化学反应工程复习一.ppt

1、一选择题 1可逆放热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而( A ) 降低.升高.A、B均可能.同可逆吸热反应 2可逆吸热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而( B ) 降低.升高.A、B均可能.同可逆吸热反应 3.不可逆反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而( B ) 降低.升高.A、B均可能.同可逆吸热反应,4当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调增加时， 收率顺序：A A、间歇釜多个连续釜串联单一连续釜 B、多个连续釜串联间歇釜单一连续釜 C、间歇釜单一连续釜多个连续釜串联 D、间歇釜多个连续釜串联单一连续釜 5当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调下降时， 收率顺序：D

2、A、间歇釜多个连续釜串联单一连续釜 B、多个连续釜串联间歇釜单一连续釜 C、间歇釜单一连续釜多个连续釜串联 D、间歇釜多个连续釜串联单一连续釜,6、正常动力学，转化速率 -RA随XA增加而降低。 A A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。 7、反常动力学，转化速率-RA随XA增加而增加。 C A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单

3、釜的反应体积小于串联釜的总体积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积大于串联釜的总体积。,8、下列叙述正确的是（ D ） A、对于可逆吸热反应，反应速率随 XA的变化升高而升高 B、对于可逆放热反应，反应速率随 XA的变化升高而升高 C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top D、对于可逆放热反应，存在最佳温度Top 9、下列叙述正确的是（ A ） A、对于可逆吸热反应(温度一定)，反应速率随 XA的变化升高而降低 B、对于可逆放热反应(温度一定) ，反应速率随 XA的变化升高而升高 C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top D、对于可逆放热反应，不存在最佳温度Top,1. 化学反应工程中的

4、“三传一反”中的三传是指传质， 能量传递 热量传递 质量传递 ， 反应工程 。 2. 一级连串反应，在平推流反应器中，为提高目的产物的收率，应 降低 k2/k1。（增高或降低）。 3. 停留时间分布的两个函数间的关系是 互为倒数 , 停留时间在0间的物料占总物料的分率应为 1 。 4. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时为 平推流 反应器，而当时则相当于 全混流 反应器。 5. 若一级反应的反应速率rA采用kmol/（m3s）为单位，浓度采用kmol/m3为单位，则k的单位为 S -1 ，若反应速率以kmol/(kgs)表示，则k的单位为 m3 /(Kg.s) 。,6. 计算转化率起始状

5、态的选择，正确的是（ B ） A. 连续反应器，选择反应器出口处原料的状态 B. 连续反应器，选择反应器进口处原料的状态 C. 间歇反应器，选择反应结束时的状态 D. 数个反应器串联，往往以进入第二个反应器的原料组成为计算基准 7. 全混流反应釜最多可以有 C 个定常操作点 A.1 B. 2 C. 3 D. 4 8. 对于反应速率随转化率变化存在一个极大值的化学反应，最合适的反应器为 D A. 管式反应器 B. 釜式反应 C. 循环操作的管式反应器 D. 釜式反应串联管式反应器 9. 不是理想吸附的基本假定的是（ D ） A. 吸附位具有相同的能量 B. 属单层吸附 C. 被吸附分子间的作用力

6、可略去不计 D. 属多层吸附,11. 脉冲法测定停留时间分布对应曲线为 A A. E(t) 曲线 B. F(t)曲线 C. I(t)曲线 D. y(t)曲线 12. 全混流流动E(t)曲线的方差= C A. 0 B. 01 C. 1 D. 1 15. 一级连串反应在间歇式反应器中进行，则目标产物P存在最大浓度，其最大浓度时的反应时间应该为?,6. 如果将管式反应器出口的产物部分返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为 带循环的管式反应器。 7. 全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。 8. 停留时间分布可由两个函数定量描述，它们是 空时和 空速 。 9. 工业反应器有三种操作方式，包括

7、： 间歇操作 ， 连续操作 ， 半连续操作 。 10. 气体在固体表面的吸附中物理吸附靠 范德华力 结合的，而化学吸附是靠 化学键 结合的。,二讨论题 1、一间歇釜式反应器中进行一级不可逆反应，在相同的操作时间下采用大釜比用小釜所达到的转化率要高。这种说法是否正确？ 答：这种说法不正确。 由于操作时间相同，由 (一级反应)知，反应的转化率与反应器的体积无关，只与反应时间有关。,2、平行反应 分析：温度和浓度对瞬时选择性的影响 浓度的影响与主、副反应级数有关 ，与浓度无关 ，浓度增高，瞬时选择性增加 E副，温度增高，瞬时选择性增加 E主 E副，温度增高，瞬时选择性降低,三计算题 1有一级不可逆反

8、应A P，在85时反应速率常数为 ，若日产400Kg的产品P,A和P的密度均为1.25Kg/l,今拟在间歇釜式反应器中进行，若辅助操作时间为0.5 h,最终转化率为95%，求:每批操作所需反应时间？若装填系数为0.75，求反应器的体积？ 答： t= = =86.8 min =1.45 h 每批产量：400(24/（t0+t）=400/24/(0.5 + 1.45)= 32.5Kg 每批物料的投放量： 32.5/1.25/0.95=27.37 L 反应器的实际体积 Vr=27.37/0.75=36.49 L,2在银催化剂上进行甲醇反应： 2CH3OH+O22HCHO+2H2O2CH3OH+3O2

9、2CO2+4H2O进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%。甲醛的收率为69.2%。试计算（1）反应的选择性；（2）反应器出口气体的组成。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为 S=Y/X=0.692/0.720=0.9611=96.11%(2)进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料为100mol时，则反应器的进料组成为 组分 摩尔分率yi0摩尔数ni0（mol） CH3OH0.27427.4空气 0.547954.79（O2：11.51，N2：43.28） 水 0.178117.81总

10、计 1100设甲醇的转化率为为XA，甲醇的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇，甲醛和二氧化碳摩尔数nA，np，nC，分别为 nA=nA0(1XA)=7.672molnp= nA0YP=18.96molnC= nA0(XAYP)=0.7672 mol综上所述反应的化学计量式水（nW）,氧气（nO，和氮气（nN）的摩尔数为 nW= nW0+ nP+2 nC=38.30 molnO= nO01/2 np3/2nC=0.8792molnN=nN0=43.28mol所以，反应器出口气体组成为 .,3在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为

11、9.629104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为550时的速率比反应温度为400时的反应速率大多少倍？ 解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。 r550/r400=k550/k400=Aexp(E/RT550)/ Aexp(E/RT400)=expE/R(1/T4001/T550)=23(倍),4 甲烷与水蒸气在镍催化剂及750等温下的转化反应为： 原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1:4，若是这个反应对各反应物均为1级。已知 。 试求： （1）反应在恒容下进行，

12、系统的初始总压为0.1013MPa，当反应器出口的CH4转化率为80时，CO2,H2的生成速率是多少？ （2）反应在恒压下进行，其他条件如（1），的生成速率又是多少？,解：（1）由题意可将反应速率表示为 A+2BC +4D rC=kCACB对于恒容过程，则有 CA=CA0(1XA)CB-=CB02CA0XACA0=PA0/RT=2.38210-3mol/lCB0=4CA0=9.52810-3 mol/l当XA=0.8时 CA= CA0(1XA)=4.76410-4 mol/lCB-=CB02CA0XA=5.71710-3 mol/lRC=rC=kCACB=5.44710-6mol/（l?S）

13、RD=4rC=2.17910-5 mol/（l?S） （2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求出总摩尔的变化数 A=t/A=（1+412）/1=2反应物A的原始分率： yA0=1/(1+4)=0.2由（2.52）式可得转化率为80%时的浓度： CA=CA0(1XA)/(1+A yA0 XA)=3.60910-4mol/lCB-=（CB02CA0XA）/(1+A yA0 XA)=4.33110-3 mol/lrC= kCACB=3.12610-6mol/(l.s)RC=rC=3.12610-6mol/(l.s),5拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 以生产乙二醇，产量为

14、20kg/h，使用15（质量分率）的NaHCO3水溶液及30（质量分率）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的摩尔比为1:1，混合液的密度为1.02kg/L。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为1级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L/(mol*h)，要求转化率达到95。 （1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积； （2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。,解：（1）氯乙醇，碳酸氢钠和乙二醇的分子量分别为80.5，84，62每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h每小时需氯乙醇：0.322680.5/0.9530%=91.11 kg/h每小时需碳酸氢钠

15、：0.322684/0.9515%=190.2kg/h原料体积流量：Q0=（91.11+190.2）/1.02=275.8l/h氯乙醇初始浓度：CA0=0.32261000/0.95275.8=1.231mol/l反应时间： t= CA0 =2.968h反应体积： Vt= Q0（t+t）=956.5 L（2）反应器的实际体积： V= Vt/j=1275 L,6等温下进行1.5级液相不可逆反应：AB+C，反应速率常数等于 ，A的浓度为2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为1.5m3/h。试分别计算下列情况下A的转化率达95时所需的反应体积： （1）一个连续釜式反应器； （2）两个等体积的连续

16、釜串连釜式反应器； （3）保证总反应体积最小的前提下，两个连续釜式反应器并联。,解：（1）全混流反应器 （2）两个等体积全混反应器串联 由于Vr1=Vr2 所以由上二式得： XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1= 0.8245 ，所以： 串联系统总体积为Vr=2Vr1=4.758m3（3）此时的情况同（1），即Vr= 18.02m3,7 在一个体积为300L的反应器中，86等温下将浓度为3.2mol/L的过氧化氢异丙苯溶液分解： 生产苯酚和丙酮。该反应为1级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1，最终转化率达98.9，如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min，

17、试计算苯酚的产量。,解：(1) t= =Ln 1/（1XA）/k =56.37s =0.94min Vr=Q0(t+t0)=300 LQ0=300/15.94=18.82 L/min 苯酚浓度C苯酚=CA0XA=3.20.989=3.165 mol/L苯酚产量Q0C苯酚=18.823.165=59.56mol/min=335.9kg/h,9推导题 对气-固催化反应A + B = C，其可能的反应机理如下： 试导出其速率方程表达式。 答：因为第三步为控制步骤，所以其它各反应均达到平衡状态。 则 因为1，2，4步达到平衡，所以有 又： 解得 将之代入前面方程得 其中：,10 在Pt催化剂上进行异丙

18、苯分解反应： 以A、B及R分别代表异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下： 若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。,解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应外，其他两步过到平衡，描述如下： A+ AKA=A /PAA= KA PA A B+RrA=K1AK2PRBB B+KB= B /PBB= KB PB以表面反应速率方程来表示整个反应的速率方程： rA= K1AK2PRB由于A+B+=1将A，B代人上式得 KA PA+ KB PB+=1整理得： =1/（1+KA PA+KB PB） 将A，B，代人速率方程中 rA=k（PAPBPR）/KP/ （1+KA PA+KB PB） 其中

19、k= K1 KA，KP= K1 KA/ K2 KB,11,在银催化剂上进行乙烯氧化反应： 化作 其反应步骤可表示如下： （1） （2） （3） （4） 若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。,12 试推导说明可逆吸热反应的速率总是随着温度的升高而增加。,填空题 1、化学反应器的操作方式有 间歇操作 连续操作 半连续操作 2、反应器设计的基本方程有 物料衡算式(连续方程)、能量衡算式(能量方程)、动量衡算式 3、固体催化剂的三部分组成 主催化剂、副催化剂、载体 4、空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。 空速越大，反应器的原料处理能力越大。 5、正常动力学，转化速率 随XA增加

20、而降低。 多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 反常动力学，转化速率 随XA增加而增加。 单釜的反应体积小于串联釜的总体积。,7、串联釜式反应器进行 级反应：,8、反应器设计的基本方程：输入=输出+消耗+累积 9、多相系统的特征是系统中同时存在两个或两个以上的相态。 比表面积是单位质量催化剂颗粒所具有的表面积。 孔容是单位质量催化剂颗粒所具有的孔体积。 10、由于催化剂的表面积绝大多数是内表面积，造成化学反应主要在催化剂的内表面进行。 由于扩散的影响，流体主体、催化剂外表面上及催化剂颗粒中心反应物的浓度cAG、cAS、cAC将是不一样的，且cAGcAScAC。 11、流体与固体颗粒间的

21、传质系数及传热系数与颗粒的几何形状及尺寸、流体力学条件以及流体的力学性质有关。,12、固定床中同一横截面上的空隙率是不均匀的，对于粒度均一的颗粒所构成的固定床，在与器壁的距离1-2倍颗粒直径处，空隙率最大，而床层中心较小。器壁的这种影响，叫做壁效应。 13、固定床绝热反应器有单段与多段之分。,14 在管式反应器中400等温下进行气相均相不可逆吸热反应，该反应的活化能等于39.77。现拟在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变的前提下（采用等温操作），增产35，请你拟定一具体措施（定量说明）。设气体在反应器内呈活塞流。 解：题意要求在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变，由下式： 可知

22、，Q0与反应速率常数成正比，而改变反应温度又只与k有关，所以，提高反应温度可使其增产，具体值为： 解此式可得：T2=702.7 K，即把反应温度提高到702.7 K下操作，可增产35%,判断题 1间歇反应器的特征是反应器内物系的组成不随时间而变。（ ） 2连续操作的特征是连续地将原料输入反应器，反应产物也连续的从反应器流出。（ ） 3速率方程与由质量作用定律得到的形式相同，说明反应一定是基元反应。（ ） 4固定床反应器的床层直径与颗粒直径之比越大，床层空隙率的分布越不均匀。（ ） 5多项系统的特征是系统中同时存在两个或两个以上的相态。（ ）,6间歇反应器的特征是反应器内物系的组成随时间而变。（

23、 ） 7连续操作的特征是连续地将原料输入反应器，反应产物不用连续的从反应器流出。（ ） 8反应是基元反应，速率方程与由质量作用定律得到的形式一定相同。（ ） 9固定床反应器的床层直径与颗粒直径之比越大，床层空隙率的分布越均匀。（ ） 10多项系统的特征是系统中同时存在两个或两个以上的相态。（ ） 11.物理吸附的引力是分子引力。（ ） 12.化学吸附是固体表面与吸附分子间的化学键力所造成。（ ）,8实验室催化反应器的类型主要有 积分反应器 、微分反应器 、 外循环反应器 、内循环反应器。 9单一反应只要反应级数为正，则外扩散有效因子 小于等于1 。 10间歇釜式反应器的物料衡算式： i=1，2

24、，K 11吸附分为 物理吸附 和化学吸附 。,12属于化学吸附的特点的是（ B ） A、吸附快，活化能低 B、单分子层 C、可逆 D、温度较低,14反应物转化量与反应产物生成量之间的比例关系符合化学计量关系。（ ） 15速率方程与由质量作用定律得到的形式相同，不能说明该反应一定是基元反应。但基元反应的速率方程与由质量作用定律得到的形式一定相同。（ ） 16基元反应的速率方程不一定可用质量作用定律来表示。（ ）,。 18平推流： 返混 程度为零 19催化剂最重要的性质： 活性 、选择性 、 稳定性 。 20流体通过固定的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作 固定床 反应器。 21气液反应器

25、: 塔式反应器 、 机械搅拌的釜式反应器 。,22多釜串联模型基本假设：级内为 ；级间 ；各级 相同。 23设气体A 为催化剂的吸附位 吸附 ：A+= A，若为理想吸附，KA为吸附平衡常数，A为表面覆盖率，则吸附等温方程为：,24 一氧化碳变换反应： 在较低温度下，其动力学方程可表示为： 试拟定该反应的合适的反应步骤。,解：根据题意，假设反应步骤如下： 并假设第二步是控制步骤，其速率方程 就代表了整个反应的速率方程： 其余的两步可认为达到平衡，则有： 由于 ，有：,将 代入速率式，得： 式中 。故上述假定与题意符合。但上述假定的反应步骤不是唯一的。,25 反应(CH3CO)2O+H2O2CH3COOH在间歇反应器中15下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216molm-3，物料密度