反应工程练习题.pdf

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1、1.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_。（A）A.能量传递B.质量传递C.热量传递D.动量传递2化学反应CO 3H2 CH4 H2O，其中化学反应计量系数为-1 的是哪种物质_。（A）A.COB.H2C.CH4D.H2O3气相反应 2A+B 3P+S 进料时无惰性气体，A 与 B 以 32 摩尔比进料，则膨胀因子A=_。（D）A.1B.1/3C.2/3D.1/24化学反应速率式为 rA KCCACB，如用浓度表示的速率常数为KC，用压力表示的速率常数为KP，则KP=_KC。（D）A.(RT)B.(RT)C.(RT)D.(RT)5对于可逆放热反应，为提高反应速率应_。（C）A

2、.提高压力B.降低压力C.提高温度D.降低温度6在恒容反应过程的平均停留时间、反应时间、空时是一致的反应器是。（D）A.间歇式反应器B.全混流反应器C.搅拌釜式反应器D.平推流管式反应器7全混流反应器的 E（t）曲线的方差_。（C）A.0B.01C.1D.18.对于反应级数 n0 的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用_B_。A.平推流反应器B.全混流反应器C.循环操作的平推流反应器D.全混流串接平推流反应器9.某催化剂，其真密度为 3.60g/cm3，颗粒密度为 1.65g/cm3，比表面积为 100m2/g。该催化剂的孔隙率=0.542。A.0.245B.0.542C.0.452D.0

3、.25410.对于气液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_装置。（C）A.填料塔 B.喷洒塔 C.鼓泡塔 D.搅拌釜1.化学反应器主要三种操作方式分别为：、。2.恒容条件下，反应 A+2B=R，原料气组成为 CA0=CB0=100kmol/m3，计算当 CB=20kmol/m3时，反应转化率 xA=0.4；恒压条件下，反应 A+2B=R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计 算 当CB=20kmol/m3时，反 应 转 化 率xA=。3.某反应在 500K 时的反应速率常数 k 是 400K 时的 103倍，则600K 时的反应速率常数 k 时是 40

4、0K 时的105倍。4.一级不可逆连串反应A P Q，使 P 的收率最大的反应时间opt为5.液相平行反应：A+B P，=0.3/3.；A+B Q，=0.51.3/3.；目的产物为 P。则瞬时选择性 SP=1+10.52()()()k1k2CA0=CB0=10kmol/m3，CAf=CBf=1kmol/m3，则选用活塞流反应器时总选择率 SP总=0.326，选用连续釜式反应器时总选择率 SP总=0.5。；若6.在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 CA0，转化率为 xA，当反应器体积增大到 n 倍时，反应物 A 的出口浓度为 CA0(1-xA)n，转化率为 1-(1-xA)n

5、。7.平推流反应器的返混为0；全混流反应器的返混为。8.对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为全混流多级串联全混流平推流；9.无因次方差2与方差t2的关系为2t2/t2。10.固体颗粒中气体扩散方式主要有分子扩散和努森扩散。1.按机构原理的特点简述最基本的三类反应器及其特点，使用的反应体系，可采用的操作方式？2.简述工业反应器的主要操作方式及其特点？k=Aexp(=Aexp(/RT)，/RT)反应速率r=4.已知反应A，已知H 0，()()；请论述对于转化率 XA，如何选择操作温度？答：对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随

6、转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；这是由于可逆放热反应，逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。5.基于气体在固体表面，请简述的物理吸附和化学吸附；物理吸附和化学吸附的特点；理想吸附模型的基本假设？1.原料以 0.5m3/min 的流量连续通入反应体积为 20m3的全混流反应器，进行液相反应：A A R R2 2R R D Dr rA A k k1 1C CA A2 2r rD D k k2 2C CR RCA,CR为组分 A 及 R 的浓度。rA为组分 A 的转化速率，rD为 D 的生成速率。原料中A 的浓度

7、等于 0.1kmol/m3，反应温度下，k1=0.1min-1，k2=1.25m3/kmol.min，试计算反应器出口处 A 的转化率及 R 的收率。解：V Vr r2.02.0 40min40minQ Q0 00.50.5C CA A0 0X XA AX XA Ak k1 1C CA A0 0(1(1 X XA A)0.1(10.1(1 X XA A)所以：X XA A 0.80,0.80,C CA AC CA A0 0(1(1 X XA A)0.020.02kmolkmol/m m3 3 即为：C CR R 40402 2k k1 1C CA A2 2k k2 2C CR R2 21001

8、00C CA AC CR R0.080.08 0 0C CR R 0.023720.02372kmolkmol/m m3 3Y YR RC CR R0.023720.02372 0.23720.2372C CA A0 00.10.12.用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下：0c c(t t)t t 21t t 22 t t 3t t 31C(t)00123t(min)4试求：（1）该反应器的停留时间分布函数 F()及分布密度函数 E()。（2）数学期望 及方差 。（3）若用多釜串联模型来模拟该反应器，则釜的个数 N；（4）若在此多釜串联反应器内进行

9、一级不可逆反应，反应速率常数 k=1min-1，且无副反应，试求反应器出口转化率。解：（1）由图可知 C0=C()=1.0，而 F()=F(t)=C(t)/C()，所以：0t t 2,F F()F F(t t)t t 22 t t 3,1t t 3,2 0.80.8 1.2 1.2如下图所示：平均停留时间：t t tEtE(t t)dt dt tdFtdF(t t)F F(t t)2dFdF(t t)2.5minmin00011 0dFdF(t t)E E(t t)1dt dt0t t p p 22 t t 3t t f f 3所以：0E E()tEtE(t t)2.50 p p 0.80.8

10、 1.2 f f 1.2（2）由于是闭式系统，故t t V Vr r/Q Q ，所以 1由式（5.23）可得方差：E E()d d 2.5 2d d 10.0133300.82221.2（3）模型参数 N 为：N N 1/1/0.0133375（4）用多釜串联模型来模拟，前已求得 N=75，应用式（3.50）即可计算转化率：12.575X XA A11/(/(1k k)N N11/(/(1)0.9145N N75.3.工业生产中的含酚废液及废气可用催化法将酚烧成二氧化碳和水，使其符合排放标准。现拟设计一固定床绝热反应器在0.1013MPa下燃烧含酚气体中的苯酚。标准状态下含酚气体处理量为120

11、0m3/h，苯酚摩尔分数为0.0008，于473K下进入反应器，要求燃烧后气体中苯酚摩尔分数为0.0001。采用直径为8mm以氧化铝为载体的氧化铜球形催化剂，在该催化剂上苯酚燃烧反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为：=7.03 106exp(5000T2)，min1。计算催化剂的用量？数据：催化剂的比表面=140m2/g，颗粒密度=0.9g/cm3，孔容=0.42cm2/g，曲节因子=3，床层孔隙率=0.38。反应气体定压摩尔比热容为30J/(mol.K)，反应热 H=2990kJ/mol。4.液相平行反应：0.30.3A A B B P P,r rP PC CA AC CB Bk

12、molkmol/m m3 3.min.min0.50.51.31.3a a(A A B B)Q Q,r rQ QC CA AC CB Bkmolkmol/m m3 3.min.min式中a为化学计量系数。目的产物为 P。（1）写出瞬时选择性计算式。（2）若a 1，试求下列情况下的总选择性：（a）活塞流反应器 CA0=CB0=10 kmol/m3,CAf=CBf=1 kmol/m3；（b）连续釜式反应器，浓度条件同（a）；（c）活塞流反应器，反应物 A 和 B 的加入方式如下图所示：反应物 A 从反应器的一端连续地加入，而 B 则从不同位置处分别连续加入，使得器内处处B的浓度均等于1kmol/m

13、3,反应器进出口处A的浓度分别为19和1kmol/m3。解：（1）设 A 为关键组分，目的产物 P 的瞬时选择性为：0.30.3C CA AC CB B1 1S SP P0.30.30.50.51.31.30.50.5(R RA A)C CA AC CB B C CA AC CB B1 1 C CA AC CB B A Ar r P PP P(2)若a a 1 1，求下列情况下的总选择性。S SP P1 10.50.51 1C CA A，（a）活塞流反应器,因为 CA0=CB0,其化学计量系数相同，所以 CA=CB，则有因此S SOPOP1 1C CA A0 0C CAfAfC CA A0 0

14、C CAfAf(S SP P)dCdCA A1010dCdC1 1A A 0.3260.3260.50.51 110101 11 1C CA A(b)连续釜式反应器S SOPOP S SPjPj1 11 1 0.50.50.50.51 1C CA A2 2S SP P(c)PFR,且 B 侧线分段进料，器内 B 的浓度均等于 1kmol/m3,则S SOPOP19191 1dCdCA A 0.7320.7320.50.519191 11 11 1C CA A1 10.50.51 1C CA Au u r rs s u u6.在等温活塞流反应器中进行一级不可逆反应，正逆反应的反应速率常数k k和

15、k k与温度的关系如下：u u r ru u50005000s s90009000k k 2 210106 6exp(exp(),),k k 3.53.510109 9exp(exp()T TT T要求最终转化率为 90%，试问在什么温度下操作所需的反应体积最小？解：由（2.31）式：u u r rsusu1 1E E E E H Hr rsusuu u r r susuu u r rH Hr rp p 0 0可知，当E E 50005000R R,E E 90009000R R时，即E E f f E E，所以，故可判定此反应为可逆放热反应。据式（2.37）T TOPOP求最佳温度，其中 T

16、e为对应于转化率为 90%时的平衡温度，对一级可逆反应有：susu u u r rE E E E9000900050005000s su uT Te e 413.9413.9K K3.53.510109 90.90.9A AX XA Ar r R Rlnlnu u lnln2 210106 61 10.90.9A A1 1 X XA AT TOPOP413.9413.9 390.2390.2K K413.9413.9900090001 1lnln900090005000500050005000T Te esusuRTRTE Eu u r rlnln u u r r1 1 susue eE E E EE E所以：即，在 390.2K 下操作所需的反应体积最小。