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化学反应工程期末考试试题及答案


《化学反应工程》试题

XXX 大学

化学反应工程

试题 B(开)卷

(答案)2011—2012 学年第一学期
一、单项选择题: (每题 2 分,共 20 分) 1.反应器中等温进行着 A→P(1)和 A→R(2)两个反应,当降低 A 的浓度后,发现反应生 成 P 的量显著降低,而 R 的生成量略降低,表明 (A A.反应(1)对 A 的反应级数大于反应(2) C.反应(1)的活化能小于反应(2) ) B.反应(1) 对 A 的反应级数小于反应 (2) D.反应(1)的反应速率常数大于反应(2)
2

2.四只相同体积的全混釜串联操作,其无因次停留时间分布的方差值 ? ? 为( B A. 1.0 B. 0.25 C.0.50 D.0
( 2) A ?(1) P ??? Q ??

)

3.对一平行—连串反应 A ??? R
( 3)

,P 为目的产物,若活化能次序为:E2<E1<E3, B)。 D.低温操作 C.高温操作

为了目的产物的收率最大,则最佳操作温度序列为( A.先高后低 B.先低后高

4.两个等体积的全混流反应器进行串联操作,反应为一级不可逆,则第一釜的反应速率-rA1 与 第二釜的反应速率-rA2 之间的关系为( A )。两釜反应温度相同。 A.-rA1 > -rA2 B.-rA1 = -rA2 C.-rA1 < -rA2 D.不能确定何者为大

Da ? 0.1 uLr 5. 已知一闭式反应器的 ,该反应器若用多釜串联模型来描述,则模型参数 N 为
( B ) 。 A. 4.5 ( C)。 A.物理吸附 A.堆(积)密度 B.化学反应 B.颗粒密度 C.化学吸附 C.真密度 D.质量传递 D.平均密度 B. 5.6 C.3.5 D.4.0 6. 固体催化剂之所以能起催化作用, 是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生

7.包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为( B ) 8.在气固催化反应动力学研究中,内循环式无梯度反应器是一种( C )。

A.平推流反应器

B. 轴向流反应器

r? C. 全混流反应器
C.链锁反应

9.某液相反应,其反应式可写成 A+C?R+C 这种反应称为(B ) A.均相催化反应 B.自催化反应 A.气、液均为平推流 C.气相平推流、液相全混流

(1 ? K A PA ? K B PB +K R PR ) 2
D.可逆反应

D. 多釜串联反应器

k S K A PA K B PB

10.高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜,对于其中的气相和液相的流动常可近似看成( B ) B.气、液均为全混流 D.气相全混流、液相平推流

二、填空题(每题 5 分,共 30 分)
1.一不可逆反应,当反应温度从 25℃升高到 35℃时,反应速率增加一倍,则该反应 的活化能为 52894 J/mol 。

ln

k2 E 1 1 ? ( ? ) ? l n2 k1 R T1 T2

E 1 1 ?( ? ) ? l n2 8.314 298 308 J 解:? E ? 52894 / mol ,
2.一气固催化反应 A ? B ? R ,若本征反应速率方程为: 则该反应可能的反应机理为

A ? σ ? Aσ B2 ? 2σ ? 2 Bσ
kS Aσ ? Bσ ??? Rσ ? σ (此步为速率控制步骤 )

Rσ ? R ? σ
3.间歇釜反应器中进行如下反应:

A? P A? S
对大小为

(1) -rA1=k1CAa1 (2) -rA2=k2CAa2 ;在温度和反应时间保持不变下,增高反应浓度,釜液中 al>a2
2

在 CA0 和反应时间保持不变下,降低反应温度,釜液中 CP/CS 增大,表明活化能 E1 与 E2 的相 E1<E2 A.al>a2 B.al<a2 CP/CS 增大,表明反应级数 al、a2 的相对大小为 。 D.活化能 El>E2

C.活化能 El<E2

4. 从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差 ? ? ? 0.98 ,反应器可视为 全混流反应器 又 若求得无因次方差 ? ? ? 0.02 ,则反应器可视为
2

活塞流反应器



5.有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作,反应为二级不可逆反应 A→P,若大釜在先, 小釜在后,出口转化率为 xA1,小釜在先、大釜在后,则出口转化率为 xA2,两种情况下,进料

流速、进料浓度和反应温度均相同,比较 xA1 和 xA2 的相对大小为

xA1<xA2



6. 在固定床反应器中,分别进行一级和二级不可逆气固催化反应,试比较 a、b 两处的η值大小 (a 处靠近反应器的进口,b 处靠近反应器的出口) ,并说明理由。 (1)一级放热反应,绝热操作;ηa>ηb (2)二级反应,等温操作。ηa<ηb

三、问答题(每题 6 分,共 12 分)
1.液相复合反应, 若为使目的产物 P 的选择性高,应选择: (1) (2) 若采用间歇反应釜,其加料方式为? 若采用管式反应器,其进料方式为?

(3) 若 E1>E2,则反应温度应尽可能采用高温或低温? 答:为使目的产物 P 的选择性高,应选择: (1)若采用间歇反应釜,其加料方式为 (2)若采用管式反应器,其进料方式为 A 一次性加入,B 连续滴加 ; ; A 从反应器进口处加入,B 沿管长多处加入

(3)若 E1>E2,则反应温度应采用 高温 。 2. 在四段绝热式固定床反应器中进行 n 级不可逆反应,各段的催化剂量相同,且控制进入各段的 反应物料温度相等.若 n>0,试问 (1) (2) 哪一段的净转化率最大?哪一段最小? 若段间采用冷激方法进行降温,试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间

哪处需加入的冷激剂量多?为什么? 解:(1)虽然各段进口温度相等,在催化剂量相同的情况下,净转化率也按 1 至 4 段的顺 序递减,第一段最大,第二段次之, 第三段再次之,第四段最小. (2)因第一段反应量大于第二段反应量,所以 1-2 段间要取出的热量比 2-3 段间要取出 的热量大,因而 1-2 段间需要的冷激量也大于 2-3 段间需要的冷激剂量.
2 0 rP ? k 1 C A C B.5

0 2 rQ ? k 2 C A.5 C B 四、计算题: (第 1,2 题均为 12 分,第 3 题为 14 分,共 38 分)

1.在反应体积为 1 m3 的釜式反应器中,环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产丙二醇-1,2:

A ? 2B ? ?? Q 该反应对环氧丙烷为一级,对水为零级,反应温度下反应速率常数等于 0.98h-1,原料液中环氧
k2

2A ? B ? ?? H2COCHCH3 ? H2O ? H2COHCHOHCH3 P
k1

丙烷的浓度为 2.1kmol/m3,环氧丙烷的最终转化率为 90%。 (1)若采用间歇操作,辅助时间为 0.65h,则丙二醇-1,2 的日产量是多少? (2)有人建议改在定态下连续操作,其余条件不变,则丙二醇-1,2 的日产量又是多少?

(3)为什么这两种操作方式的产量会有不同? 解:Vr

? 1m 3 , rA ? kC A , k ? 0.98h?1 , C A0 ? 2.1kmol / l , X A ? 0.9

(1) 一级不可逆反应:

1 1 ln( ? x Af ) ? ? 1 ln( ? 0.9) ? 2.35h 1 k 0.98 Vr ? Q0 ( t ? t 0 ) ? Q0 ( 2.35 ? 0.65) ? 1 t?? Q 0 ? 1 / 3m 3 / h
丙二醇的浓度= CA0 X A

? 2.1 ? 0.9 ? 1.89kmol / m3

丙二醇的产量= Q0CA0x Af = 1.89 ? 1/ 3 ? 0.63kmol / h ? 15.15kmol /日 (2) 采用定态下连续操作

Vr ?

Q0 X Af k (1 ? X Af )

?

Q0 ? 0.9 ?1 0.98(1 ? 0.9)

所以 Q0=0.109m3/h 丙二醇的产量= 0.109 ? 1.89 ? 0.2058kmol / h ? 4.939kmol /日 (3)因连续釜在低的反应物浓度下操作,反应速率慢,故产量低。 2.对一闭式反应器进行停留时间分布实验测定, Q=300L/min 下, 在 得到 E(t)~t 关系如下 图所示。由于该图放置已久,纵坐标模糊不清。试根据 E(t)函数性质确定并计算: (1)E(t) (2)F(t) (3)该反应器体积为多少? (4)多级串联模型参数 N 为多少? (5)无因次方差 ? ? 为多少?
2

E(t) /min

-1

(6)轴向扩散模型参数 Pe 为多少? 0 答: (1)E(t)= (2)F(t)= (3)V= -1/200(t-20) -t2/400+0.1t 2 m3 10 20 t/min

(4)多级串联模型参数 N= 2

(5)无因次方差
2 ? ?? ?

2 ?? ?

1 1 ? N 2

2 2 - 2 (1 - e -Pe ) ? 0.5 Pe Pe (6)? Pe ? 2.56
3. 某一级不可逆气固催化反应, 在反应温度 150℃下, 测得 kP=5s-1,有效扩散系数 DeA=0.2cm2/s。 求: (1) 当颗粒直径为 0.1mm 时,内扩散影响是否已消除? (2) 欲保持催化剂内扩散有效因子为 0.8,则颗粒直径应不大于多少?

(1) ? ?

dP 6

kP 0.01 5 1 ? ? 0.00833? ? DeA 6 0.2 3

?? ? 1 (2) ? ? 1? 1 1 ? ? ? tan h3? ? 3? ? ? 0.8 ? ?? ? 试 差 , 得 ?=0.68 ?? dP 6 kP d ? P DeA 6 5 5 ? d P ? 0.68 0.2 6

解: d P ? 0.816 cm

湖北XX大学化学反应工程试题
一、选择题 1、气相反应 CO + 3H2 胀因子 A. -2 2、一级连串反应 A
CP,max ?
K1

CH4 + H2O 进料时无惰性气体, CO 与 H 2 以1∶2摩尔比进料,则膨

? CO =__A_。
B. -1
P
K2

C. 1

D. 2

S 在间歇式反应器中,则目的产物P的最大浓度

___A____。

K C A0 ( 1 ) K2 ? K1 K2 A.

K2

C A0 1/ 2 2 B. [(K 2 / K1 ) ? 1]

C.

C A0 (

K 2 K 2 ? K1 ) K1

K2

C A0 1/ 2 2 D. [(K1 / K 2 ) ? 1]

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 ? nP 0 n ? nA A. A0

nP ? nP 0 n A0 B.

nP ? nP 0 n S ? nS 0 C.

nP ? nP 0 n ? nR 0 D. R

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 S(副) ,其瞬间收率 ? P 随 C A 增大而单调下降,

D. >0

5、对于单一反应组分的平行反应 则最适合的反应器为____B__。 A. 平推流反应器 C. 多釜串联全混流反应器

B. 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 C. 循环操作的平推流反应器 7、一级不可逆液相反应 A B. 全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器
2R , C A0 ? 2.30kmol/ m , 出口转化率 x A
3

? 0.7 ,每批操

作时间 t ? t 0 ? 2.06h ,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 ? 1mol/ l 时,求 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B, ? rA ? 0.01C A mol/ l ? s ,当 A0
反应至 C A ? 0.01mol/ 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(K1 / K 2 ) B. K 2 ? K1
ln(K 2 / K1 ) K1K 2
1 K1K 2

ln(K 2 / K1 ) A. K 2 ? K1

C.

D.

10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间 A. 加料时间 B. 反应时间

t 0 不包括下列哪一项____B___。
C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间

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 D. 4

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? ? k d C im? d dt 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 C. 床层径向有温度梯度 B. 粒子与流体间无温度差 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 C. 床层径向有温度梯度 B. 粒子与流体间无浓度差 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 C. 参数值与气泡大小无关 20、流化床反应器中的操作气速 内。 A. 0.1~0.4 B. 1.5~10 C. 10~15 D. 0.4~1.5 C B. 参数值不随床高而变 D. 参数值与气泡大小有关

U 0 是根据具体情况定的,一般取流化数 U0 U mf 在__B__范围

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 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 A.外扩散阻力 B.内扩散 C 阻力后的反应速率。 C.内外扩散 D.吸附和脱附

23、等温液相反应 A+B→P rp=klCACB, 2A→R rR=k2CA2 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
K1

D.不可逆
P
K2

25、等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 A 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

S 若保持相同的转化

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 C. 循环操作的平推流反应器 B. 全混流反应器 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 ? rA ? KC CA CB ,如用浓度表示的速率常数为 K C ,用压力表示的速率常数
? ?

K P ,则 K C = ( 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,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

Topt

和平衡温度

Teq

,二者的关系

Teq ? Topt
为___

Teq ? Topt

?

E R ln 2 E2 ? E1 E1

___________。

12、描述流化床的气泡两相模型,以

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,而其余部分

U 0 ? U mf

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
CP,max ?
K1

P

K2

S在平推流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度

_______、

t opt

? k1 ? ?k ? ______。 ? 2

? ? ? ?

[ k 2 /( k 2 ? k1 )]

ln(k 2 / k1 ) 、 k 2 ? k1 )

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
CP,max ?
K1

?K ?

nK 0 ? nK n K 0 _。

P

K2

S 在间歇式全混流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度

_______、

t opt

? k1 ? ?k ? ______。 ? 2

? ? ? ?

[ k 2 /( k 2 ? k1 )]

ln(k 2 / k1 ) 、 k 2 ? k1 )

20、化学反应速率式为 ? rA ? KC CA CB ,如用浓度表示的速率常数为 K C ,用压力表示的速率常 数 K P ,则 K C =_______ 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。

?

?

23、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 QG ? Qr 、 24、平推流反应器的返混为____0___。

,

dQr dQG ? dT dT

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__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/ π)1/3_。

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(t) ,

F (t ) ?

CA C A0 。 (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
2 S , rR ? k1C A ,其活化能为 E1 ; rS ? k 2 C A ,其活化能为 E 2 ,

A

7、对于反应

k2

当 E1 > E 2 时如何选择操作温度可以提高产物的收率?

答:对于平行反应

SR ?

k rR k10 e ? E1 / RT ? C A ? 10 e ? E2 / RT rS k 20 e k 20

E2 ? E1 RT

CA

,所以,当 E1 > 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

化学反应工程期末试题
科 目:化学反应工程 适用对象:化学工程与工艺本科

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

2.(1)
化学反应速率式为 ? rA ? KC CA CB , 如用浓度表示的速率常数为 K C , 用压力表示的速率常数 K P , 则 K C =_______ K P 。
? ?

3.(2)
P(主) A

平行反应 _______的函数。

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

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。

5.(3)
对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。

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_______。

7.(2)
流体的混合程度常用_______、_______来描述。

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。

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。

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。

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 ______________。

Topt

和平衡温度

Teq

,二者的关系为

12.(1)
描述流化床的气泡两相模型,以

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,而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。

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。

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。

II.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

? opt ?

_______。
ln(K1 / K 2 ) B. K 2 ? K1
ln(K 2 / K1 ) K1K 2
1 K1K 2

ln(K 2 / K1 ) A. K 2 ? K1

C.

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

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

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

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

6.(2)
d? ? k d C im? d 催化剂在使用过程中会逐渐失活,其失活速率式为 dt ,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

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 C. 床层径向有温度梯度

B. 粒子与流体间无温度差 D. 床层轴向有温度梯度

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

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

10.(2)
流化床反应器中的操作气速 A. 0.1~0.4

U 0 是根据具体情况定的,一般取流化数 U0 U mf 在_______范围内。
C. 10~15 D. 0.4~1.5

B. 1.5~10

III.简答题 1.(5)
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?

2.(5)
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?

3.(5)
简述气-液反应的宏观过程:A(g) + bB(l)→ 产物(l)?

4.(5)
简述固定床反应器的优缺点?

5.(5)
简述气固流化床反应器气泡两相模型的特点?

6.(5)
简述双膜理论?

IV.计算题 1.(10)
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 3COOH ?k1 CH 2 ? CO ? H 2O ??
?1 ?1

CH 3COOH ?k2 CH 4 ? CO2 ??

已知在916℃时 k1 ? 4.65s , k 2 ? 3.74s ,试计算: 1) 99%的醋酸反应掉的时间;(6分) 2)在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。 (4分)

2.(10)
有一级不可逆反应A→P,在85℃时反应速率常数为3.45h ,今拟在一个容积为10m 的釜式反应
-1 3

3 器中进行,若最终转化率为 x A ? 0.95 ,设该反应的处理量为1.82m /h,今若改用两个容积相等

的串联釜操作,求反应器的总容积?

3.(10)
(A) (P) (S)

C6 H 6 ?k 1 C6 H 5Cl ?k 3 C6 H 4Cl 2 ?? ??
dC A dCP ? k 1C A ? k1C A ? k 2 C P dt 反应速度 ; dt ,在恒温恒容下求等容积的两釜串联全混流反 ?
?1 应器内进行这一反应时,求目的产物P的选择性 S P ,其中 k1 ? 1.0(h ) , k 2 ? 0.5(h ) ,

?1

V v0 ? ? ? 1(h), C P 0 ? CS 0 ? 0 , C A0 ? 1mol/ l 。
4.(10)
有一个反应器测其方差

? t2 ? 112.5 min2 , t ? 15min ,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 ? rA ? kC AC B ,

C A0 ? CB0 ? 12mol/ l , k ? 1l / mol ? min ,求反应器的出口转化率?
5.(5)
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

? t2 ? 8.971, t 2 ? 6.187,

k ? 0.15 求
1) 推算模型参数N; (3分) 2)推算一级不可逆等温反应的出口转化率。 (2分)

化学反应工程期末复习题答案 ( 1 )
1.(1)

化学反应的工程问题
2.(1)

( RT ) (? ? ? )
3.(2)

浓度、温度
4.(1)

平推流
5.(3)

平均停留时间、反应时间、空时
6.(1)

微观流体
7.(2)

调匀度S、流体的混合态
8.(2)

物理、化学
9.(1)

0.1um
10.(1)

拟均相一维
11.(1)

Teq ? Topt Teq ? Topt
12.(1)

?

E R ln 2 E2 ? E1 E1

U 0 ? U mf
13.(2)

气、乳
14.(1)

两个或更多
1.(2)

D
2.(2)

D
3.(2)

D
4.(2)

C
5.(2)

C
6.(2)

C
7.(2)

A
8.(2)

A
9.(2)

C
10.(2)

B
1.(5)

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.(5)

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 A 0 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

F (t ) ?
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(t) , (②分)
3.(5)

CA C A0 。

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分 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;①分 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;①分 4)气相产物向气相主体扩散。①分
4.(5)

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分) 1)催化剂在床层内不易磨损; (①分) 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; (①分) 3)固定床中的传热较差; (①分) 4)催化剂的更换必须停产进行。 (①分)
5.(5)

1) 0的气速进入床层的气体中, 以U 一部分在乳相中以起始流动速度Umf通过, 而其余部分以 0-Umf) (U 则全部以气泡的形式通过;①分 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; ①分 3)气泡相为向上的平推流,大小均一; ①分 4)反应完全在乳相中进行; ①分 5)气泡与乳相间的交换量Q为穿流量q与扩散量之和。①分
6.(5)

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, (①分)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 (①分) 。 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(①分) 。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(①分) ,相间传质总阻力等于传质阻力的加和(①分) 。
1.(10)

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

C A 0 ,则

dx ? k1 (C A0 ? x ? y ) dt dy ? k 2 (C A0 ? x ? y ) dt d ( x ? y) ? (k1 ? k 2 )( C A0 ? x ? y ) dt

①分

①分

相加得

①分

d ( x ? y) ? (k1 ? k 2 )dt C ? ( x ? y) 将其积分 A0

ln

C A0 ? (k1 ? k2 )t C A0 ? ( x ? y )

②分

1) 当转化率为99%时

x ? y ? 0.99C A0
t? 1 1 ln ? 0.549 s 4.65 ? 3.74 1 ? 0.99

①分

①分

SP ?
2) 瞬时选择性为

dx dy

①分

x k1 4.65 ? ? y k 2 3.74 积分得
S?
2.(10)

②分

x ? 55.4% y

①分

解:由于两等体积釜串联,则

?1 ? ? 2
C A, N ? C A0 (1 ? k? i ) N C A0 C A2

①分

②分

(1 ? k? i ) 2 ?


①分

xA ?
而 即

C A0 ? C A 2 C ? 1 ? A2 ? 0.95 C A0 C A0

②分 ①分

(1 ? k? i ) 2 ? 20 ? ? i ? 1.006h

?i ?


Vi ? Vi ? ? i v0 ? 1.006? 1.82 ? 1.83m 3 v0
V ? 2Vi ? 3.66m3

②分 ①分

反应器的总容积为
3.(10)

解:等容积釜串联应有 ? ? ? 1 ? ? 2

? 1 ? ? 2 ? 1 / 2? ? 0.5h

①分

对第二个全混流反应器作物料衡算

V0 (C A1 ? C A2 ) ? k1C A2V2

①分

C A2 ?
∴ 对于P:

C A0 C A1 ? 1 ? k1? 2 (1 ? K1 ) 2

K1 ? k1? 1 ? k1? 2 ? 0.5

①分 ①分

V0 (C A1 ? C A2 ) ? V2 (k1C A2 ? k 2CP 2 )

CP2 ?


K1C A0 K1C A0 2 (1 ? K1 ) (1 ? K 2 ) + (1 ? K1 )(1 ? K 2 ) 2

K 2 ? k 2? 2 ? 0.25②分

C A2 ?

1 ? 0.444m ol/ l (1 ? 0.5) 2

①分

CP 2 ?


0.5 0.5 ? 2 (1 ? 0.5) (1 ? 0.25) (1 ? 0.5)(1 ? 0.25) 2

①分 ①分

CS 2 ?? 1 - (0.444? 0.391)? 0.165mol/l

C P 2 0.391 ? ? 2.37 C S 2 0.165
4.(10)

①分

解:

? ?2 ?

? t2
t
2

?

112.5 ? 0.5 152

①分

? ?2 ?

1 ?N ?2 N

②分

??
则每个反应器的停留时间为 对第一个釜进行物料衡算

t 15 ? ? 7.5 min N 2

①分

2 C A0 ? C A1 ? (?rA1 )? 1 ? C A1 ? kCA1? 1

①分 ①分 ①分

整理得 7.5C A1 ? C A1 ? 1 ? 0
2

解得 C A1 ? 0.30mol/ l 同理对第二个釜进行物料衡算
2 C A1 ? C A2 ? (?rA2 )? 2 ? C A2 ? kCA2? 2

①分 ①分

解得 C A2 ? 0.144mol/ l

xA ?
5.(5)

C A0 ? C A2 1 ? 0.144 ? ? 85.6% C A0 1

①分

解:1)

? ?2 ?
N?

? t2
t
1
2

?

8.971 ? 0.234 6.1872

①分

? ?2

? 4.27
①分 ①分

取N=4

xA ? 1 ?
2)

1 ? 0.566 kt N (1 ? ) N

②分

化学反应工程期中复习题 ( 3 )
科 目:化学反应工程 适用对象:化学工程与工艺本科 2004-7-6

I.填空题 1.(3)
化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。

2.(3)
化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。

3.(1)
活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。

4.(2)
一级连串反应 A
CP,max ?
K1

P

K2

S 在全混流釜式反应器中,则目的产物P的最大浓度

______、

? opt ?

______。

5.(2)
生成主产物的反应称为_______,其它的均为_______。

6.(1)
P(主) A

如果平行反应 _______。

S(副) 均为一级不可逆反应,若 E主 > E副 ,提高选择性 S P 应

7.(3)
对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。

8.(2)
全混流反应器的空时τ 是_______与_______之比。

9.(1)
A
对于可逆的放热反应
k1 k2

R
,使反应速率最大的反应温度

Topt ?

_______。

10.(2)
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_______。

II.单项选择 1.(2)

P(主) A

如果平行反应 _______。 A. 提高浓度

S(副) 均为一级不可逆反应,若 E主 > E副 ,提高选择性 S P 应

B. 提高温度

C. 降低浓度

D. 降低温度

2.(2)
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 =____。 A. -1 B. -1/2 C. 1/2 D. 1

3.(2)
气相反应 CO + 3H2 膨胀因子 A. -2
CH4 + H2O 进料时无惰性气体, CO 与 H 2 以1∶2摩尔比进料,则

? CO =_______。
B. -1 C. 1 D. 2

4.(2)
全混流釜式反应器最多可能有_______个定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

5.(2)
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. 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

6.(2)
全混流反应器的容积效率η =1.0时,该反应的反应级数n_______。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0

7.(2)
一级连串反应 A
CP,max ?
K1

P

K2

S 在全混流釜式反应器中,则目的产物P的最大浓度

_______。
K2

K C A0 ( 1 ) K2 ? K1 K2 A.

C A0 1/ 2 2 B. [(K 2 / K1 ) ? 1]

C.

C A0 (

K 2 K 2 ? K1 ) K1

K2

C A0 1/ 2 2 D. [(K1 / K 2 ) ? 1]

8.(2)
C2 在间歇反应器中进行等温二级反应A → B,? rA ? 0.01 A mol/ l ? s ,当 C A0 ? 1mol / l 时,求

反应至 C A ? 0.01mol/ l 所需时间t=_______秒。 A. 8500 B. 8900 C. 9000 D. 9900

9.(2)
C ? 1mol / l 时,求 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B,? rA ? 0.01C A mol/ l ? s ,当 A0
反应至 C A ? 0.01mol/ l 所需时间t=_______秒。

A. 400

B. 460

C. 500

D. 560

10.(2)
对于自催化反应,最合适的反应器为_______。 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

III.简答题 1.(5)
简述均相反应及其动力学的研究内容?

2.(5)
简述理想反应器的种类?

3.(5)
k1

R
2 S , rR ? k1C A ,其活化能为 E1 ; rS ? k 2 C A ,其活化能为 E 2 ,当 E1 >

A
对于反应
k2

E 2 时如何选择操作温度可以提高产物的收率?

4.(5)
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?

5.(5)
简述分批式操作的完全混合反应器?

IV.计算题 1.(10)
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 3COOH ?k1 CH 2 ? CO ? H 2O ??
?1 ?1

CH 3COOH ?k2 CH 4 ? CO2 ??

已知在916℃时 k1 ? 4.65s , k 2 ? 3.74s ,试计算: 1) 99%的醋酸反应掉的时间;(6分) 2)在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。 (4分)

2.(10)
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 )
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) 将20%的RCH2OH分解所需时间; 2)RCH2OH的浓度降低20%所需的时间。
5

3.(10)
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A→R的一级不可逆的液相反应,其速率常数
3 2

. ? 5525 9 ? ?1 k ? 1.0788? 109 exp?? (h ) J T ? ? ? ,反应热 (??H r ) ? 20921 / molA,原料液中A的

浓度

C A0 ? 0.2mol/ l ,但不含反应产物R。此原料液的密度ρ =1050g/l;定压比热

v ? 3m3 / h ,反应器出口的反应液中 CP ? 2.929(J/g·℃) 。要求原料液的进料流率为 0

C A ? 0.04mol/ l 。总传热系数U=209.2(KJ/m2·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。

4.(5)
设某反应的动力学方程为 ? rA ? 0.35C A mol/ l ? s ,当A的浓度为 1mol / l 时,达到A的残余
2

浓度 0.01mol / l ,需多少时间?

化学反应工程期中复习题答案 ( 3 )
1.(3)

质量传递、热量传递、动量传递
2.(3)

分批式操作、连续式操作、半分批式
3.(1)

反应速率
4.(2)

1 C A0 1/ 2 2 [(K 2 / K1 ) ? 1] 、 K1K 2
5.(2)

主反应、副反应
6.(1)

提高温度
7.(3)

平均停留时间、反应时间、空时
8.(2)

反应器的有效容积、进料流体的容积流速
9.(1)

? ( E 2 ? E1 ) k E C (1 ? ? A ) R ln ' 0 1 A0 k 0 E 2 (C R 0 ? C A0 ? A )
10.(2)

零、最大
1.(2)

B
2.(2)

C
3.(2)

A
4.(2)

C
5.(2)

A
6.(2)

B
7.(2)

B
8.(2)

D
9.(2)

B
10.(2)

D
1.(5)

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。 (①分)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, (②分)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。 (②分)
2.(5)

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。 (①分)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。 (②分)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。 (②分)
3.(5)

k rR k10 e ? E1 / RT SR ? ? C A ? 10 e ? E2 / RT rS k 20 e k 20 对于平行反应
4.(5)

E2 ? E1 RT

CA

(②分) ,所以,当 E1 > E 2 时应尽

可能提高反应温度, (②分)方可提高R的选择性,提高R的收率。 (①分) 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)
5.(5)

反应物料一次性投入反应器内, (①分) 在反应过程中,不再向器内投料, 也不出料, (①分)

待达到反应要求的转化率后,一次性出料, (①分)每批操作所需生产时间为反应时间与非 生产性时间之和, (①分)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。 (①分)
1.(10)

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

C A 0 ,则

dx ? k1 (C A0 ? x ? y ) dt dy ? k 2 (C A0 ? x ? y ) dt d ( x ? y) ? (k1 ? k 2 )( C A0 ? x ? y ) dt

①分

①分

相加得

①分

d ( x ? y) ? (k1 ? k 2 )dt C A0 ? ( x ? y ) 将其积分 ln C A0 ? (k1 ? k2 )t C A0 ? ( x ? y )

②分

1) 当转化率为99%时

x ? y ? 0.99C A0
t? 1 1 ln ? 0.549 s 4.65 ? 3.74 1 ? 0.99

①分

①分

SP ?
2) 瞬时选择性为

dx dy

①分

x k1 4.65 ? ? y k 2 3.74 积分得
S?
2.(10)

②分

x ? 55.4% y

①分

解: t=0 t=t

RCH 2 OH ( g ) ? RCHO( g ) ? H 2 ( g )
A nA0 nA0-x B 0 x C 0 x ①分

n总 ? n A0 ? x

由k可知该反应为二级反应

①分

n2 dx 2 ? kC A ? k A Vdt V2

①分

V?
理想气体

n总 RT P

①分

k (n A0 ? x) 2 dx ? dt (n A0 ? x) RT / P

(n A0 ? x)dx kPdt ? 2 RT ∴ ( n A0 ? x)

①分

将其积分

?

x

0

t kPdt ? n A0 ? x ? ? ?dx ? ?0 2 RT ( n A0 ? x) 2 ? ? ( n A0 ? x)

①分

t?

RT ? 2 x x ? ? ln(1 ? )? ? kP ? n A0 ? x n A0 ?

①分

x ? 20% n 当 A0 ,带入得t=138min

①分

n A0 ? x 0.8n A0 n A0 ? ? 0.8C A0 (n ? x) RT / P n A0 RT / P 对于 V ,应有 A0
x?

3.(10)

①分

n A0 9 ,带入得t=66.1min

①分

解:1)计算反应温度T

CA 1 ? C A0 1 ? k?
( k? C A0 ? 1) CA

②分

?

?(

0.22 0.75 ? 1) ( ) ? 18 0.04 3
5525 .9 ] T

②分

k ? 1.0788 ? 10 9 exp[ ?
根据

T ? 308 .6 K

②分

T0 ? T ?
2)

V (?rA )(??H r ) ? UA(T ? Tm ) ] v0 ?c P

②分

T0 ? 308 .6 ?
4.(5)

18 ? 0.04 ? 0.75 ? 20921 ? 209 .2 ? 5 ? (308 .6 ? 298 .16) ? 306 .2 K 3 ? 1050 ? 2.929 ②分

解:

t ? ??

CA dCA dCA 1 1 1 ? ?? ? ( ? ) 2 C A0 ? r C A 0 0.35C 0.35 C A C A0 A A CA

③分

t?
带入得

1 1 1 ( ? ) ? 283 s 0.35 0.01 1

②分


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