化学反应工程期末考试试题及答案解读.doc

二、填空题〔每题5分，共30分〕
1．一不可逆反响，当反响温度从25℃升高到35℃时，反响速率增加一倍，那么该反响活化能为 52894 J／mol 。
解：，
2．一气固催化反响，假设本征反响速率方程为：
那么该反响可能反响机理为
3．间歇釜反响器中进展如下反响：
(1) －rA1＝k1CAa1
(2) －rA2=k2CAa2
在CA0与反响时间保持不变下，降低反响温度，釜液中CP/CS增大，说明活化能E1与E2相对大小为 E1<E2 ；在温度与反响时间保持不变下，增高反响浓度，釜液中CP/CS增大，说明反响级数al、a2相对大小为 al>a2 。
A．al>a2 B．al<a2 C．活化能El<E2 D．活化能El>E2
4．从反响器停留时间分布测定中,求得无因次方差,反响器可视为 全混流反响器 又假设求得无因次方差,那么反响器可视为 活塞流反响器 。
5．有两个有效容积不等全混流反响器串联操作，反响为二级不可逆反响A→P，假设大釜在先，小釜在后，出口转化率为xA1，小釜在先、大釜在后，那么出口转化率为xA2，两种情况下，进料流速、进料浓度与反响温度均一样，比拟xA1与xA2相对大小为 xA1<xA2 。
6. 在固定床反响器中，分别进展一级与二级不可逆气固催化反响，试比拟a、b两处η值大小〔a处靠近反响器进口，b处靠近反响器出口〕，并说明理由。
〔1〕一级放热反响，绝热操作；ηa>ηb
〔2〕二级反响，等温操作。ηa<ηb
三、问答题〔每题6分，共12分〕
1.液相复合反响, 假设为使目产物P选择性高，应选择：
(1) 假设采用间歇反响釜，其加料方式为？
(2) 假设采用管式反响器，其进料方式为？
(3) 假设E1>E2，那么反响温度应尽可能采用高温或低温？
答：为使目产物P选择性高，应选择：
(1)假设采用间歇反响釜，其加料方式为 A一次性参加，B连续滴加 ；
(2)假设采用管式反响器，其进料方式为 A从反响器进口处参加，B沿管长多处参加 ；
(3)假设E1>E2，那么反响温度应采用 高温 。
2. 在四段绝热式固定床反响器中进展n级不可逆反响,各段催化剂量一样,且控制进入各段反响物料温度相等.假设n>0,试问
(1) 哪一段净转化率最大哪一段最小
(2) 假设段间采用冷激方法进展降温,试问第一段与第二段之间与第二段与第三段之间
哪处需参加冷激剂量多为什么
解:(1)虽然各段进口温度相等,在催化剂量一样情况下,净转化率也按1至4段顺
序递减,第一段最大,第二段次之, 第三段再次之，第四段最小.
(2)因第一段反响量大于第二段反响量,所以1-2段间要取出热量比2-3段间要取出
热量大,因而1-2段间需要冷激量也大于2-3段间需要冷激剂量.
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1 m3釜式反响器中，环氧丙烷甲醇溶液与水反响生产丙二醇-1，2：
-13，环氧丙烷最终转化率为90%。
〔1〕假设采用间歇操作，辅助时间为0.65h，那么丙二醇-1，2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，那么丙二醇-1，2日产量又是多少？
〔3〕为什么这两种操作方式产量会有不同？
解：
（1） 一级不可逆反响：
丙二醇浓度=
丙二醇产量=＝
(2) 采用定态下连续操作
所以Q03/h
丙二醇产量=
〔3〕因连续釜在低反响物浓度下操作，反响速率慢，故产量低。
2.对一闭式反响器进展停留时间分布实验测定，在Q＝300L/min下，得到E(t)～t关系如下列图所示。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：
〔1〕E(t)
〔2〕F(t)
〔3〕该反响器体积为多少？
〔4〕多级串联模型参数N为多少？
(5)无因次方差为多少？
〔6〕轴向扩散模型参数为多少？
0 10 20 t/min
答：
〔1〕E(t)＝ -1/200(t-20)
(2〕F(t)＝ -t2
〔3〕V＝ 2 m3
〔4〕多级串联模型参数N＝ 2
(5)无因次方差
〔6〕
3．某一级不可逆气固催化反响，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0.1mm时，内扩散影响是否已消除？
（2） 欲保持催化剂内扩散有效因子为0.8，那么颗粒直径应不大于多少？
解：
二、填空题
1、化学反响工程是一门研究 化学反响工程问题 科学。
2、化学反响速率式为，如用浓度表示速率常数为，用压力表示速率常数，那么=。
3、平行反响均为一级不可逆反响，假设＞，选择性Sp与 浓度 无关，仅是 温度 函数。
4、对于反响级数n＞0反响，为降低反响器容积，应选用 平推流 反响器为宜。
5、对于恒容平推流管式反响器 平均停留时间、反响时间、空时 一致。
6、假设流体是分子尺度作为独立运动单元来进展混合，这种流体称为_微观流体_。
7、流体混合程度常用 调匀度S 、 流体混合态 来描述。
8、催化剂在使用过程中，可能因晶体构造变化、融合等导致外表积减少造成_物理 失活，也可能由于化学物质造成中毒或物料发生分解而造成_化学_失活。
9、对于多孔性催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_0.1um _时，分子与孔壁碰撞为扩散阻力主要因素，这种扩散称为 努森扩散 。
10、绝热床反响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与浓度变化，因此一般可用拟均相一维模型来计算。
11、对于可逆放热反响，存在着使反响速率最大最优温度与平衡温度，二者关系为______________。
12、描述流化床气泡两相模型，以气速进入床层气体中，一局部在乳相中以起始流化速度通过，而其余局部那么全部以气泡形式通过。
13、描述流化床数学模型，对于气、乳两相流动模式一般认为_气_相为平推流，而对___乳__相那么有种种不同流型。
14、多相反响过程是指同时存在 两个或更多 相态反响系统所进展反响过程。
15、 三传一反 是化学反响工程根底。
16、不管是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量描述，也就要用数学式来表达个参数间关系，简称_数学模型_。
17、一级连串反响在平推流反响器中，那么目产物P最大浓度_______、______。、〕
18、着眼反响组分K转化率定义式为__。
19、一级连串反响在间歇式全混流反响器中，那么目产物P最大浓度_______、______。、〕
20、化学反响速率式为，如用浓度表示速率常数为，用压力表示速率常数，那么=_______。
21、理想反响器是指 全混流反响器、平推流反响器 。
22、具有良好搅拌装置釜式反响器按 全混流 反响器处理，而管径小，管子较长与流速较大管式反响器按 平推流 反响器处理。
23、全混流反响器稳定定常态操作点判据为 、 ,
24、平推流反响器返混为____0___。
25、一个可逆均相化学反响，如果正、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、分批式完全混合反响器操作优化分析是以_平均生产速率 最大_、_生产经费最低_为目标进展优化。
27、轴向分散模型数学期望值 __ ___，方差 _ _。
28、测定气-液相反响速率方法与均相反响时不同之点是实验时要排除气相与液相中__扩散阻力_，使反响在动力学区域内进展。
29、在流化床中为了传热或控制气-固相间接触，常在床内设置内部构件，但很少使用水平构件，它对颗粒与气体上下流动起一定阻滞作用，从而导致床内产生明显_温度_梯度与_浓度_梯度。
30、对于气-固系统流化床反响器粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡聚并及造成扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为_聚式流化床_。
31、当前用于描述气-液两相流相间传质模型有两大类：一是按稳态扩散来处理_双膜模型_；一是按非稳态扩散处理模型，如_溶质渗透模型_与_外表更新模型_。
32、在建立数学模型时，根据根底资料建立物料衡算式一般式为_输入量=输出量+反响量+ 累积量_。
33、活化能大小直接反映了_反响速率_对温度敏感程度。
34、生成主产物反响称为_主反响__，其它均为__副反响__。
35、固定床中颗粒体积相当直径定义为具有一样体积Vp球粒子直径，表达式dv=__(6VP/π)1/3_。
三、 分析解答题
1、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？
空时是反响器有效容积与进料流体容积流速之比。〔①分〕反响时间是反响物料进入反响器后从实际发生反响时刻起到反响达某一程度所需反响时间。〔①分〕停留时间是指反响物进入反响器时刻算起到离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，具有一样停留时间且等于反响时间，恒容时空时等于体积流速之比，所以三者相等。〔②分〕
2、简述阶跃示踪法测停留时间分布实验方法及其对应曲线？
阶跃示踪法是对于定常态连续流动系统，〔①分〕在某瞬间t=0将流入系统流体切换为含有示踪剂A且浓度为流体，〔①分〕同时保持系统内流动模式不变，并在切换同时，在出口处测出出口流体中示踪剂A浓度随时间变化。〔①分〕对应曲线为F〔t〕，。〔②分〕
3、简述均相反响及其动力学研究内容？
答：参与反响各物质均处于同一个相内进展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、反响物组成与压力等对反响速率、反响产物分布影响，并确定表达这些影响因素与反响速率之间定量关系速率方程。
4、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，必须随转化率提高，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提高而提高，净反响速率出现一极大值；3〕而温度进一步提高将导致正逆反响速率相等而到达化学平衡。
5、简述气-液反响宏观过程：A〔g〕 + bB〔l〕→ 产物〔l〕？
1〕反响物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定到达气液相平衡； 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〕液相内反响产物向浓度下降方向扩散，气相产物那么向界面扩散； 4〕气相产物向气相主体扩散。
6、简述固定床反响器优缺点？
1〕催化剂在床层内不易磨损； 2〕床层内流体流动接近于平推流，与返混式反响器相比，用较少催化剂与较小反响器容积来获得较大生产能力； 3〕固定床中传热较差； 4〕催化剂更换必须停产进展。
7、对于反响，，其活化能为；，其活化能为，当 ＞时如何选择操作温度可以提高产物收率？
答：对于平行反响，所以，当＞时应尽可能提高反响温度，方可提高R选择性，提高R收率
8、简述气固流化床反响器气泡两相模型特点？
1〕以U0气速进入床层气体中，一局部在乳相中以起始流动速度Umf通过，而其余局部以〔U0-Umf〕那么全部以气泡形式通过； 2〕床层从流化前高度Lmf增高到流化时高度Lf，完全是由于气泡体积所造成； 3〕气泡相为向上平推流，大小均一； 4〕反响完全在乳相中进展； 5〕气泡与乳相间交换量Q为穿流量q与扩散量之与。
9、简述双膜理论？
该模型设想在气-液两相流相界面处存在着呈滞流状态气膜与液膜，而把气液两相阻力集中在这两个流体膜内，而假定气相主体与液相主体内组成均一，不存在传质阻力。组分是通过在气膜与液膜内稳定分子扩散过程来进展传质，通过气膜传递到相界面溶质组分瞬间溶于液体且到达平衡。因此，把复杂相间传质过程模拟成串联稳定双膜分子扩散过程叠加，相间传质总阻力等于传质阻力加与。
10、简述理想反响器种类？
通常所指理想反响器有两类：理想混合〔完全混合〕反响器与平推流〔活塞流或挤出流〕反响器。所谓完全混合流反响器是指器内反响流体瞬间到达完全混合，器内物料与反响器出口物料具有一样温度与浓度。所谓平推流反响器是指器内反响物料以一样流速与一致方向进展移动，不存在不同停留时间物料混合，所有物料在器内具有一样停留时间。
11、简述气固流化床反响器鼓泡床模型特点？
答：假定床顶出气组成完全可用气泡中组成代表，而不必计及乳相中情况，对气泡组成进展计算便可以到达反响转化率
12、简述理想反响器种类。
答：通常所指理想反响器有两类：理想混合〔完全混合〕反响器与平推流〔活塞流或挤出流〕反响器。所谓完全混合流反响器是指器内反响流体瞬间到达完全混合，器内物料与反响器出口物料具有一样温度与浓度。所谓平推流反响器是指器内反响物料以一样流速与一致方向进展移动，不存在不同停留时间物料混合，所有物料在器内具有一样停留时间
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