《化学反应工程》期末考试试题及答案解读

kKkKSKPA APA KPB BKP＋KPB B R R二、填空题（每题5分，共30分）1．一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则反应的活化能为52894J／mol 。k E1 1ln2 ( )ln2k RT T1 1 2E (1 1

)ln2298308解：E 52894J/mol ，2．一气固催化反应AB R，若本征反应速率方程为则该反应可能的反应机理为σ Aσ2σ2Bσ2AσBσkS Rσσ）Rσ Rσ间歇釜反应器中进行如下反应：A P(1)－r＝kCa1A S A1 1A(2)－r=kCa2A2 2ACC/CE1E2A0 P S对大小为 E1<E2 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中C/C增大，表明反应级数al、a2的相对大小为 al>a2 。P SA．al>a2 B．al<a2 C．活化能El<E2 D．活化能El>E2从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差

2,反应器可视为全混流反应2器又若求得无因次方差

,则反应器可视为 活塞流反应器 。A→P，若大釜在先，小釜在后，出口转化率为x，小釜在先、大釜在后，则出口转化率为x，两种情况下，A1 A2进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较x和x的相对大小为 x<x 。A1 A2

A1 A2r kC2

0.5AbBηr kC

C2值大小ab处靠近反应器的出口，并说明理Q。一级放热反应，绝热操作；ηη

2 A Ba b二级反应，等温操作。ηη

2A

k1 Pa b三、问答题（每题6分，共12分）

A2B

k2 Q液相复合反应,若为使目的产物P若采用间歇反应釜，其加料方式为？若采用管式反应器，其进料方式为？E>E1 2P若采用间歇反应釜，其加料方式为 A一次性加入连续滴加 ；若采用管式反应器，其进料方式为 A从反应器进口处加入沿管长多处加入 (3)若E1>E2，则反应温度应采用高温。在四段绝热式固定床反应器中进行nn>0,试问解:(1)14(2)因第一段反应量大于第二段反应量,所以1-2段间要取出的热量比2-3段间要取出的热量大,因而1-2段间需要的冷激量也大于2-3段间需要的冷激剂量.（第1，2题均为12分，第3题为14分，共38分）1m3-1，2：HCOCHCH2

HO2

COHCHOHCH2 3该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等于0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率为90%。0.65h-1，2-1，2解：（1）一级不可逆反应：1 1t

ln(1xk

) ln(10.9)0.98V Q(tt)Q(2.350.65)1r 0 0 0Q 1/3m3/h0V1m3,rr

kCA

,k0.98h1,CA0

/l,XA

0.9C X 2.10.91.89kmol/m3丙二醇的浓度=A0 AQ0CA0xAf

1.891/30.63kmol/h15.15kmol日Q(2)采用定态下连续操作QQXV 0

00.9 1r k(1X Af

0.98(10.9)Q=0.109m3/h0丙二醇的产量=

0.1091.890.2058kmol/h4.939kmol日因连续釜在低的反应物浓度下操作，反应速率慢，故产量低。Q＝300L/minE(t)～t系如下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据E(t)函数性质确定并计算：E(t)/minE(t)/min－1（2）F(t)该反应器体积为多少？N(5)无因次方差 为多少？（6）Pe为多少？0 10 20t/min答：（1）E(t)＝ (2）F(t)＝ -t2/400+0.1t（3）V＝ 2m3（4）多级串联模型参数N＝2211N N (5)无因次方差2

2- 2

(1-e-Pe)0.5 Pe Pe2（6）Pe2.56．某一级不可逆气固催化反应，在反应温度 150℃下，测得k=5s-1,有效扩散系数PD=0.2cm2/s。求：eA0.1mmdP6kdP6kPDeA0.01 56 0.2(1)1

0.00833131 1 1(2)

tanh3

30.8试差，得＝0.68dP6kPdP6kPDeA

5ddP6dP650.2

0.68解：dP0.816 cm二、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、化学反应速率式为r KCC，如用浓度表示的速率常数为

，用压力表示的速率A C A B CP C 常数K ，则K =(RT)()K P C A3、平行反应

P(主)主S(副)均为一级不可逆反应，若E主

副E S副p仅是温度的函数。4、对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用平推流反应器为宜。5、对于恒容的平推流管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。6、若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_微观流体_。7、流体的混合程度常用调匀度S、流体的混合态来描述。8、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_物理失活，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。9_0.1um撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为努森扩散。10、绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用拟均相一维模型来计算。11、对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度

Topt和平衡温度

Teq，二者的T Teq optT T

R Eln 2E E关系为 eq opt

2 1 1 。U12、描述流化床的气泡两相模型，以

0的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始U U U流化速度mf通过，而其余部分0

则全部以气泡的形式通过。13、描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_气_相为平推流，而对 乳 相则有种种不同的流型。14、多相反应过程是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程。15、三传一反是化学反应工程的基础。16、不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_数学模型_。K1K217、一级连串反应A P S在平推流反应器中，则目的产物PK1K2k [kk1 1

/(k2

k)]

/k) 11kC t k

1

k kP,max

opt 。 2

、 2 1 ）K18、着眼反应组分K的转化率的定义式为_

nK0nKnK0 _。K119、一级连串反应K1

P S在间歇式全混流反应器中，则目的产物P的最大浓度k [kk1 1

/(k2

k)]

/k) 11kC t k

1

k kP,max

opt 。 2

、 2 1 ）20化学反应速率式为r KCC如用浓度表示的速率常数为

，用压力表示的速率A C A B C常数KP，则KC= KP。21、理想反应器是指全混流反应器、平推流反应器。22、具有良好搅拌装置的釜式反应器按全混流反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按平推流反应器处理。Q Q

dQ dQr G,23、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为,24、平推流反应器的返混0 。

G r 、

dT dT25、一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用_初始速率法_法来求反应级数。26、分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_平均生产速率最大_、_生产经费最低_为目标进行优化的。27、轴向分散模型的数学期望值 ，方差_ 。、测定-液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气相和液相中扩散阻力_，使反应在动力学区域内进行。29_温度_梯度和_浓度_梯度。30_聚式流化床_。31、当前用于描述气-液两相流相间传质的模型有两大类：一是按稳态扩散来处理的_双膜模型_；一是按非稳态扩散处理模型，如_溶质渗透模型_和_表面更新模型_。32、在建立数学模型时，根据基础资料建立物料衡算式的一般式为_输入量=输出量+反应量+累积量_。33、活化能的大小直接反映了_反应速率_对温度的敏感程度。34、生成主产物的反应称_主反应 ，其它的均副反应 。35、固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体V的球粒子直径，表达d= (6V/p v Pπ)1/3_。三、分析解答题1、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比（①分反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应（①分停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间（①分）由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的（②分）2、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？分）在某瞬间t=0将流入系统A0的流体切换为含有示踪剂A且浓度为C（①分）同时保持系统内流AA0C（①分）对应的曲线为3、简述均相反应及其动力学的研究内容？

F(t)

AA0C （②分）A0关系的速率方程。4、对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。5、简述气-液反应的宏观过程：A（g）+bB（l）→产物（l）？反应物气相组分A液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；4）气相产物向气相主体扩散。6、简述固定床反应器的优缺点？1）2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混3）固定床中的传热较差；4）催化剂的更换必须停产进行。k1 RAk7、对于反应

S r kC2E，，

r k

E，2R 1 A

S 2 A 22E1E时如何选择操作温度可以提高产物的收率？2rS R

k

e

/

kC 10C

EEEe2 1CE1RS答：对于平行反应 r1RS

RT21k eE/RT A k2120 20

A

＞2时应尽可能提高反应温度，方可提高R的选择性，提高R8、简述气固流化床反应器气泡两相模型的特点？1）以U0

通过，mf而其余部分以（U-U）2）床层从流化前的高度0 mfL增高到流化时的高度L，完全是由于气泡的体积所造成；3）气泡相为向mf f上的平推流，大小均一；4）反应完全在乳相中进行；5）气泡与乳相间的交换量