反应工程复习题

1、一、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、化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指传质、传热、动量传递。3、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。4、着眼反应组分K的转化率的定义式为。5、固定床中的传热实质上包括了颗粒内的传热、颗粒与流体之间的传热以及床层与器壁的传热几个方面。6、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为研究对象的学科体系。8、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输入量=输出量+反应量+累积量

2、。9、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为适，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。10、全混流反应器的空时T是反应器容积与进料的体积流量之比。、单项选择题1、下列属于非均相反应的是BA.乙酸和乙醇的酯化B.加氢脱硫2、串联反应A-P(目的)-R+SC.氢气燃烧D.燃类气相裂解,目的产物P与副产物S的选择性Sp=_c_。A.np-np0nA0-nAB.np-nP0nA0C.np-np0nP-nP0nsnsodnR-nR03、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6b=D。A.-1B.1/3C.2

3、/3D.114、反应A+B一C,已知k=。/5s则反应级数n=B。2a=0.01CAmol/1-s当CA0=1mol/l秒。A.0B.1C.2D.35、在间歇反应器中进行等温二级反应A-B,时，求反应至Ca=o.o1moi/i所需时间t=dA.8500B.8900C.9000D.99006、对于D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。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27、平推流流动的E(t)曲线的方差.=A。A.0B.01C.1D.>18、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

4、间无作用D.吸附机理相同9、气固催化反应的内扩散模数*二L¥kvCm'/De,其中l为特征长度，若颗粒为球形贝UL=DA.厚度/2B.RC.R/2D.R/310、流化床反应器中的操作气速U0是根据具体情况定的，一般取流化数U0/Umf在A范围内。A.0.10.4B.1.510C.1015D.0.41.511、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12、对于一非恒容均相化学反应0AAr一把B,反应组分A的化学反应速率一rA=AodnAdnBdCAa=-Ta=-BJ=-AA.VdtB.V出C.出D.dCB一"二""

5、dr13、气相反应2A+B3P+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=c。A.-1B.-1/2C.1/2D.114、反应3A一P,已知k=0.15mol/ls,则反应级数n=A。A.0B.1C.2D.315、串联反应A一P(目的)R+S,目的产物P与副产物S的选择性Sp=C。np-np0np-np0np-nP0np-nP0AnA0-nAbnA0cnS-nS0dnR-nR016、在间歇反应器中进彳T等温一级反应A一B,rA=0.01CAmol/l5,当Ca0=1m°l/l时，求反应至Ca=0.01mol/l所需时间t=B秒。A.400B.460C.500D.560_

6、2_17、全混流流动的E(t)曲线的方差灯8=C。A.0B.01C.1D.>118、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型匕，cmj/D.,19、气固催化反应的内扩散模数LL、kvCS/De，其中L为特征长度，若颗粒为圆柱形则L=_C。A.厚度/2B.RC.R/2D.R/320、流化床反应器中的操作气速U0是根据具体情况定的，一般取流化数U°/Ut在A范围内。A.0.10.4B.1.510C.1015D.0.41.5、名词解释1、返混-不同停留时间的粒子的混合2、平均选择性3、停留时间-连续流动反应器中流体

7、微元从入口到出口所经历的时间4、壳层渐进中毒模型-认为中毒吸W速率较快，催化剂外层首先中毒失活，逐渐向内推进5、腾涌-在流化床的内径较小而床高与床径比较大时，气泡在上升过程中因聚并而增大气泡有可能占据整个床层截面，气流将床层一节节地往上做柱塞式推动，在上升到某一位置而崩落，流化床的正常操作被破坏6、瞬时选择性7、空间时间-反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值8、均匀中毒模型-假设有毒物质的吸附比扩散慢得多，颗粒内表面各处均匀缓慢失活9、沟流-由于流体分布板设计或安装上存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流，称为沟流四、简答题1、简述理想反应器的种类？通常所指的理想

8、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。2、简述非理想流动轴向扩散模型的定义？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）3、简述气泡的结

9、构及其行为？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。4、停留时间分布密度函数E（t）的含义？5、气一固相催化反应的宏观动力学步骤？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）

10、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。6、解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？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。五、计算题(第1题5分，第2、3题每题10分，第4题15分，共40分)1、液相一级不可逆分解反应ZB+C于常温下在一个2m3全混流反应器(CSTR)中等温进行。进口反应物浓度为1kmolm-3,体积流量为1m3hr-1,出口转

11、化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？2、自催化反应A+A2P的速率方程为：-rA=kcacp,k=lm3kmol-1min-1,原料组成为含A13%,含P1%(摩尔百分数)，且Cao+cp0=lkmolm-3,出口流中Cp=0.9kmol-m-3,计算采用下列各种反应器时的空间时间(t=Vr/Vo)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。CA031=1kmolmxAin=一=0.0714xAf=0.9

12、147a=kCACP=kCA0(1-Xa)CaoXa=kcAo(1一Xa)XaForPFR-xAf9=,XAf='xAf'dxxAin-AkCA0xAin1-XaXakCA0xAin1-XaXaxAf:00.91.<1-XAf)1111-0.9)=ln=ln=4.76minkCAOXAin、1,100.0714；<1-XAin)1-0.0714'ForCSTRXAf-XAin10.9-0.0714.=Cao=9.2minkCAo1-XAfXAf111-0.90.9ForCSTRPFR由于与_A的极值点相同，令df)=0,有12Xa=0,Xai-AdxA1xA

13、f-Ain10.5-0.0714_AfA=1.71minkcA0(1-xA1)xA111(1-0.5)0.5=0.53CA1=cA0(1-xA1)=0.5kmolm一2=ln0.91-0.9=2.200.51-0.5KK12=1.712.20=3.91minForCSTR+分离器d!.TadxA1=0,xA1=0.5XAf-XAinT=kCA0(1-Xai)xA10.5-0.0714=1.71min(1-0.5)0.53、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为:kC4H8C4H6“H2(A)若反应按下列步骤进行：(R)(S)对b:2=k40RPs令K2k3r-Ak4则1K2Ps%(2)二TaA+G

14、-rAbk6Ka=k5R=k6VpR令七则R=K3pRV(3)乙三詈PsPrA由(3)代入(2)得：K_k3T<bAccRb+Sr-k5cR;TR+b'k6(1)分别写出a,c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；(2)写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。解：(1)：a控制步骤时r=KPa8v-k28A(1)由19A+8r+8v=1得K3.,PspR-V'K3Pr-V,人=1K2人=一Ksk!PsPr-K3PR1K3-PsPrK2K3PsPrK3PR1K2k2K3KPaPsPrr二K3，/1"PsPrK3PR1K2

15、C控制步骤时r=k5%k6PrA员=K1ak1pA8V=k28A令卜2则8A=K1Pav4=K2=K1K2-Pa2vbPsPs6A+®R+eV=1得KPA曾-1V1"2正K1Pa1PsK1K2pL品二npSKR以K1PA1PsksKiK2Pa一k6Pr.r二PS1K1PaK1K2PaPs(2)：b为控制步骤:.k3KPA-k4K3PsPrr=k31A-k4PsX二1K1PaK3Pr当吸附很弱时，KcP=Sp(cA0-cAf)=(cA0-cAf)：1,K3：1贝r=k3K1pA-'k4K3pspR对丁烯是一级反应。4.某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150c下，测

16、得k=5s-1,有效扩散系数De=0.2cm21s。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？5、已知cA0=2kmol-m-3,cAf=0.2kmol-m-3,求下列反应器中，Cp最大为多少？(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，Ca1=1kmolm-3。解Crp11Sd-八rp-rR-rs12cA-cA(1-Ca)ForPFRSp二一1cA0-cAffAfiCCAd211-3=0.5kmolm1211_1(1cAf)"(1cA0)一10.2ForCSTR2二(2-0.2)2(1cAf)2(10.2)2=1.25kmolm-3FortwoCSTRinSeriesCp=(Ca0Cai)Spi'(CaiCAf)Sp211=(2-1)2(1-0.2)2(11)(10.2)=0.250.56-3=0.81kmolm3、催化反应A+B,A,B为均匀吸附，反应机理为：(1)A+(T=A(T(2)A(r=BbB(r=B+b其中A分子吸附(1)和表面反应(2)两步都影响反应速率，而B脱附很快达平衡。试推导动力学方程。6、某相对