化学反应工程期末复习题

化学反应工程期末复习题1.空间时间τ的定义是在进口条件下处理一个

反应器体积的流体所需要的时间，空间速度SV的定义是在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积,二者之间的关系是互为倒数。2停留时间不同的物料之间的均匀化过程称为

返混，按返混情况不同反应器被分为四种类型，分别是完全不返混型反应器、充分返混型反应

器、部分返混型反应器和非理想流反应器。3.对于反应2A+B

=

3P+S，膨胀因子δA=，膨胀率εA=。12134．反应器物料的停留时间分布曲线是通过物理示踪法测定的，目前采用示踪剂的主要输入方式有阶跃输入法和脉冲输入法。5.物料在反应器内停留时间是一个随机过程，通常用二个函数及二个特征值予以描述；这二个函数分别是停留时间分布函数F(t)

和停留时间分布

密度函数E(t)

，二个特征值则是平均停留时间

t和停留时间分布的方差。6.设E(θ)、F(θ)分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数，θ为对比时间。若反应器为PFR，则F(1)=1，E(1)=∞，F(0.5)=0，E(0.8)=0。7．气固相催化反应的7个步骤、3个过程，其中三个过程分别是_外扩散、_内扩散和化学动力学_过程。8．固体催化剂由三部分组成，活性组分、助剂和载体。通常对活性组分的要求是具有_高的催化活性、选择性

和抗毒性。9．若Wi是直径为di的粒子所占的质量分数，则混合粒子的平均粒径__。10．在流态化操作中，勾流和节涌是聚式流化床两种常见的不正常操作情况。11按传热条件分类，反应器可分为等温_反应器、绝热反应器和非等温非绝热反应器。

i

iw

d

d

1m12.动力学方程表现的是化学反应速率与反应物温度、浓度之间的关系。而建立动力学方程常采用两种方法，分别是积分法和微分法。13.在循环反应器中，当循环比β为0时，还原为平推流反应器；当循环比β→∞时，变为全混流反应器；当0<β<∞时，反应器属于非理想流动反应器。14.影响固定床空隙率的因素有颗粒体积和床层体积。15.复合反应的瞬时选择性是指在反应过程

中某一瞬时生成目的产物消耗A的速率与在反应过程中同一瞬时A的消耗速率的比值。16．对比时间是指停留时间与空间时间的比值。17.．化学增强因子β的定义是，化学吸收时无化学反应条件下液膜厚度δL与有化学反应条件下液膜厚度δL'的比值。18.N个平推流反应器串联操作，其总体积VR比一个具有体积为VR的单个平推流反应器所能获得的转化率(大、小、相同）。19.对恒容、定常态流动的N个全混釜串联操作系统，其总体积与单个全混釜体积均为VR，达到相同转化

率时前者所需的空间时间比后者

(大、小、相同）。20.对平推流或间歇反应器，平均选择性与瞬时选择性的关系式为

；对全混流反应器，平均选择性与瞬时选择性的关系式为

。A

0AP

APS

S

dnnn1nA0

nA

PPS

S21.当完全没有返混时，

2当返混达到极大程度时，当返混介于二者之间时，即非理想流动时，

2

介于

0_和

1_之间。22.活性中心指固体催化剂表面能够与气相分子发生反应的原子，覆盖率的定义是被某一组分覆盖的活性中心数与总的活性中心数的比值。23.壁效应是指靠近壁面处的空隙率比其它部位大，为减少壁效应的影响，要求床层直径至少要大于颗粒直径的8倍以上。

2

1024拟均相是指流动相和固定相结合，视为同一相，对于固定床反应器，一般有拟均相模型和非均相模型两种，其中拟均相模型通常又分为三种，分别是一维拟均相平推流模型一维拟均相带有轴向返混的模型和二维拟均相模型。25

对于气液反应，根据双膜模型，慢反应主要在进行，快速反应主要在

进行，中速反应主要在

进行。11

1ka

A

b

B

pP26.对于反应(目的产物)22

2ka

A

b

B

sS（付产物）已知：a1>a2

,b1<b2

,要使目的产物的产率尽可能高，若在间歇反应器中反应，应采用

加料方式；若在多釜串联全混流反应器中反应，应采用

加料方式。27.对于气液相反应中的漫反应，化学增强因子β=1，当八田准数γ>2时，β∞反应物A的水溶液在等温CSTR中进行二级反应，出口转化率为0.4，现改在等体积PFR中进行，则出口转化率为

。等温下进行一级不可逆反应，为达到xA的转化率，采用单个CSTR的体积与PFR的体积之比为

，进行二级不可逆反应，两者体积之比为

。可逆放热反应在不同转化率下的最佳温度不同，一般而言，转化率越高，最佳温度越

。在气固相催化流化床反应器中，稀相段的作用是保证流化床内因因气泡破裂而挟带的固体颗

粒重新回来浓相段

。二．简答题1.转化率、选择性、产率的定义各是什么？三者的关系如何？2．何谓气固相催化本征动力学？3．兰格缪尔吸附模型、焦姆金吸附模型以及弗鲁德里希吸附模型的主要区别是什么？分别写出各种模型活化能与覆盖率的关系式。4.PFR和CSTR反应器进行物料料衡算时,为什么前者取体积微元

,后者用整个反应器容积，分别写出两者的基本设计方程式。5.CSTR中进行一级不可逆均相放热反应，请作图分析给出全混釜的稳定和不稳定操作点，并

全混釜的热稳定性的必要条件。6．何谓催化剂的活性中心？在进行催化反应时，为什么催化剂具有高度选择性、易

？7.简述双膜理论8.用模型法解决化学反应工程的步骤是什么?9.催化剂的性能主要包括哪些?对催化剂性能影响最大的物理性质主要有哪些?10.

平均选择性？

瞬时选择性？分别写出对于PFR和CSTR两类反应器平均选择性与瞬时选择性的关系式。三．证明题A的吸附表面反应

R的脱附A

σ

AσAσ

RσRσ

R

σ1.对于一个反应过程，A

R设想其机理步骤为：各步的速率方程为：并且：A

R

V

1当表面反应过程为控制步骤,试证明该过程的本征动力学方程为:rA

kA

pA

θV

k'A

θArS

kSθA

k'S

θRrR

kR

θR

k'R

pR

θVR

KRA APKK

Pr

rs

ks

s

1

KA

PA

KR

PR其中，KA、KR分别是组分A和R的吸附平衡常数，Ks是反应平衡常数，PA、PR分别是组分A和R的平衡分压。对于一个可逆反应过程，

，如果存在两种活性中心σ1、σ2，分别仅吸附A和B，试推导当化学反应为控制步骤时：A

A

R

R

B

B

S

SR

R

S

R

SR

A

B

A

B1

K

p

K1

K

p

K

p

p

k

K

K

p

p

k'

K

K

p

pr

其中:kR、kR'分别表示正、逆反应速率常数，KA、KB、KR、KS分别表示组分A、B、R、S的吸附

平衡常数，PA、PB、PR、PS分别表示组分A、B、R、S的平衡分压，要求写出具体的推导过程。3．对于等温、恒容下的基元反应，目的产物为P，设开始时各组S分的浓度CA0，CP0=CS0=0，试证明当反应时间为APk1k212ln

k

2k1optk

kt

时，P浓度最大；且P61-622k2A0P

maxkk(

1

)

k2

k1C

C(1)

A(2)

Ak1+

P

k2P

+

PP4.自催化反应(1)、（2）均为基元反应，试证：最大反应速率对应的反应物A的浓度CAopt22kCAopt

k1

k2

(CA0

CP0

)P49-505.试证：对于可视为一维拟均相平推流模型的固定床反应器，有：dxA

RA

1

B

A

R

以催化剂体积计0

A0dl

u

cU0、CA0分别为组分A进入反应器时的流速、浓度，xA为组分A流过反应器的长度为l时，组分A的转化率。εB：床层空隙率。6.有一气固相催化反应，试根据所给反应式和动力学方程，推断反应机理和控制步骤，反应式：A+B=C；动力学方程：(1

K

B

PB

KC

PC

)(1

K

APA

)kKA

K

B

PA

PBr

其中，k为反应速率常数，KA、KB、KC、PA、PB、PC分别为组分A、B、C的吸附平衡常数和平衡分压，要求写出具体的推导过程。四、计算题1.用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，以少量硫酸为催化剂，反应在100℃下进行。以A为

组分的动力学方程式为：(-rA)=kCA2，已知k=17.4L·kmoL-1·min-1,物料密度为750kg·m-3，且反应前后不变，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），A的转化率为50％时，试计算：(1)当每批操作的辅助时间为30min，间歇反应器的有效容积；(2)活塞流反应器的有效容积；(3)全混流反应器的有效容积；(4)两釜全混流串联反应器，使第一釜中A的转化率为32.3%，第二釜50%，反应器的总的有效容积。2．A进行平行分解反应，其速率式为↗R

rR=1

kmol·m-3min-1A

→S

rS=2cA

kmol·m-3min-1↘T

rT=cA

kmol·m-3min-1其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmol·m-3。试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作注：全混流反应器的平均选择性等于其瞬时先择性3．用纯水吸收CO、O2等气体中少量的NH3，已知在操作温度(10℃)下NH3的亨利系数HA=1.01kPa·L·mol-1；CO2，O2亨利系数HA=1.01×105

kPa·L·mol-1。试求假定NH3，CO，O2在水中即液相中传质系数相等，且kAG=4.05×10-3

mol·cm·kPa-1L-1s-1；kAL=0.01cm·s-1。试求：气膜和液膜阻力各为多少？应采用哪种形式的速率式？采用化学吸收是否都可用？为什么？4．P69第15题5.均相气相反应A→2R，其动力学方程为-rA=kcA，该过程在185℃，500kPa下在一平推流反应器中进行，其中k=10-2s-1，进料量FA0=30kmol/h，原料含50％惰性气体，为使反应器出口转化率达80％，该反应器体积应为多大?6.平行液相反应A→P

rP=1A→R

rR=2cAA→S

rS=cA2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；(