化学反应工程期末复习题Word版本.doc

化学反应工程期末复习题
o 1.空间时间τ定义是_在进口条件下处理一个反应器体积流体所需要时间, 空间速度SV定义是_______在单位时间内投入单位有效反应器容积内物料体积,二者之间关系是互为倒数。
o 2_停留时间不一样物料之间均匀化过程称为返混, 按返混情况不一样反应器被分为四种类型, 分别是__________反应器、 _______反应器、 _______反应器和非理想流反应器。
o 3.对于反应2A+B 3P+S, 膨胀因子δA=___, 膨胀率
o εA=__________。
o 4．反应器物料停留时间分布曲线是经过物理示踪法, 现在采取示踪剂关键输入方法有阶跃输入法和脉冲输入法。
o 5.物料在反应器内停留时间是一个过程, 通常见二个函数及二个特征值给予描述; 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 和停留时间分布方差。
o 6. 设E(θ)、 F(θ)分别为某流动反应器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。
o 7．气固相催化反应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。
o 8．固体催化剂由三部分组成, 活性组分、 助剂和载体。通常对活性组分要求是含有_高催化活性、 选择性和抗毒性。
o 9．若Wi是直径为di粒子所占质量分数, 则混合粒子平均粒径________。
o 10．在流态化操作中, 勾流和节涌是聚式流化床两种常见不正常操作情况。
o 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。
o 12.动力学方程表现是化学反应速率与反应物温度、 浓度之间关系。而建立动力学方程常采取两种方法, 分别是积分法和微分法。
o 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。
o 14.影响固定床空隙率原因有颗粒体积和床层体积。
o 15. 复合反应瞬时选择性是指在反应过程中某一瞬时生成目产物消耗A速率与在反应过程中同一瞬时A消耗速率比值。
o 16．对比时间是指停留时间与空间时间比值。
o 17. ．化学增强因子β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' 比值。
o 18.N个平推流反应器串联操作, 其总体积VR比一个含有体积为VR单个平推流反应器所能取得转化率____(大、 小、 相同）。
o 19.对恒容、 定常态流动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, 达成相同转化率时前者所需空间时间比后者___(大、 小、 相同）。
o 20.对平推流或间歇反应器, 平均选择性与瞬时选择性关系式为__________; 对全混流反应器, 平均选择性与瞬时选择性关系式为____。

o 21.当完全没有返混时,
当返混达成极大程度时,
当返混介于二者之间时, 即非理想流动时, 介于
__0_和__1_之间。
o 22.活性中心指固体催化剂表面能够与气相分子发生反应原子, 覆盖率定义是被某一组分覆盖活性中心数与总活性中心数比值。
o 23.壁效应是指靠近壁面处空隙率比其它部位大, 为降低壁效应影响, 要求床层直径最少要大于颗粒直径8倍以上。
o 24拟均相是指________, 对于固定床反
应器, 通常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
______模型、 ______模型和______模
型。
25 对于气液反应, 依据双膜模型, 慢反应关键在_____进行, 快速反应关键在_____进行, 中速反应关键在_____进行。
o 24拟均相是指________, 对于固定床反
应器, 通常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
______模型、 ______模型和______模
型。
25 对于气液反应, 依据双膜模型, 慢反应关键在_____进行, 快速反应关键在_____进行, 中速反应关键在_____进行。
26.对于反应

已知: a1>a2 , b1<b2 ,要使目产物产率尽可能高,
若在间歇反应器中反应, 应采取__________加料方法;
若在多釜串联全混流反应器中反应, 应采取__________加料方法。
o 27.对于气液相反应中漫反应, 化学增强因子β=1, 当八田准数γ>2时, β

o 二．简答题
o 1.转化率、 平均选择性、 产率定义各是什么？三者关系怎样？
o 2．何谓气固相催化本征动力学？
o 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关键区分是什么？分别写出多种模型活化能与覆盖率关系式。
o 4.PFR和CSTR反应器进行物料料衡算时,为何前者取体积微元考察,后者用整个反应器容积考察, 分别写出二者基础设计方程式。
o 5．何谓催化剂活性中心？在进行催化反应时, 为何催化剂含有高度选择性、 易中毒？
o 6.简述双膜理论
o 7.用模型法处理化学反应工程步骤是什么?
o 8.催化剂性能关键包含哪些? 对催化剂性能影响最大物理性质关键有哪些?
o
o 三．证实题
o 1.对于一个反应过程,

o
o 其中, KA、 KR分别是组分A和R吸附平衡常数, Ks是反应平衡常数, PA、 PR分别是组分A和R平衡分压。

o 对于一个可逆反应过程, ,
o 假如存在两种活性中心σ1、 σ2, 分别仅吸附A和B, 试推导当化学反应为控制步骤时:

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吸附平衡常数, PA、 PB、 PR、 PS分别表示组分A、 B、 R、 S平衡分压, 要求写出具体推导过程。

o 3．对于等温、 恒容下基元反应,
目产物为P, 设开始时各组分浓度CA0, CP0=CS0=0, 试证实当反应时间为

时, P浓度最大; 且

4.自催化反应 (1)、 （2）均为基元反应,

试证: 最大反应速率对应反应物A浓度CAopt

o 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, 以少许硫酸为催化剂, 反应在
100℃下进行。以A为考察组分动力学方程式为: (-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, 天天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失）, A转化率
为50％时, 试计算:
(1)当每批操作辅助时间为30min, 间歇反应器有效容积;
(2)活塞反应器有效容积;
(3)全混流反应器有效容积;
(4)两釜全混流串联反应器, 使第一釜中A转化率为32.3%, 第二釜50%, 反应器总有效容积。
o 2．自催化反应A+P→2P速率方程为: −rA=kcAcP, k=l m3kmol-1min-1, 原料组成为含A 13%, 含P 1%（摩尔百分数）, 且cA0+cP0= l kmol·m-3, 出口流中cP= 0.9 kmol·m-3, 计算采取下列多种反应器时空间时间(τ=VR/V0)。(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最好组合; (4)全混流反应器与一分离器最好组合。
o 3．用纯水吸收CO、 O2等气体中少许
NH3, 已知在操作温度(10℃)下NH3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:
（1）气膜和液膜阻力各为多少？
（2）应采取哪种形式速率式？
（3）采取化学吸收是否都可用？为何？
o 4．在一总长为4m填充床中, 气体以2500kg·m-2hr-1质量流率经过床层。床层体安装直径为3mm球形催化剂颗粒, 空隙率为0.45, 气体密度为2.9kg·m-3, 其粘度为1.8×10-5kg·m-1s-1。求床层压降。

o 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?
o 6. 平行液相反应
A→P rP=1
A→R rR=2cA
A→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; (2)全混流反应器; (3)两相同体积
全混流反应器串联, cA1=1 kmol·m-3。

o 7．在一直径为2m, 静床高为0.2m流化床中, 以操作气速u=0.3m·s-1空气进行流态化操作, 已知数据以下:
o dp=80×10-6 m, ρP=2200 kg·m-3, ρ=2 kg·m-3, μ=1.90×10-2mPa·s, εmf=0.5
o 求床层浓相段高度Lf 。
o 已知: 当2<Re<500时,
o 逸出速度u
o
当1<Re<200时,

8. 在填料塔中用浓度为0.25mol·L-1甲胺水溶液来吸收气体中H2S, 反应式以下:
H2S+RNH2→HS-+RNH3+

反应可按瞬间不可逆反应处理, 在20℃时数据以下:
F=3×10-3mol·cm-2s-1; CT=55.5mol·L-1; pT=101.3kPa; kALσ=0.03s-1; kAGσ=5.92×10-7mol·cm-3kPa-1s-1; DAL=1.5×10-5cm2s-1; DBL=1×10-5cm2s-1; HA=11.65kPa·L·mol-1。为使气体中H2S浓度由1×10-3降到1×10-6, 求最小液气比和所需填料高度。