《化學(xué)反應(yīng)工程》期末考試試題及答案解讀

k K P K PS A A B B(1k K P K PS A A B B(1K P K P＋K P)2A A B B R R二、填空題〔530〕1．一不行逆反響，當(dāng)反響溫度從25℃上升到35℃時，反響速率增加一倍，則該反響的活化能為52894J／ 。lnk2E(11)ln2k R T T1 1 2E ( 1 1 )ln28.314 298 308解：E52894J/mol ，2．一氣固催化反響ABR，假設(shè)本征反響速率方程為：則該反響可能的反響機(jī)理為AσAσB 2σ2Bσ2AσBσkRσRσ

Rσσ (此步為速率把握步驟〕間歇釜反響器中進(jìn)展如下反響：AP (1)－＝k1AS

1 1(2)－222在和反響時間保持不變下，降低反響溫度，釜液中增大，說明活化能E1E20為 E1<E2 ；在溫度和反響時間保持不變下，增高反響濃度，釜液中增大，說明反響級數(shù)、a2>a2。A．>a2 B．<a2C．活化能<E2D．活化能>E22從反響器停留時間分布測定中,求得無因次方差

0.98

,反響器可視為全混流反響2器又假設(shè)求得無因次方差

0.02

,則反響器可視為 活塞流反響器 。A→P，假設(shè)大釜在先，小釜在后，出口轉(zhuǎn)化率為，小釜在先、大釜在后，則出口轉(zhuǎn)化率為，兩種狀況下，1 2進(jìn)料流速、進(jìn)料濃度和反響溫度均一樣，比較和1

的相對大小為2

<12r k

。C2C0.51aAbB

處的ηr kC0.5C2值大小a處靠近反響器的進(jìn)口b處靠近反響器的出口，并說明理Q。2 A B一級放熱反響，絕熱操作；ηηa b二級反響，等溫操作。ηη

2ABk1Pa b三、問答題〔612〕

A2Bk2Q液相復(fù)合反響,假設(shè)為使目的產(chǎn)物P假設(shè)承受間歇反響釜，其加料方式為？假設(shè)承受管式反響器，其進(jìn)料方式為？E>E1 2P假設(shè)承受間歇反響釜，其加料方式為 A一次性參與，B連續(xù)滴加 ；假設(shè)承受管式反響器，其進(jìn)料方式為 A從反響器進(jìn)口處參與，B沿管長多處參與 ；(3)假設(shè)E1>E2，則反響溫度應(yīng)承受高溫。在四段絕熱式固定床反響器中進(jìn)展n級不行逆反響,各段的催化劑量一樣,且把握進(jìn)入各n>0,試問哪一段的凈轉(zhuǎn)化率最大?哪一段最小?假設(shè)段間承受冷激方法進(jìn)展降溫,試問第一段與其次段之間和其次段與第三段之間哪處需參與的冷激劑量多?為什么?解:(1)14遞減,第一段最大,其次段次之,第三段再次之，第四段最小.(2)1-22-31-22-3〔第1，2題均為12分，第3題為14分，共38分〕1m3的釜式反響器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反響生產(chǎn)丙二醇-1，2：HCOCHCH2

HOH2

COHCHOHCH2 3該反響對環(huán)氧丙烷為一級，對水為零級，反響溫度下反響速率常數(shù)等于0.981，原料液中環(huán)2.1390%。0.65h，則丙二醇-1，2的日產(chǎn)量是多少？有人建議改在定態(tài)下連續(xù)操作，其余條件不變，則丙二醇-1，2的日產(chǎn)量又是多少？為什么這兩種操作方式的產(chǎn)量會有不同？解：〔1〕一級不行逆反響：1 1t

ln(1xk

) ln(10.9)2.35h0.98V Q(tt )Q(2.350.65)1r 0 0 0Q 1/3m3/h0V 1m3,rr A

kCA

,k0.98h1,CA0

2.1kmol/l,XA

0.9C X 2.10.91.89kmol/m3丙二醇的濃度=A0 AQ0CA0xAf＝

1.891/30.63kmol/h15.15kmol/日Q(2)承受定態(tài)下連續(xù)操作QQXV 0 Af

00.9 1r k(1X Af

0.98(10.9)Q=0.109m30丙二醇的產(chǎn)量=

0.1091.890.2058kmol/h4.939kmol/日因連續(xù)釜在低的反響物濃度下操作，反響速率慢，故產(chǎn)量低。對一閉式反響器進(jìn)展停留時間分布試驗測定，在Q＝300下，得到E(t)～t關(guān)系如以以下圖所示。由于該圖放置已久，縱坐標(biāo)模糊不清。試依據(jù)E(t)函數(shù)性質(zhì)確定并計算：E(t)－1E(t)－1〔2〕F(t)該反響器體積為多少？N(5)無因次方差 為多少？〔6〕Pe為多少？0 10 20答：〔1〕E(t)＝ -1/200(20)(2〕F(t)＝ 2/400+0.1t〔3〕V＝ 2m3〔4〕N＝22

11(5)無因次方差N 2N

2- 2

(1-e-Pe)0.5 Pe Pe2〔6〕Pe2.56150510.22。求：0.1dP6kdP6kPDeA0.01 56 0.2(1)1

0.00833131 1 1(2)

tanh3

0.8 dP

dP6kdP6kPDeA

5ddP6dP650.2

0.68二、填空題1、化學(xué)反響工程是一門爭論化學(xué)反響的工程問題的科學(xué)。2、化學(xué)反響速率式為r KCC，如用濃度表示的速率常數(shù)為K

，用壓力表示的速率A C A B CP C 常數(shù)K ，則K =(RT)()K P C A主副3、平行反響 S(副)均為一級不行逆反響，假設(shè)E 僅是溫度的函數(shù)。主副

，選擇性與濃度無關(guān)，4、對于反響級數(shù)n＞0的反響，為降低反響器容積，應(yīng)選用平推流反響器為宜。5、對于恒容的平推流管式反響器平均停留時間、反響時間、空時全都。6、假設(shè)流體是分子尺度作為獨立運動單元來進(jìn)展混合，這種流體稱為_微觀流體_。7、流體的混合程度常用調(diào)勻度S、流體的混合態(tài)來描述。8_物理失活，也可能由于化學(xué)物質(zhì)造成的中毒或物料發(fā)生分解而造成的_化學(xué)_失活。9、對于多孔性的催化劑，分子集中很簡潔，當(dāng)微孔孔徑在約_0.1_時，分子與孔壁的碰撞為集中阻力的主要因素，這種集中稱為努森集中。10、絕熱床反響器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當(dāng)作平推流處理，只考慮流體流淌方向上有溫度和濃度的變化，因此一般可用擬均相一維模型來計算。11、對于可逆的放熱反響，存在著使反響速率最大的最優(yōu)溫度

Topt和平衡溫度

Teq，二者的

T Teq T Teq opt

RE E2

Eln 2E1。U12、描述流化床的氣泡兩相模型，以

0的氣速進(jìn)入床層的氣體中，一局部在乳相中以起始U U U流化速度mf通過，而其余局部0

則全部以氣泡的形式通過。13、描述流化床的數(shù)學(xué)模型，對于氣、乳兩相的流淌模式一般認(rèn)為_氣_相為平推流，而對乳相則有種種不同的流型。14、多相反響過程是指同時存在兩個或更多相態(tài)的反響系統(tǒng)所進(jìn)展的反響過程。15、三傳一反是化學(xué)反響工程的根底。K1K2PK1K2P,max17、一級連串反響A

P S在平推流反響器中，則目的產(chǎn)物P的最大濃度C 、k [k2k1 1

/(k2

k)] ln(k

/k) 11t k1

k kopt 。 2

、 2 1 〕K18、著眼反響組分K的轉(zhuǎn)化率的定義式為

nK0nKnK0 。19、一級連串反響A

PK1K2k K1K2

S在間歇式全混流反響器中，則目的產(chǎn)物P的最大濃度[k/(k

k)] ln(k

/k) 11C

k1

k kP,max

、opt 。 2

、 2 1 〕20、化學(xué)反響速率式為r

KCC，如用濃度表示的速率常數(shù)為K

，用壓力表示的速率AKP，則KCKP。

C A B C21、抱負(fù)反響器是指全混流反響器、平推流反響器。22、具有良好攪拌裝置的釜式反響器按全混流反響器處理，而管徑小，管子較長和流速較大的管式反響器按平推流反響器處理。Q Q

dQ dQr G23、全混流反響器穩(wěn)定的定常態(tài)操作點的判據(jù)為G24、平推流反響器的返混為0。

r ,

dT dT25、一個可逆的均相化學(xué)反響，假設(shè)正、逆兩向反響級數(shù)為未知時，承受_初始速率法_法來求反響級數(shù)。26、分批式完全混合反響器操作的優(yōu)化分析是以_平均生產(chǎn)速率最大_、_生產(chǎn)經(jīng)費最低_為目標(biāo)進(jìn)展優(yōu)化的。27、軸向分散模型的數(shù)學(xué)期望值，方差_ _。28、測定氣-液相反響速率的方法與均相反響時不同之點是試驗時要排解氣相和液相中的集中阻力_，使反響在動力學(xué)區(qū)域內(nèi)進(jìn)展。29、在流化床中為了傳熱或把握氣-固相間的接觸，常在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件，但很少使用水平構(gòu)件，它對顆粒和氣體的上下流淌起確定的阻滯作用，從而導(dǎo)致床內(nèi)產(chǎn)生明顯的_溫度_梯度和_濃度_梯度。30氣速愈高，氣泡的聚并及造成的擾動亦愈猛烈，使床層波動頻繁，這種流化床稱為_聚式流化床_。31、當(dāng)前用于描述氣-液兩相流相間傳質(zhì)的模型有兩大類：一是按穩(wěn)態(tài)集中來處理的_雙膜模型_；一是按非穩(wěn)態(tài)集中處理模型，如_溶質(zhì)滲透模型_和_外表更模型_。32、在建立數(shù)學(xué)模型時，依據(jù)根底資料建立物料衡算式的一般式為_輸入量=輸出量+反響量+累積量_。33、活化能的大小直接反映了_反響速率_對溫度的敏感程度。34、生成主產(chǎn)物的反響稱為_主反響，其它的均為副反響。3(6π)1。三、分析解答題1、簡述等溫恒容平推流反響器空時、反響時間、停留時間三者關(guān)系？空時是反響器的有效容積與進(jìn)料流體的容積流速之比〔①分反響時間是反響物料進(jìn)入反響器后從實際發(fā)生反響的時刻起到反響達(dá)某一程度所需的反響〔①分停留時間是指反響物進(jìn)入反響器的時刻算起到離開反響器內(nèi)共停留了多少時間〔①分〕由于平推流反響器內(nèi)物料不發(fā)生返混，具有一樣的停留時間且等于反響時間，恒容時的空時等于體積流速之比，所以三者相等?！并诜帧?、簡述階躍示蹤法測停留時間分布的試驗方法及其對應(yīng)曲線？階躍示蹤法是對于定常態(tài)的連續(xù)流淌系統(tǒng)，〔①分〕在某瞬間0將流入系統(tǒng)的A0流體切換為含有示蹤劑A且濃度為C〔①分〕同時保持系統(tǒng)內(nèi)流淌A0C〔①分〕對應(yīng)的曲線為F〔t，3、簡述均相反響及其動力學(xué)的爭論內(nèi)容？

F(t)

AA0C 〔②分〕A0答：參與反響的各物質(zhì)均處于同一個相內(nèi)進(jìn)展的化學(xué)反響稱為均相反響。均相反響動力學(xué)是爭論各種因素如溫度、催化劑、反響物組成和壓力等對反響速率、反響產(chǎn)物分布的影響，并確定表達(dá)這些影響因素與反響速率之間定量關(guān)系的速率方程。4、對于可逆放熱反響如何選擇操作溫度？答：1〕按最優(yōu)溫度曲線相應(yīng)降低溫度；2〕這是由于可逆放熱反響，由于逆反響速率也隨反響溫度的提高而提高，凈反響速率消滅一極大值；3〕而溫度的進(jìn)一步提高將導(dǎo)致正逆反響速率相等而到達(dá)化學(xué)平衡。5、簡述氣-液反響的宏觀過程：A〔g〕〔l〕→產(chǎn)物〔l〕？平衡；2〕反響物氣相組分A3〕液相內(nèi)的反響產(chǎn)物向濃度下降方向集中，氣相產(chǎn)物則向界面集中；4〕氣相產(chǎn)物向氣相主體集中。6、簡述固定床反響器的優(yōu)缺點？1〕催化劑在床層內(nèi)不易磨損；2〕床層內(nèi)流體的流淌接近于平推流，與返混式3〕固定床中的傳熱較差；4〕催化劑的更換必需停產(chǎn)進(jìn)展。k1 RA2k27

S r

C2E

r kC

E，，R 1 A 2 A 22E1E時如何選擇操作溫度可以提高產(chǎn)物的收率？2rS R

k

eE

kC 10C

EEEe2 1CE1RS答：對于平行反響 r1RS

RT21k eE/RT A k2120 20

A，所以，當(dāng)E

2時應(yīng)盡可能提高反響溫度，方可提高R的選擇性，提高R的收率8、簡述氣固流化床反響器氣泡兩相模型的特點？1〕以U的氣速進(jìn)入床層的氣體中，一局部在乳相中以起始流淌速度通過，而0其余局部以〔U〕則全部以氣泡的形式通過；2〕床層從流化前的高度增高03〕氣泡相為向上的平推4〕5〕氣泡與乳相間的交換量Q為穿流量q與集中量之和。9、簡述雙膜理論？氣液兩相阻力集中在這兩個流體膜內(nèi)，而假定氣相主體和液相主體內(nèi)組成均一，不存在傳質(zhì)阻力。組分是通過在氣膜和液膜內(nèi)的穩(wěn)定的分子集中過程來相間傳質(zhì)總阻力等于傳質(zhì)阻力的加和。10、簡述抱負(fù)反響器的種類？通常所指的抱負(fù)反響器有兩類：抱負(fù)混合〔完全混合〕反響器和平推流〔活塞流或擠出流〕反響器。所謂完全混合流反響器是指器內(nèi)的反響流體瞬間達(dá)到完全混合，器內(nèi)物料與反響器出口物料具有一樣的溫度和濃度。所謂平推流反響器是指器內(nèi)反響物料以一樣的流速和全都的方向進(jìn)展移動，不存在不同停留時間的物料的混合