化学反应工程试题

1、一、填空（每小题2分，共20分）1、处理釜式反应器问题的一个极其重要的假定是认为反应区内反应物料的浓度均一。2、定态下，采用连续操作的釜式反应器，其物料衡算式为： 如果采用间歇操作，其物料衡算式为：3、一般说来，用串联釜式反应器进行级反应，若a1，沿着物流流动方向，各釜的体积依次增大，即小釜在前，大釜在后；若0a1，情况相反，各釜反应体积依次减小；这样，总反应体积可保持最小。4、活塞流模型是最基本的一种流动模型。其基本假定是：径向流速分布均匀，即所有流体粒子均以相同速度从进口向出口运动；在垂直于流体流动方向的任何横截面上，浓度均匀，温度均匀，即径向混合均匀；在流体流动方向即轴向上不存在流体的混

2、合。5、有一自催化液相反应AP，其速率方程为rA=kCACP kmol/(m3.min)，反应温度下，k=1m3/(kmol.min)，CAo=2kmol/m3，每小时处理1000mol原料，其中A占99%(摩尔分数)，其余为P。当循环比=0时，反应体积为 0.028m3。6、阶跃法的实质是：在系统中作定常流动的流体切换为流量相同的含有示踪剂的流体，或者相反。7、梯尔模数()是处理扩散与反应问题的一个极其重要的特征参数。值越大，表明表面反应速率大而内扩散速率小，说明内扩散阻力对反应过程的影响大。8、鼓泡塔的优点是结构简单，存液量大，所以特别适用于动力学控制的气液反应过程。如果鼓泡塔的塔径已定，

3、设计的主要任务是确定塔内气液混合物的高度。鼓泡塔内的Lr/dt一般为312。9、滴流床内气液两相的流动不同于固定床内单相流体的流动，可形成四种不同的流区，分别是滴流区、雾状流区、脉冲流区和鼓泡流区。10、在气液固相催化反应的传递过程中，当过程达到定态，(-RA)=KOGCA，式中，KOG的倒数为过程的阻力，它包含五部分阻力，即气液相界面的气侧及液侧阻力、 液固相界面的液侧阻力、催化剂颗粒内部的扩散阻力以及化学阻力 。二、推导题（10分）1、假定气固相催化反应，由以下基元步骤组成： （1）若A的吸附为速率控制步骤，推导反应速率历程；（2）说明理想吸附模型的基本假设。证明： 理想吸附模型的基本假设

4、：（1）各吸附位上的能量相等，吸附表面在能量上是均匀的；（2）分子之间的作用力可忽略不计；（3）单分子层吸附；三、图形判断题（20分）1、 连续釜式反应器的定态操作温度如下图：（10分）（1）图中有几个定态点？（2）哪一个定态点最不稳定？为什么？（3）定态操作稳定的必要条件是什么？答：（1）图中有三个定态点，分别是M，P，N。 （2）三个定态点中P点最不稳定。当温度波动上升到TB时，由于qgqr,纵使扰动消失，温度仍会上升至TN为止；如由于波动而使温度降至TA，因为qgqr，必然继续降低直至TM为止。 （3）定态操作稳定的必要条件： (dqr/dTdqg/dT)2、图2.1和2.2分别为两个化

5、学反应的TX图，图中AB为平衡曲线，NP为最佳温度曲线，AM为等温线，GD为绝热线，GK为非强热变温操作线，HB为等转化率线。（10分）（1）试比较这两个图的差异，并说明造成这些差异的根本原因。图2.1图2.2温度升高，平衡转化率减小温度升高，平衡转化率增大有最佳温度曲线无最佳温度曲线绝热操作线斜率为正绝热操作线斜率为负非绝热变温操作有热点非绝热变温操作有冷点造成以上差异的根本原因：图2.1是可逆放热反应的XT关系；图2.2是可逆吸热反应的XT关系。（2）采用固定床反应器进行图2.1所示的反应，分别按MA、GD和GK操作线操作，要求最终转化率均达到50%，试比较这三种操作所需催化剂量的相对大小

6、，说明原因。因为是可逆放热反应，操作线接近Topt线的程度越大，催化剂用量越小，从图 2.1看，在转化率从050%这一范围内，MA线最接近Topt曲线，所以等温操作所需催化剂最少，绝热操作(GD线)居中，非绝热变温操作(GK线)催化剂用量最大。四、计算题（50分）1、在间歇反应器中等温进行下列液相均相反应：A+BR rR=1.6CA kmol/(m3.h)2AD rD=8.2CA2 kmol/(m3.h) rD及rR分别为产物D及R的生成速率，反应用的原料为A与B的混合液，其中A的浓度等于2kmol/m3。（20分）（1）计算A的转化率达95%时所需的反应时间？（2）A的转化率为95%时，R的

7、收率是多少？（3）改用全混反应器操作，反应温度与原料组成均不改变，保持空时与（1）的反应时间相等，A的转化率可否达到95%？解：（1）A的转化率达95%时所需的反应时间？ （2）A的转化率为95%时R的收率 （3）保持空时与（1）的反应时间相等，A的转化率 2、用间歇反应器进行醋酸稀水溶液的水合反应试验 已知该反应为不可逆反应，并测得不同温度下该反应的反应速率结果如下：T，102540rA,mol/(cm3.min)0.0567CA0.1580CA0.3991CACA单位（mol/cm3）,A代表醋酐，若要求原料液的处理量为210kg/h,原料中醋酐的浓度为2.1610-4mol/cm3。反应

8、在20下等温进行，假定反应过程中反应混合物的密度恒定为1.05g/cm3。（20分）分别计算下列情况下，当醋酐转化率达85%时所需要的反应体积：（1）一个活塞流反应器；（2）一个全混流反应器；（3）两个全混流反应器串联且保证总反应体积最小。解： （1）活塞流反应器的设计方程 （2）全混流反应器的设计方程 （3）两个全混流反应器串联时的总反应体积 3、在一绝热全混流反应器中进行硫代硫酸钠与过氧化氢水溶液的反应，反应中过氧化氢大大过量，该反应对硫代硫酸钠为二级，反应速率常数k=6.851014exp(9209.4/T)cm3.mol-1.s-1，进料温度25，进料流量27.4cm3/s，硫代硫酸钠的进料浓度为0.56mo