化學(xué)反應(yīng)工程0411121-2期末A-答案

1、（勤奮、求是、創(chuàng)新、奉獻(xiàn)）2014 2015學(xué)年第 2學(xué)期考試試卷主考教師： 王遠(yuǎn)強(qiáng) 學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 班級 _ 姓名 _ 學(xué)號 _化學(xué)反應(yīng)工程課程試卷A參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn)（本卷考試時間120分鐘）題號一二三四五六七八總得分題分1212201010101214100得分一、不定項(xiàng)選擇題1、若外擴(kuò)散阻力影響消除但存在內(nèi)擴(kuò)散的情況下，當(dāng)催化劑粒徑減小時，其顆粒內(nèi)部效率因子2 。增加 不變 減小 其它 2、能使內(nèi)擴(kuò)散的影響加大的有 。增加催化劑顆粒的粒徑 增強(qiáng)催化劑的活性 升高反應(yīng)溫度 提高反應(yīng)的主體相濃度Cb 降低反應(yīng)的主體相濃度Cb 3、均相CSTR反應(yīng)器中S形放熱曲線，在高溫區(qū)的特征是 ；顆

2、粒催化劑的S形放熱曲線，高溫區(qū)的特征是 。擴(kuò)散控制 動力學(xué)控制 反應(yīng)物耗盡 轉(zhuǎn)化率較小4、關(guān)于理想的間歇式反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器，下列描述錯誤的是 。 三者同為理想反應(yīng)器，但理想的內(nèi)涵是不同的 理想的間歇式反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的內(nèi)涵是一樣的，都是反應(yīng)器內(nèi)溫度和組成相同。 理想的間歇式反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的理想的內(nèi)涵是不一樣的，雖都是反應(yīng)器內(nèi)溫度和組成處處相同，但前者隨著時間的變化溫 度和組成可能都發(fā)生變化，而后者則不隨時間變化 平推流和全混流反應(yīng)器都是連續(xù)流動式反應(yīng)器，前者的返混為零，后者為無窮大5、工業(yè)生產(chǎn)中對氣液反應(yīng)器需要有較高的生產(chǎn)強(qiáng)度，若反應(yīng)速度較快，反應(yīng)基本上是在界面近旁

3、的反應(yīng)帶（液膜）中進(jìn)行，要求反應(yīng)器應(yīng)具有表面積較大，具有一定得液相傳質(zhì)系數(shù)，下列哪些反應(yīng)器不適用于此類反應(yīng)？ 。填料塔反應(yīng)器 攪拌鼓泡反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 板式反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器二、填空題1、平行反應(yīng)主副反應(yīng)均為一級不可逆反應(yīng)，若主反應(yīng)活化能大于副反應(yīng)活化能，則目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性 濃度 無關(guān)，僅是 溫度 的函數(shù)。 2、反應(yīng)活化能就是 反應(yīng)物 分子“激發(fā)”為活化分子所需的能量，因此，活化能的大小是表征 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行難易程度 的標(biāo)志。3、當(dāng)反應(yīng)級數(shù)為 非零、非一級 時，流體的微觀混合影響反應(yīng)的速率，當(dāng)反應(yīng)級數(shù)大于一級時，宏觀混合速率 大于 （大于、等于或小于）微觀混合速率。4、非理想流動現(xiàn)象常包括

4、 滯留區(qū)的存在 、存在溝路和短路、 循環(huán)流 、流體流速分布不均勻以及擴(kuò)散等。5、某二級不可逆氣-固相催化反應(yīng)，（Cb為氣體主體相濃度，Ces為催化劑顆粒外表面濃度），則顆粒外擴(kuò)散有效因子1為 0.25 ，外擴(kuò)散影響程度 較高 。6、按雙膜論，在氣液反應(yīng)中，反應(yīng)物A在氣相，反應(yīng)物B在液相，若反應(yīng)為極快反應(yīng)，且CBL=CBL*(CBL* 為臨界濃度)，則反應(yīng)面位置 在液膜界面上 ，這時CAi 表示A組分在液膜內(nèi)的界面濃度 (下標(biāo)i表示界面)。三、簡述題1、簡述階躍法測停留時間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其對應(yīng)曲線？階躍法是當(dāng)設(shè)備內(nèi)流體達(dá)到定態(tài)流動后，自某瞬間起連續(xù)加入示蹤物流，然后分析出口流體中示蹤物濃度隨時

5、間的變化，以確定停留時間分布。（3分）（2分）2、請說明返混定義、產(chǎn)生原因以及限制返混的措施。返混：具有不同停留時間物料的混合形成返混。（1分）返混產(chǎn)生的原因：（1）反應(yīng)器內(nèi)速度不均勻的物料混合，如流速分布；（2）反應(yīng)器中的環(huán)流，如攪拌漿的流速分布。（2分）限制返混的措施：（1）強(qiáng)化速度分布的均勻性（2）橫向分割（3）縱向分割（4）放置填料等。（2分）3、自催化反應(yīng)如何進(jìn)行最優(yōu)反應(yīng)器組合？用圖示簡要說明。最優(yōu)的反應(yīng)器組合就是先用一個全混流反應(yīng)器，控制在最大速率點(diǎn)處操作，然后接一個平推流反應(yīng)器。CAPFR CACA,OPT,CSTRPFR 返混有利，尤其是在開始階段，采用CSTR操作（3分）（2

6、分）4、CSTR中進(jìn)行一級不可逆均相放熱反應(yīng)，如何判定操作點(diǎn)？如釜中進(jìn)行某串聯(lián)反應(yīng)，要求控制的轉(zhuǎn)化率為不穩(wěn)定操作點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)如何進(jìn)行操作？（1分）圖中A和C為穩(wěn)定的操作點(diǎn)，B為不穩(wěn)定操作點(diǎn)，由于A點(diǎn)轉(zhuǎn)化率較點(diǎn)，實(shí)際中常在C點(diǎn)進(jìn)行操作。CSTR的熱穩(wěn)定條件為：，即放熱速率應(yīng)小于移熱速率。（2分）如要求控制的轉(zhuǎn)化率為不穩(wěn)定操作點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，此時為了滿足熱穩(wěn)定條件，必須提高冷卻介質(zhì)溫度，并相應(yīng)地增大UA，使移熱線上移。（2分）四、某化學(xué)反應(yīng)在450時的反應(yīng)速率是400時的10倍，求該反應(yīng)的活化能（設(shè)濃度不變）。解：設(shè)該反應(yīng)物濃度為CA，反應(yīng)級數(shù)為n，反應(yīng)速率常數(shù)為k則 反應(yīng)的速率（2分）45

7、0時，（2分）400時，（2分）由題意：（2分）（2分）五、醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水，而副反應(yīng)生成甲烷和二氧化碳（反應(yīng)均為一級）：CH3COOHCH2=CO + H2O（主反應(yīng)）；CH3COOHCH4 + CO2（副反應(yīng)），已知在916時的k1=4.65 s-1，k2=3.74 s-1，t=0時，乙烯酮和甲烷濃度均為0。試計算：（1）99%的醋酸反應(yīng)掉所需的時間；（2）在此反應(yīng)條件下醋酸轉(zhuǎn)化成乙烯酮的選擇性。解：設(shè)在時間為t時乙烯酮和甲烷的濃度分別為X和Y，醋酸的初濃度為CA0，則有：（2分）；上面兩式相加可得：，積分得：（1）當(dāng)醋酸的轉(zhuǎn)化率為0.99時，應(yīng)有X+Y=0.99CA0，代入

8、上式可得：（5分）（2）X+Y=0.99CA0；X/Y=k1/k2=4.65/3.74，聯(lián)解這兩個方程得到：X=0.549CA0；Y=0.441 CA0；醋酸轉(zhuǎn)化為乙烯酮的選擇性為：。（52分）六、均相氣相反應(yīng)A3P在185，400kPa下在一個平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，其中k=10-2s-1。進(jìn)料量FA0=30kmol/h，A原料含50%惰性氣，為使反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率達(dá)80%，該反應(yīng)器體積應(yīng)為多大？解：，根據(jù)k的單位判斷出反應(yīng)為一級反應(yīng)，（2分），（2分）（1分）（1分）反應(yīng)器體積：（6分）七、有一醋酐水溶液，在25條件下進(jìn)行水解反應(yīng)，在該溫度下的速率方程為：，。醋酐初濃度為，進(jìn)料流量為500，現(xiàn)有

9、兩個2.5L和一個5L的全混流反應(yīng)器，試回答下列問題： （1）用一個5L的全混流反應(yīng)器操作，轉(zhuǎn)化率是多少？（2）用兩個2.5L全混流反應(yīng)器串連操作，轉(zhuǎn)化率是多少？（3）若用一個2.5L的全混流反應(yīng)器后串連一個2.5L的平推流反應(yīng)器，轉(zhuǎn)化率是多少？解：（1）一個5L的CSTR： （2分） （2分）（2）兩個2.5L的CSTR串連： （2分） （2分）（3）先CSTR，后PFRCSTR： （2分）PFR：（2分）八、在球形催化劑上進(jìn)行氣體A的分解反應(yīng)，該反應(yīng)為一級不可逆放熱反應(yīng)。已知催化劑顆粒直徑為0.3cm，氣體在顆粒中的有效擴(kuò)散系數(shù)為4.510-5m2，顆粒外表面氣膜傳熱系數(shù)為，氣膜傳質(zhì)系數(shù)為310m/h，反應(yīng)熱效應(yīng)為