《化学反应工程》期末考试试题解读

《化学反响工程》期末考试一试卷试题及答案解读《化学反响工程》期末考试一试卷试题及答案解读10/10《化学反响工程》期末考试一试卷试题及答案解读.kSKAPAKBPBr2二、填空题（每题5分，共30分）(1KAPAKBPB＋KRPR)1．一不能逆反响，当反响温度从25℃高升到35℃时，反响速率增加一倍，则该反响的活化能为52894J／mol。k2E11ln2ln()k1RT1T2E(11)ln2298308解：E52894J/mol，2．一气固催化反响ABR，若本征反响速率方程为：则该反响可能的反响机理为σAσB22σ2BσAσBσkSRσσ(此步为速率控制步骤）RσRσ．间歇釜反响器中进行以下反响：APAS

－rA1＝k1CAa1－rA2=k2CAa2在CA0和反响时间保持不变下，降低反响温度，釜液中CP/CS增大，表示活化能E1与E2的相对大小为E1<E2；在温度和反响时间保持不变下，增高反响浓度，釜液中CP/CS增大，表示反响级数al、a2的相对大小为al>a2。A．al>a2B．al<a2C．活化能El<E2D．活化能El>E24．从反响器停留时间分布测定中,求得无因次方差2,反响器可视为全混流反响器2,则反响器可视为又若求得无因次方差活塞流反响器。5．有两个有效容积不等的全混流反响器串通操作，反响为二级不能逆反响rPk1CA2CBA→P，若大釜rQk2CACB2在先，小釜在后，出口转变率为xA1，小釜在先、大釜在后，则出口转变率为xA2，两种情况下，进料流速、进料浓度和反响温度均相同，比较xA1和xA2的相对大小为xA1<xA2。6.在固定床反响器中，分别进行一级和二级不能逆气固催化反响，试比较a、b两处的η值大小（a处凑近反响器的进口，b处凑近反响器的出口），并说明原由。（1）一级放热反响，绝热操作；ηa>ηb（2）二级反响，等温操作。ηa<ηbword专业资料.三、问答题（每题6分，共12分）液相复合反响,若为使目的产物P的选择性高，应选择：若采用间歇反响釜，其加料方式为？若采用管式反响器，其进料方式为？若E1>E2，则反响温度应尽可能采用高温或低温？答：为使目的产物P的选择性高，应选择：(1)若采用间歇反响釜，其加料方式为A一次性加入，B连续滴加；(2)若采用管式反响器，其进料方式为A从反响器进口处加入，B沿管长多处加入；(3)若E>E，则反响温度应采用高温。12在四段绝热式固定床反响器中进行n级不能逆反响,各段的催化剂量相同,且控制进入各段的反响物料温度相等.若n>0,试问哪一段的净转变率最大?哪一段最小?若段间采用冷激方法进行降温,试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间哪处需加入的冷激剂量多?为什么?解:(1)诚然各段进口温度相等,在催化剂量相同的情况下,净转变率也按1至4段的顺序递减,第一段最大,第二段次之,第三段再次之，第四段最小.因第一段反响量大于第二段反响量,所以1-2段间要取出的热量比2-3段间要取出的热量大,所以1-2段间需要的冷激量也大于2-3段间需要的冷激剂量.四、计算题：（第1，2题均为12分，第3题为14分，共38分）1.在反响体积为1m3的釜式反响器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反响生产丙二醇-1，2：H2COCHCH3H2OH2COHCHOHCH3该反响对环氧丙烷为一级，对水为零级，反响温度下反响速率常数等于0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为3，环氧丙烷的最后转变率为90%。（1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h，则丙二醇-1，2的日产量是多少？（2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2的日产量又是多少？3）为什么这两种操作方式的产量会有不相同？解：1）一级不能逆反响：t11ln(12ABln(1xAf)A2BkVrQ0(tt0)Q00.65)1Q01/3m3/h

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PQVr1m3,rAkCA,k1,CA02.1kmol/l,XA丙二醇的浓度=CA0XA1.89kmol/m3丙二醇的产量=Q0CA0xAf＝1.891/30.63kmol/h15.15kmol/日word专业资料.采用定态下连续操作VrQ0XAfQ0k(1XAf)0.98(110.9)所以Q03/h丙二醇的产量=0.2058kmol/h4.939kmol/日（3）因连续釜在低的反响物浓度下操作，反响速率慢，故产量低。2.对一闭式反响器进行停留时间分布实验测定，在Q＝300L/min下，获得E(t)～t关系以以下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试依照E(t)函数性质确定并计算：（1）E(t)（2）F(t)E(t)/min－1（3）该反响器体积为多少？（4）多级串通模型参数N为多少？(5)无因次方差2为多少？（6）轴向扩散模型参数Pe为多少？01020t/min答：（1）E(t)＝-1/200(t-20)(2）F(t)＝-t2（3）V＝2m3（4）多级串通模型参数N＝2无因次方差2

211N2-2(1-e-Pe)0.5PePe2（6）Pe3．某一级不能逆气固催化反响，在反响温度150℃下，测得kP=5s-1,有效扩散系数DeA2/s。求：（1）当颗粒直径为时，内扩散影响可否已除掉？（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？word专业资料.dPkP51(1)DeA6631111(2)tanh33试差，得＝dPkPdP556DeA6dP6解：dPcm二、填空题1、化学反响工程是一门研究化学反响的工程问题的科学。2、化学反响速率式为rAKCCACB，如用浓度表示的速率常数为KC，用压力表示的速率常数KP，则KC=(RT)()KP。P(主)A3、平行反响S(副)均为一级不能逆反响，若E主＞E副，选择性Sp与浓度没关，仅是温度的函数。4、对于反响级数n＞0的反响，为降低反响器容积，应采用平推流反响器为宜。5、对于恒容的平推流管式反响器平均停留时间、反响时间、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杂，这种流体称为_微观流体_。7、流体的混杂程度常用调匀度S、流体的混杂态来描述。8、催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、交融等以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、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。、绝热床反响器由于没有径向床壁传热，一般能够看作平推流办理，只考虑流体流动方word专业资料.向上有温度和浓度的变化，所以一般可用拟均相一维模型来计算。11、对于可逆的放热反响，存在着使反响速率最大的最优温度Topt和平衡温度Teq，二者的TeqToptRE2关系为___TeqlnToptE2E1E1。12、描述流化床的气泡两相模型，以U0的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以初步Umf经过，而其余部分U0Umf则全部以气泡的形式经过。流化速度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__相则有各种不相同的流型。14、多相反响过程是指同时存在两个或更多相态的反响系统所进行的反响过程。15、三传一反是化学反响工程的基础。、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_。17、一级连串反响AK1K2S在平推流反响器中，则目的产物P的最大浓度Pk1[k2/(k2k1)]ln(k2/k1)_______、toptCP,max______。k2、k2k1）nK0nKKnK018、着眼反响组分K的转变率的定义式为__。K1K2S在间歇式全混流反响器中，则目的产物19、一级连串反响APP的最大浓度k1[k2/(k2k1)]ln(k2/k1)toptCP,max______。k2、k2k1）_______、20、化学反响速率式为rAKCCACB，如用浓度表示的速率常数为KC，用压力表示的速率常数KP，则KC=_______KP。21、理想反响器是指全混流反响器、平推流反响器。word专业资料.22、拥有优异搅拌装置的釜式反响器按全混流反响器办理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反响器按平推流反响器办理。QGQrdQrdQG23、全混流反响器牢固的定常态操作点的判据为、,dTdT24、平推流反响器的返混为____0___。25、一个可逆的均相化学反响，若是正、逆两向反响级数为未知时，采用_初始速率法_法来求反响级数。26、分批式完好混杂反响器操作的优化解析是以_平均生产速率最大_、_生产经费最低_为目标进行优化的。27、轴向分别模型的数学希望值_____，方差__。28、测定气-液相反响速率的方法与均相反响时不相同之点是实验时要消除气相和液相中的__扩散阻力_，使反响在动力学地域内进行。29、在流化床中为了传热或控制气-固相间的接触，常在床内设置内部构件，但很少使用水平构件，它对颗粒平和体的上下流动起必然的阻滞作用，从而以致床内产生明显的_温度_梯度和_浓度_梯度。30、对于气-固系统的流化床反响器的粗颗粒系统，气速高出初步流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈激烈，使床层颠簸频频，这种流化床称为_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：一是按稳态扩散来办理的_双膜模型_；一是按非稳态扩散办理模型，如_溶质浸透模型_和_表面更新模型_。32、在建立数学模型时，依照基础资料建立物料衡算式的一般式为_输入量=输出量+反响量+累积量_。33、活化能的大小直接反响了_反响速率_对温度的敏感程度。word专业资料.34、生成主产物的反响称为_主反响__，其余的均为__副反响__。35、固定床中颗粒的体积相当直径定义为拥有相同体积Vp的球粒子直径，表达式dv=__(6VP/π)1/3_。三、解析解答题、简述等温恒容平推流反响器空时、反响时间、停留时间三者关系？空时是反响器的有效容积与进料流体的容积流速之比。（①分）反响时间是反响物料进入反响器后从实质发生反响的时辰起到反响达某一程度所需的反响时间。（①分）停留时间是指反响物进入反响器的时辰算起到走开反响器内共停留了多少时间。（①分）由于平推流反响器内物料不发生返混，拥有相同的停留时间且等于反响时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。（②分）、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？阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，（①分）在某刹时t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A且浓度为CA0的流体，（①分）同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时CAF(t)间的变化。（①分）对应的曲线为F（t），CA0。（②分）、简述均相反响及其动力学的研究内容？答：参加反响的各物质均处于同一个相内进行的化学反响称为均相反响。均相反响动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反响物组成和压力等对反响速率、反响产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反响速率之间定量关系的速率方程。word专业资料.、对于可逆放热反响如何选择操作温度？答：1）对于放热反响，要使反响速率尽可能保持最大，必定随转变率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；2）这是由于可逆放热反响，由于逆反响速率也随反响温度的提高而提高，净反响速率出现一极大值；3）而温度的进一步提高将以致正逆反响速率相等而达到化学平衡。5、简述气-液反响的宏观过程：A（g）+bB（l）→产物（l）？1）反响物气相组分从气相主体传达到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；2）反响物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反响；3）液相内的反响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。、简述固定床反响器的优缺点？1）催化剂在床层内不易磨损；2）床层内流体的流动凑近于平推流，与返混式反响器对照，用较少的催化剂和较小的反响器容积来获得较大的生产能力；3）固定床中的传热较差；4）催化剂的更换必定停产进行。k1RAk2rR2E1rSk2CAE27、对于反响S，k1CA，其活化能为；，其活化能为，当E1＞E2时如何选择操作温度能够提高产物的收率？rRk10eE/RTk10E2E11/RTCAeRTCASRk20eEk20E1E2答：对于平行反响rS2，所以，当＞时应尽可能提高反响温度，方可提高R的选择性，提高R的收率、简述气固流化床反响器气泡两相模型的特点？1）以U0的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以初步流动速度Umf经过，而其余部分以（U0-Umf）则全部以气泡的形式经过；2）床层从流化前的高word专业资料.度Lmf增高到流化时的高度Lf，完好部是由于气泡的体积所造成；3）气泡相为向上的平推流，大小均一；4）反响完好在乳相中进行；5）气泡与乳相间的交换量Q为穿流量q与扩散量之和。、简述双膜理论？该模型设想在气-液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜，而把气液两相阻力集中在这两个流体膜内，而假定气相主体和液相主体内组成均一，不存在传质阻力。组分是经过在气膜和液膜内的牢固的分子扩散过程来进行传质的，经过气膜传达到相界面的