子层吸附 3、被吸附的分子间互不影响,也不影响别的分子的吸附 4、吸附的机理均相 同,吸附形成的络合物亦均相同。 16. 解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势? 第六章 1. 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作“固定床反应器” 。 2. 目前描述固定床反应器的数学模型可分为“拟均相一维模型”和“拟均相二维模型”的两大类。 3. 描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间“浓度”与“温度”的差别。 4. 忽略固定床内粒子与流体之间温度与浓度的差别的反应器的数学模型称之为“拟均相一维模型” 。 5. 考虑固定床内粒子与流体之间温度与浓度的差别的反应器的数学模型称之为“拟均相一维模型” 。 6. 根据浓度和温度是否在轴向和径向上变化的流动模式,描述固定床反应器的拟均相模型可分为“一维”模型和 “二维”模型。 7. 固定床拟均相模型是指:把固体颗粒和流体当作均相物系来考虑。 8. 固定床一维模型是指:把固体颗粒和流体当作均相物系来考虑,且在流体流动方向上没有浓度和温度变化。 9. 以催化剂用量最少为目标的多层绝热床优化的原则是什么? 第七章 1.所谓流态化就是固体粒子像“流体”一样进行流动的现象。 2.对于流化床反应器,当流速达到某一限值,床层刚刚能被托动时,床内粒子就开始流化起来了,这时的流体空线 速称为:临界流化速率。 3.对于流化床反应器,当气速增大到某一定值时,流体对粒子的曳力与粒子的重力相等,则粒子会被气流带出,这 一速度称为:带出速率。 4.在气固相反应系统的流化床中设置分布板,其宗旨是使气体“均匀分布、防止积累、结构简单和材料节省”为宜。 5.流化床常在床内设置内部构件,以垂直管最为常用,它不仅是传热构件,还能控制气泡的“聚变”和维持流化状 态的稳定,同时还能减少床层颗粒的“带出” 。 6.气固相反应系统的流化床存在着气泡区、泡晕区、上流区和回流区四类区域。 7.当气流连续通过流化床的床层时,使床层内那些带出速度小于操作气速的颗粒不断被带出去,这种现象称为:杨 析。 8.在流化床反应器中,当达到某一高度以后,能够被重力分离下来的颗粒都已沉积下来,只有带出速度小于操作气 速的那些颗粒才会一直被带上去,故在此以上的区域颗粒的含量就恒定了,这一高度称作:分离高度。 第八章 1. 双膜理论是把复杂的相间传质过程模拟成“串联的两层薄膜”中的分子扩散过程。相间传质总阻力被简化为双 膜传质阻力的叠加。 2. 膜内转化系数γ 值的大小反映了在膜内进行的那部分反应可能占的比例,因而可以用来判断“反应快慢”的程 度。 3. 膜内转化系数γ 表示了液膜内“可能反应的最大反应量”与通过“界面”可能最大传质量的比值。 4. γ >2 时,可认为在液膜内进行的反应为瞬间反应和快速反应。 4. γ <0.02 时,可认为在液膜内进行的反应为慢反应。 5.增强系数β 表示了“表观反应速率”与可能最大的“物理传质速率”的比值。 第九章 1. 根据反应机理的不同,高分子的合成主要分为“浓缩”和“加成聚合”两大类型。 2. 缩聚反应的特点是:靠单体两端具有的活泼基团相互作用缩去小分子后连接起来。 3. 根据反应机理的不同,加成聚合反应可分为自由基聚合和离子型聚合两大类型。 4. 工业上的聚合方法主要有本体聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬液聚合。 5. 对聚合物性能极关重要的因素是高分子的结构、平均分子量和分子量分布。 第十章 1. 利用生物催化剂来生产生物技术产品的过程通称为:发酵。 2. 发酵可概括分为两大类:酶催化反应和微生物发酵。 3. 酶参与反应决不会改变反应的自由能,亦即不会改变反应的平衡,只能降低反应的活化能。 4. 根据产生的抑制机理不同,可逆性抑制可分为竞争性抑制、非竞争性抑制和饭竞争性抑制。 5. 微生物反应是利用微生物中特定的酶系进行的复杂生化反应过程。 6. 根据发酵中所采用的微生物细胞特性的不同,微生物反应分为“厌氧发酵”和“通气发酵”两种。

化学反应工程原理
一、选择题 1、气相反应 C O 则膨胀因子 A. -2 2、一级连串反应 A
C P , m ax ?
K1

+ 3H 2

C H 4 + H 2O

进料时无惰性气体, CO 与 H 2 以1∶2摩尔比进料,

?

CO

=__A_。 B. -1
K2

C. 1

D. 2

P

S 在间歇式反应器中,则目的产物P的最大浓度

___A____。
K1 K2
K2 K 2 ? K1

C A0 (

)

C

K

A0 1/ 2

A.

B.

[( K

2

/ K1)

? 1]

2

C.

C A0 (

K

2

2

)

K

2

? K1

C

A0 1/ 2

K1

D.

[( K 1 / K 2 )

? 1]

2

3、串联反应A → P(目的)→R + S,目的产物P与副产物S的选择性 S P =__C_。
nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0

nP ? nP0

A.

n A0 ? n A

B.

n A0

C.

nS ? nS0

D. D. >0

nR ? nR0

4、全混流反应器的容积效率η =1.0时,该反应的反应级数n___B__。 A. <0 B. =0 C. ≥0
P (主 ) A

5、对于单一反应组分的平行反应

S (副 )

,其瞬间收率 ? P 随 C A 增大而单调下

降,则最适合的反应器为____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n>0的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7、一级不可逆液相反应 A 操作时间
t ? t 0 ? 2 . 06 h
2R



C

A0

? 2 . 30 kmol / m

3

, 出口转化率 x A ? 0 . 7 ,每批

,装置的生产能力为50000 kg产物R/天, M R =60,则反应器的体

积V为_C_ m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4

3

C ? 1 mol / l 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B,? r A ? 0 . 01 C A mol / l ? s ,当 A 0 时,

求反应至 C A A. 400

? 0 . 01 mol / l

所需时间t=____B___秒。 C. 500 D. 560

B. 460

9、一级连串反应A → P → S在全混流釜式反应器中进行,使目的产物P浓度最大时的最优 空时
?
opt

?

_____D__。
ln( K 1 / K 2 )
ln( K 2 / K 1 )
1

ln( K

2

/ K1)

A.

K

2

? K1

B.

K

2

? K1

C.
t0

K 1K 2

D.

K 1K

2

10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间

不包括下列哪一项____B___。 D. 清洗釜所用时间 D. 4

A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 11、全混流反应器中有___B__个稳定的定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3

12、全混流反应器的容积效率η 小于1.0时,且随着 ? A 的增大而减小,此时该反应的反应 级数n _ D_ 。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 13、当反应级数n_D_时,微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. >1 D. <1 14、轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与___C__无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 15、 对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应, 为提高反应速率, 应选用___C____ 装置。 A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜
? d? dt ? kdCi ?
m d

16、催化剂在使用过程中会逐渐失活,其失活速率式为

,当平行失活对反

应物有强内扩散阻力时,d为__C__。 A. ≈0 B. =1 C. →3 D. ≈1 17、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__A__。 A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 18、属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是___A____。 A. 粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 19、下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点__C__。 A. 各参数均为恒值 B. 参数值不随床高而变 C. 参数值与气泡大小无关 D. 参数值与气泡大小有关 20、流化床反应器中的操作气速
U
0

是根据具体情况定的,一般取流化数

U

0

U

mf

在__B__范

围内。 A. 0.1~0.4 B. 1.5~10 C. 10~15 D. 0.4~1.5 21、全混流反应器进行放热反应时,要使反应器操作在稳定的定常态,则必须满足以下条件 C A.移热速率>放热速率 B.移热速率<放热速率 C.移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率

D.移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率 22、气固催化反应本征速率是指排除 C 阻力后的反应速率。 A.外扩散阻力 B.内扩散 C.内外扩散 D.吸附和脱附 2 23、等温液相反应 A+B→P rp=klCACB, 2A→R rR=k2CA P为目的产物,有下列四种方案可供选择,从提高P的收率着眼适宜选用 D A. 间歇釜式反应器,A和B一次性加入; B.全混流反应器; C.半间歇釜式反应器,A一次性加入,B连续滴加; D.半间歇釜式反应器,B一次性加入,A连续滴加。 24、乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯,经一段时间反应后,苯乙烯生成量不再增加,乙苯仍 大量存在,表明这是一个 B 反应。 A.慢速 B.可逆 C.自催化 D.不可逆 25、等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应
K1 K2

A

P

S 若保持相同的转

化率xA,调节反应温度使k2/k1降低,则P的收率将 A A.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减 26、在全混流反应器中,反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为___A___。 A. 空时τ B.反应时间t C. 停留时间t D. 平均停留时间 27、阶跃示踪法测定停留时间分布 对应曲线为___B___。 A. E(t)曲线 B. F(t)曲线 C. I(t)曲线 D.y(t)曲线 28、气固催化反应的内扩散模数 ,其中L为特征长度,若颗粒为球形则L=___D___。 A. 厚度/2 B. R C. R/2 D. R/3 29、对于反应级数n>0的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用___A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 二、填空题 1、化学反应工程是一门研究 化学反应的工程问题 的科学。 2、化学反应速率式为 ? 常数 K P ,则
A

rA ? K C C A C B

?

?

,如用浓度表示的速率常数为

K

C

,用压力表示的速率

KC

= ( RT )

(? ? ? )

K

P



P (主 )

3、平行反应

S (副 )

均为一级不可逆反应,若

E主



E副

,选择性Sp与 浓度 无关,

仅是 温度 的函数。 4、对于反应级数n>0的反应,为降低反应器容积,应选用 平推流 反应器为宜。 5、对于恒容的平推流管式反应器 平均停留时间、反应时间、空时 一致。 6、若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合,这种流体称为_微观流体_。 7、流体的混合程度常用 调匀度S 、 流体的混合态 来描述。 8、催化剂在使用过程中,可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_物理 失活, 也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_化学_失活。 9、对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约_0.1um _时,分子与孔壁的碰 撞为扩散阻力的主要因素,这种扩散称为 努森扩散 。 10、绝热床反应器由于没有径向床壁传热,一般可以当作平推流处理,只考虑流体流动方向 上有温度和浓度的变化,因此一般可用拟均相一维模型来计算。

11、对于可逆的放热反应,存在着使反应速率最大的最优温度
T eq ? T opt ? R E 2 ? E1 ln E2 E1
U

T opt

和平衡温度

T eq

,二者的

关系为___

T eq ? T opt

___________。

12、描述流化床的气泡两相模型,以 流化速度
U
mf

0

的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始
?U
mf

通过,而其余部分

U

0

则全部以气泡的形式通过。

13、 描述流化床的数学模型, 对于气、 乳两相的流动模式一般认为_气_相为平推流, 而对___ 乳__相则有种种不同的流型。 14、多相反应过程是指同时存在 两个或更多 相态的反应系统所进行的反应过程。 15、 三传一反 是化学反应工程的基础。 16、不论是设计、放大或控制,都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达 个参数间的关系,简称_数学模型_。 17 、 一 级 连 串 反 应 A
K1 K2

P

S

在平推流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度
ln( k 2 / k 1 )

C P , m ax ?

_______、

t opt

? k1 ? ? ? ? ? ? ? k2 ? ______。

[ k 2 /( k 2 ? k 1 )]



k 2 ? k1



?

K

?

nK0 ? nK nK0

18、着眼反应组分K的转化率的定义式为_ 19、一级连串反应 A
K1 K2

_。

P

S

在间歇式全混流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度
[ k 2 /( k 2 ? k 1 )]

C P , m ax ?

_______、

t opt

? k1 ? ? ? ? ? ? ? k2 ? ______。

ln( k 2 / k 1 )



k 2 ? k1



20、化学反应速率式为 ? 常数 K P ,则
KC

rA ? K C C A C B

?

?

,如用浓度表示的速率常数为

KC

,用压力表示的速率

=_______ K P 。

21、理想反应器是指 全混流反应器、平推流反应器 。 22、具有良好搅拌装置的釜式反应器按 全混流 反应器处理,而管径小,管子较长和流速较 大的管式反应器按 平推流 反应器处理。
dQ
r

23、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、, 24、平推流反应器的返混为____0___。 25、一个可逆的均相化学反应,如果正、逆两向反应级数为未知时,采用_初始速率法_法来 求反应级数。 26、分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_平均生产速率 最大_、_生产经费最低_为 目标进行优化的。 27、轴向分散模型的数学期望值 __ ___,方差 _ _。 28、测定气-液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气相和液相中的__
dT dT

QG ? Qr

?

dQ

G

扩散阻力_,使反应在动力学区域内进行。 29、在流化床中为了传热或控制气-固相间的接触,常在床内设置内部构件,但很少使用水 平构件, 它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用, 从而导致床内产生明显的_温度 _梯度和_浓度_梯度。 30、对于气-固系统的流化床反应器的粗颗粒系统,气速超过起始流化速度后,就出现气泡, 气速愈高,气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈,使床层波动频繁,这种流化床称为_聚式 流化床_。 31、 当前用于描述气-液两相流相间传质的模型有两大类: 一是按稳态扩散来处理的_双膜模 型_;一是按非稳态扩散处理模型,如_溶质渗透模型_和_表面更新模型_。 32、 在建立数学模型时, 根据基础资料建立物料衡算式的一般式为_输入量=输出量+反应量+ 累积量_。 33、活化能的大小直接反映了_反应速率_对温度的敏感程度。 34、生成主产物的反应称为_主反应__,其它的均为__副反应__。 35、固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积Vp的球粒子直径,表达式dv=__(6VP/ 1/3 π ) _。 三、分析解答题 1、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系? 空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。 (①分) 反应时间是反应物料进入 反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。 (①分) 停留时间 是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。 (①分) 由于平推 流反应器内物料不发生返混,具有相同的停留时间且等于反应时间,恒容时的空时等于 体积流速之比,所以三者相等。 (②分) 2、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线? 阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统, (①分)在某瞬间t=0将流入系统的流体切换 为含有示踪剂A且浓度为
C
A0

的流体, (①分)同时保持系统内流动模式不变,并在切换

的同时,在出口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时间的变化。 (①分)对应的曲线为F
F (t ) ? C C
A A0

(t) ,

。 (②分)

3、简述均相反应及其动力学的研究内容? 答:参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力 学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的 影响,并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。 4、对于可逆放热反应如何选择操作温度? 答:1)对于放热反应,要使反应速率尽可能保持最大,必须随转化率的提高,按最优温 度曲线相应降低温度; 2)这是由于可逆放热反应,由于逆反应速率也随反应温度的提 高而提高,净反应速率出现一极大值;3)而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等 而达到化学平衡。 5、简述气-液反应的宏观过程:A(g) + bB(l)→ 产物(l)? 1)反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面,在界面上假定达到气液相平衡; 2) 反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相,并在液相内反应; 3)液相内的反应产物向 浓度下降方向扩散,气相产物则向界面扩散; 4)气相产物向气相主体扩散。

6、简述固定床反应器的优缺点? 1)催化剂在床层内不易磨损; 2)床层内流体的流动接近于平推流,与返混式反应器相 比,用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力; 3)固定床中的传热 较差; 4)催化剂的更换必须停产进行。
k1

R

A
k

7、对于反应

2

S

2 r ? k 2C A E ,r R ? k 1 C A ,其活化能为 1 ; S ,其活化能为 E 2 ,当 E 1

> E 2 时如何选择操作温度可以提高产物的收率?
SR ? rR rS ? k 10 e k 20 e
? E 1 / RT ? E 2 / RT

C

A

?

k 10 k 20

E 2 ? E1

e

RT

C

A

答:对于平行反应

,所以,当 E 1 > E 2 时应尽

可能提高反应温度,方可提高R的选择性,提高R的收率 8、简述气固流化床反应器气泡两相模型的特点? 1)以U0的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始流动速度Umf通过,而其余部分 以(U0-Umf)则全部以气泡的形式通过; 2)床层从流化前的高度Lmf增高到流化时的高度 Lf,完全是由于气泡的体积所造成; 3)气泡相为向上的平推流,大小均一; 4)反应 完全在乳相中进行; 5)气泡与乳相间的交换量Q为穿流量q与扩散量之和。 9、简述双膜理论? 该模型设想在气-液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜, 而把气液两相阻 力集中在这两个流体膜内,而假定气相主体和液相主体内组成均一,不存在传质阻力。 组分是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程来进行传质的,通过气膜传递到相界 面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡。因此,把复杂的相间传质过程模拟成串联的 稳定的双膜分子扩散过程的叠加,相间传质总阻力等于传质阻力的加和。 10、简述理想反应器的种类? 通常所指的理想反应器有两类:理想混合(完全混合)反应器和平推流(活塞流或挤出 流)反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合,器内物料 与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同 的流速和一致的方向进行移动,不存在不同停留时间的物料的混合,所有的物料在器内 具有相同的停留时间。 11、简述气固流化床反应器鼓泡床模型的特点? 答:假定床顶出气组成完全可用气泡中的组成代表,而不必计及乳相中的情况,对气泡 的组成进行计算便可以达到反应的转化率 12、简述理想反应器的种类。 答:通常所指的理想反应器有两类:理想混合(完全混合)反应器和平推流(活塞流或 挤出流)反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合,器内 物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以 相同的流速和一致的方向进行移动,不存在不同停留时间的物料的混合,所有的物料在 器内具有相同的停留时间 四、计算题 1、醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水,而副反应生成甲烷和二氧化碳:
CH
3

COOH

? 1 ? CH ?

k

2

? CO ? H 2 O

CH

3

COOH

2 ?? ? CH

k

4

? CO

2

已知在916℃时 k 1 ? 4 . 65 s

?1

, k 2 ? 3 . 74 s

?1

,试计算:

1) 99%的醋酸反应掉的时间; 2)在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。 解:设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和y,初始为
dx dt dy dt ? k 1 (C
A0

C

A0

,则

? x ? y)

? k 2 (C A 0 ? x ? y )

d (x ? y)

相加得

dt

? ( k 1 ? k 2 )( C

A0

? x ? y)

d (x ? y)

将其积分

C

A0

? (x ? y)

? ( k 1 ? k 2 ) dt

ln C
A0

C

A0

? (x ? y)

? ( k1 ? k 2 )t

1) 当转化率为99%时
x ? y ? 0 . 99 C
A0

t ?

1 4 . 65 ? 3 . 74

ln

1 1 ? 0 . 99

? 0 . 549 s

SP ?

dx dy

2) 瞬时选择性为
x ? k1 k2
x y

?

4 . 65 3 . 74

积分得

y

S ?

? 55 . 4 %

2、 反应A → B为n级不可逆反应。 已知在300K时要使A的转化率达到20%需12.6分钟, 而在340K 时达到同样的转化率仅需3.20分钟,求该反应的活化能E。 解:
? rA ? ?
?

dC dt
A

A

? kC
t 0

n A

?

C

A

dC
n

?

C

A0

CA

?

dt t

1 ? 1 1 ? ? kt ? n ?1 ? n ?1 ? n ? 1 ?C A C A0 ? 即

达 20%时, C A
k ? 1 ( n ? 1) C
n ?1 A0

? 0 .8 C
(1 . 25
n ?1

A0

? 1) ?

1 t

? M ?

1 t

式中 M 为常数 ∴
ln

k 300 ? M ?
k 340 k 300 ? ln

1 12 . 6
?

k 340 ? M ?
E 8 . 314 1 300 ?

1 3 .2
1 340 )

M / 3 .2 M / 12 . 6

(

E=29.06(kJ/mol)
k 3、气相反应在400K时的速率式 ? r A ? 3 . 66 P A atm / h ,求 C 。
2

4、有一个反应器测其方差

?

2 t

? 112 . 5 min

2

, t ? 15 min

,如果这个反应器可以用等体积多

釜串联模型来描述,并在这个反应器中进行液相反应A + B → 2R,已知 ? r A ? kC A C B ,
C
A0

? C

B0

? 12 mol / l

, k ? 1l / mol ? min ,求反应器的出口转化率?
? 0 .5

?

2

解:
?

?

?

?
t
1 N

2 t 2

?

112 . 5 15
2

①分

2

?

?

? N ? 2

②分
? ?
t N ? 15 2 ? 7 . 5 min

则每个反应器的停留时间为 对第一个釜进行物料衡算
C
A0

①分

? C

A1

? ( ? r A 1 )? 1 ? C
2

A1

? kC

2 A1

?1

①分 ①分 ①分

整理得 7 . 5 C A 1 ? C A 1 ? 1 ? 0 解得 C A 1 ? 0 . 30 mol / l 同理对第二个釜进行物料衡算
C
A1

? C

A2

? ( ? r A 2 )?

2

? C

A2

? kC

2 A2

?

2

①分 ①分

解得 C A 2 ? 0 . 144 mol / l
xA ? C
A0

? C
A0

A2

?

1 ? 0 . 144 1
3

? 85 . 6 %
2

C

5、现有一有效容积为0.75m 的搅拌釜反应器,其内设置有换热面积为5.0m 的冷却盘管。欲 利用该反应器来进行A→R的一级不可逆的液相反应,其速率常数
k ? 1 . 0788 ? 10
9

exp

? ? 5525 . 9 ? ? 1 ( ? ? H r ) ? 20921 ( h ) ,反应热 ? ? T ? ?

J / molA

,原料液中A的

浓度

C

A0

? 0 . 2 mol / l

,但不含反应产物R。此原料液的密度ρ =1050g/l;定压比热

C P ? 2 . 929 C

(J/g·℃) 。要求原料液的进料流率为
2

v0 ? 3m

3

/h

,反应器出口的反应液中

A

? 0 . 04 mol / l

。总传热系数U=209.2(KJ/m ·h·℃) 。所用的冷却介质的温度为25℃。

试全混流反应器的热稳定性的判据来确定定常态操作是否稳定。
1? UA v0 ?C P ? V ( ? ? H r ) C A 0 k (1 ? x A ) ?? ? v0 ?C P ?
209 . 2 ? 5 3 ? 1050 ? 2 . 929

解:
dQ dT
dQ dT

?? E ?? ? ? ? RT

2

? ? ?

r

?1?

? 1 . 113

G

? 5 ? 20921 ? 18 ? 0 . 04 ? ? 5525 . 9 ? ? ? ?? ? ? 0 . 473 2 3 ? 1050 ? 2 . 929 ? ? ? 308 . 6 ?

dQ

r

?

dQ dT

G

∴ dT

该操作是稳定的。 6、在间歇釜中一级不可逆反应,液相反应A → 2R, ? 10 exp[-7448.4/T] h ,
9 -1

r A ? kC
C R0 ?

A

kmol/m ·h,k=9.52×
?

3

C

A0

?

2.3 kmol/m , M
3

R

?

60,

0,若转化率 x A

0.7,装置

的生产能力为50000 kg产物R/天。求50℃等温操作所需反应器的有效容积?(用于非生产性 操作时间t0=0.75 h) 解:反应终了时 R 的浓度为
C
R

? 2C

A0

x

A

? 3 . 22 ( kmol / m )
3

t ? C

A0

?

xA

dx kC

A A

?

1 k

0

?

xA

dx

A

0

1? xA

?

1 k

ln

1 1? xA

k ? 9 . 52 ? 10
t ?
VC
R

9

exp

7448 . 4 ? ? ? ? 0 . 92 ? ? ? 273 ? 50 ?
? 1 . 31 ( h )

1 0 . 92
M
R

ln
?

1 1 ? 0 .7
50000 24

t ? t0

V ?

50000 ? 2 . 06 24 ? 3 . 22 ? 60

? 22 . 2 ( m )
3


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