化学反应工程期末复习资料.pdf

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1、复习重点K.K21.一级连串反应A A P -S 在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度G。,G l m ax=、%。(&/K、)/2+i f、7 )K)K22.一 级 连 串 反 应 A AP-在 平 推 流 反 应 器 中，则 目 的 产 物 p 的最大浓度rf =川“JCp,m ax 一 、1 o p t (d、kk)K|K o3.一级连串反应A-A P A S在间歇式全混流反应器中，则目的产物p的最大浓度(匕)出 件 n(&/kJCp.m ax=、_ (1 2 7、&-l )4,全混流反应器的空时T是 与 之比。(反应器的有效容积、进料流体的容积流速)6,全混流反应器的放热速率

2、Qc=o()7.全混流反应器的移热速率。，=o (,I”高)9.全 混 流 反 应 器 稳 定 的 定 常 态 操 作 点 的 判 据 为、o (Q c=Q，、筹,第)18.对于反应级数nVO的反应，为降低反应器容积，应选用 反应器为宜。(全混流)19.对于反应级数n0 的反应，为降低反应器容积，应选用 反应器为宜。(平推流)-C与)T _ Rin。一0八0 -八)21.对于可逆的放热反应，使反应速率最大的反应温度,皿=o (以心)一(-一耳)22.对于可逆的放热反应，达到化学反应平衡时的温度(=_ o (媪)L 停留时间分布的密度函数在t 0)3.当 t=0时，停留时间分布函数F (t)=o

3、 (0)4.当t=8 时，停留时间分布函数F (t)=o (1)5.停留时间分布的密度函数E (0)=_ _ _ E (t)o )12 2 _6.表示停留时间分布的分散程度的量 o (r)7.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为一 一 一 _ _、_ _。(脉冲法、阶跃法、周期示踪法、随机输入示踪法)8.平 推 流 管 式 反 应 器 时，E(t)=o(8)9.平 推 流 管 式 反 应 器 时，E(t)=o (0)10.平 推 流 管 式 反 应 器 时，F(t)=o (1)11.平 推 流 管 式 反 应 器 时，F(t)=o (0)12.平

4、推流管式反应器其E(。)曲线的方差q；=。(0)13.平推流管式反应器其E(t)曲线的方差苏=_ _ _ _ _。(0)14.全混流反应器t=0时E(t)=o (ie)215.全混流反应器其E(0)曲线的方差=。(1)16.全混流反应器其E(t)曲 线 的 方 差 力=o (产)-217.偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动，E(9)曲 线 的 方 差 与 为。(01)18.当流体在半径为R的管内作层流流动时，在径向存在流速分布，轴心处的流速以“。记，则距轴心处距离为r的流速/=o (/-(?)r220.流体在半径为R的管内作层流流动的停留时间分布密度函数E(t)=o (2 7)21.

5、流体在半径为R的管内作层流流动的停留时间分布函数F(t)=o25.非理想流动不一定是由返混造成的，但 返 混 造 成 了,(停留时间分布)26.为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种轴向返混与扩散过程的相似性，在的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并认为的假定该轴向返混过程可以用费克定律加以定量描述，所以，该模型称为。(平推流、轴向分散模型)uL27.在轴向分散模型中，模 型 的 唯 一 参 数 彼 克 莱 准 数 乙=o 3二)28.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就 o (愈小)29.轴 向 分 散 模 型 的 偏 微 分 方 程 的 初 始 条 件

6、 和 边 界 条 件 取 决 于 采 用 示 踪 剂 的、的情况。(输入方式、管内的流动状态、检测位置)3 0 .轴 向 分 散 模 型 的 四 种 边 界 条 件 为、。（闭一闭式边界、开一闭式边界、闭一开式边界、开一开式边界）3 1 .误差函数e r f 的定义式为 o产（=卡”、d x）3 2 .误 差 函 数 的 定 义 式 为 时 贝 产 炉（8）=,e l时，宏观流体具有比微观流体 的出口转化率。（高）4 6 .当反应级数n _1时，宏观流体具有比微观流体高的出口转化率。（）4 7 .当反应级数nl时，宏观流体具有比微观流体 的出口转化率。（低）4 8 .当反应级数n 1时，宏观流

7、体具有比微观流体低的出口转化率。（0A.%。一 八B.C.ns-nso D.nR nK OP一 R+60.简述均相反应及其动力学的研究内容？答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响,并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。61.简述链锁反应所具有的基本特征？答：1）链反应具有三个阶段：链的引发、链的传播和链的终止；2）链的引发和传播均需要通过游离原子或游离基；3）游离原子和游离基均具有较高活性，容易受器壁或其它惰性物的作用而重新生成稳定的分子，从而使链反应终止。4

8、1.简述理想反应器的种类？答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。4 2 .简述分批式操作的完全混合反应器？答：反应物料一次性投入反应器内，在反应过程中，不再向器内投料，也不出料，待达到反应要求的转化率后，一次性出料，每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和，非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等

9、用于非反应的一切辅助时间。4 3 .简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。4 4 .对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反

10、应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3）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。4 5 .对于反应，总,rs=k2CAf刍，当耳与时如何选择操作温度可以提高产物的收率？s 4gl e-如 第c答：对于平行反应 看%所以，当耳当时应尽可能提高反应温度，方可提高R 的选择性，提高R 的收率。6 0 停留时间分布密度函数E （t）的含义？答：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0 流入反应器内的流体，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了 t到 t+d t 之间的流体的质点所占的分率为E （t）d t（分）。风阳“。6 1.停留时间分布函数F （t）的含义？答：在

11、定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0 流入反应器内的流体,在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F （t）。小）=血）由。5 8.气一固相催化反应的动力学步骤？答：1反应物从气流主体向催化剂的外表面和内孔扩散 2）反 应 物 在 催 化 剂 表 面 上 吸 附 3 吸 附 的 反 应 物 转 化 成 反 应 的 生 成 物4）反应生成物从催化剂表面上脱附下来5）脱附下来的生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散。2 1 简述固定床反应器的优缺点？答：凡是流体通过不动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。1）催化剂在床层内不易磨损；2)床层内流体的流动接近于平推

12、流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；3)固定床中的传热较差；4)催化剂的更换必须停产进行。6 2.简述描述停留时间分布函数的特征值？_ 2答：用两个最重要的特征值来描述一一平均停留时间，和方差巴。1)1)f定义式为：港 ，平均停留时间f是E(t)曲线的分布中心，是E(t)曲线对于坐标原点的一次矩，又称E (t)的数学期望。22)2)若 是表示停留时间分布的分散程度的量，在数学上它是指对于平均停留时间的二次矩成-产。6 3.简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？答：通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学

13、反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。6 4.简述脉冲示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？答：脉冲示踪法是在定常态操作的连续流动系统的入口处在t=0的瞬间输入一定量M克的示踪剂A,并同时在出口处记录出口物料中示踪剂的浓度随时间的变化。对应的曲线为E(t)曲线，即 葭。6 5 .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？答：阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A且浓度

14、为。八。的流体，同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出-0，口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时间的变化。对应的曲线为F (t),a。6 6.简述建立非理想流动的流动模型的步骤？答：1)通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布；2)根据所得的有关E (t)或F (t)的结果通过合理的简化提出可能的流动模型，并根据停留时间分布的实验数据来确定所提出的模型中所引入的模型参数；3)结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果；4)通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性。6 7.简述非理想流动轴向扩散模型的特点？答：1)在管内径向截面上流体具有均一的流速；2)在流动方向上流体存在扩散过程

15、，该过程类似于分子扩散，符合F i c k定律；3)轴向混 合 系 数 及在管内为定值；4)径向不存在扩散；5）管内不存在死区或短路流。6 8 .简述非理想流动轴向扩散模型的定义？答：为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种返混与扩散过程的相似性，在平推流的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并人为的假定该轴向返混过程可以用费克（F ic k）定律加以定量描述。所以，该模型称为“轴向分散模型”（或轴向扩散模型）6 9.简述非理想流动多级混合模型的特点？答：把实际的工业反应器模拟成由n个容积相等串联的全混流区所组成，来等效的描述返-_ v _混和停留时间分布对反应过程内的影响。设反应器

16、容积为V,物料流入速率为v。，则 一咻，70 .举例说明微观流体和宏观流体的区别？答；若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为微观流体；若流体是以若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合，且在混合时微团之间并不发生物质的交换，微团内部具有均匀的组成和相同的停留时间，这种流体称为宏观流体。如在气一液鼓泡搅拌装置中，气体以气泡方式通过装置，此时气体是宏观流体,而液体为微观流体。5 6 简述L a n g m uir 等温吸附方程的基本特点？答：1）均匀表面（或理想表面）：即催化剂表面各处的吸附能力是均一的，吸附热与表面已被吸附的程度如何无关；2）单分子层吸附；

17、3）被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子；4）吸附的机理均相同，吸附形成的络合物均相同。57.简述B E T 方程测定固体催化剂比表面积的原理？P 1 （C-1）P=-+-答：测定比表面积的方法是建立在B E T 方程基础之上网外-户）匕 5 ,利用低温下测定P（C-1）气体在固体上的吸附量和平衡分压值，将 西 方 对 育 作 图，应为一直线，斜 率 为 市，截距为巨石，因此可求出匕，及C,则可利用比表面积公式进行求得。59.解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？答：多孔物质催化剂的粒内扩散较为复杂。当微孔孔径较大时，分子扩散阻力是由于分子间的碰撞所致，这种扩散为分子扩散。当微孔孔

18、径小于分子的自由程0.l u m 时，分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞，而成为扩散阻力的主要因素，这种扩散为努森扩散。6 0.简述非催化气固反应缩核模型的特点？答：非催化气固反应缩核模型是反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进，但粒子体积不变，如硫化矿的焙烧，氧化铁的还原等。6 1.简述非催化气固反应缩粒模型的特点？答：非催化气固反应缩粒模型是固体粒子的粒径随反应的进行向不断缩小，如煤炭的燃烧造气，从焦碳与硫磺蒸汽制造二硫化碳。6 2.简述气一液反应的宏观过程：A （g）+b B （1）f 产 物（1）?答：1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；2）反

19、应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；3）液相内的反应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。22.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相模型的特点？答：凡是流体通过不动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。拟均相模型忽略了床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。23.简述气固相催化反应固定床反应器非均相模型的特点？答：凡是流体通过不动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。非均相模型考虑了粒子与流体间温度与浓度的差别。24.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相一维模型的特点？答：凡是流体通过不动的固体物料所形成

20、的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。拟均相一维模型是忽略床层中粒子与流体的温度与浓度差别，考虑在流体流动的方向（轴向）上有温度和浓度的变化，而在与流向垂直的截面上（径向）则是等温和等浓度的。25.简述气一固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点？答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置为固定床反应器，拟均相二维模型是忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别（,同时考虑流体在轴向和径向上的温度梯度和浓度梯度。26 .简述表征颗粒特征的基本参数粒径的表示方法？答：固定床中粒径的表示方法常用的有三种。颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积匕的球粒子直径，表 达 式（6/万）颗

21、粒的面积相当直径是以外表面与 相同的球形粒子的直径，表达式4=向 无；颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面品的球形粒子直径来表示，表达式虑=6/5人5 3 简述聚式流化床的形成？答：对于气一固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为聚式流化床。54.简述鼓泡床的形成？答：对于气一固系统的流化床反应器，只有细颗粒床，才有明显的膨胀，待气速达到起始鼓泡速度后才出现气泡；而对粗颗粒系统，则一旦气速超过起始流化速度后，就出现气泡,这些通称为鼓泡床。5 5 .简述描述流化床的特征流速的定义？答：特征流速为

22、起始流化速度和带出速度。1）当流速达到某一限值，床层刚刚能被托动时，床内粒子就开始流化起来了，这时的流体空线速称为起始流化速度。2）当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为带出速度或终端速度。56.简述流化床反应器中节涌床的特点？答：对于气一固系统，床径很小，而床高与床径比较大时，气泡在上升过程中可能聚并增大甚至达到占据整个床层截面的地步，将固体粒子一节节的往上柱塞式的推动，直到某一位置而崩落为止，这种情况为节涌，此时的流化床为节涌床。59.简述流化床反应器中操作气速U。是如何选取的？答：实用的操作气速U。是根据具体情况选取的。一般之值（称作流

23、化数）在 L 510范围的，另外也有按U。/%=1 0 4 左右来选取。通常所用的气速为0.150.5m/s左右，对于热效应不大，反应速度慢，催化剂粒度细，筛分宽，床内无内部构件和要求催化剂的带出量少的情况，宜选用较低气速，反之，则用较高气速。60.简述气泡的结构及其行为？答；气泡的顶是呈球形的，尾部略为内凹，在尾部区域，由于压力比近傍稍低，颗粒被卷了进来，形成局部涡流，这一区域称为尾涡。在气泡的上升的途中，不断有一部分颗粒离开这一区域，另一部分颗粒补充进来，这样就把床层下部的颗粒夹带上去而促进了全床颗粒的循环与混合。部分气体可穿过气泡进行物质交换，在泡外形成一环流，称为气泡云。尾涡与气泡云随

24、气泡上升，其中所含粒子浓度与乳相中几乎相同，二者浑然一体，形成气泡晕。9.简述流化床反应器的开发和放大时考虑的问题？答：主要是通过以下三个方面来考虑：1）催化剂的性能。催化剂必须具有良好的活性、选择性和稳定性；催化剂的粒度和粒度分布能维持良好的流化质量。2）操作条件要注意放大效应的影响3）床层结构上通过分布板和内部构件两方面来考虑，增加气液的接触面积和有效的传热，维持一定的压降。10.简述双膜理论？答：该模型设想在气一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。组分是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散

25、过程来进行传质的，通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡。因此，把复杂的相间传质过程模拟成串联的稳定的双膜分子扩散过程的叠加，相间传质总阻力等于传质阻力的加和。11.简述气一液相反应器的设计所包含的内容？答：首先是根据气一液反应系统的动力学特征来选择正确的反应器型式，然后结合反应器特性来确定能满足给定生产任务的反应器几何尺寸。12.简述气一液相反应器型式的选择应考虑的因素？答：1）气、液的接触方式，即气体和液体在器内的流动模式；2）相间传质系数从葭k ；3）气、液流动速率；4）气一液反应控制区的考虑。1 3.以纯液体在悬浮催化剂上的加氢反应为例来说明气一液一固反应的过程？答：1

26、）气相中的反应组分（如氢气）通过气膜向气液界面的扩散传质；2）氢在气液界面上溶解，假定达到平衡，然后通过液膜向液相主体内进行扩散；3）氢在液相主体内具有均一的浓度，它将进一步通过固体表面上的液膜从液相主体向固体粒子表面扩散；4）气相反应组分和液相反应组分在固体表面上发生反应；5）整个反应过程就是按上述步骤依次的进行。一、填 空（4 0分）（1）气相反应 A+3 B-2 C,则 3=6B=o（2）反应速率常数有时可以表为心=士 也 ，前提是。dt（3）空间速度是指,空间时间是指 O（4）反应具有最佳温度曲线，最佳温度曲线是指 O（5）多孔性球形颗粒1 0克，半径1 c m,系由密度为4.0克/c

27、 m：的材料制成。则其孔容积1=，孔隙率。=假密度P=O（6）已知某非理想流动反应器其停留时间分布的方差=0.2 1 8,如果采用扩散模型，则 小 如果采用多级全混流模型，则炉（7）催化剂微孔内的气体扩散有 扩散，扩散、扩散、及 扩散等多种形式。（8）复合反应A ，进 料C g=l m o l/L,反应进行至，-%=2 C；4=0.5时，瞬时选择性s i=。如果该反应在在固体催化剂中进行时，由于内扩散的影响，选择性会。t J巨（力，=，尸3）二,尸（。）=。O（1 0）内扩散效率因子彳和M/e/e模数中的数值通常有如下关系：外扩散和化学动力学控制时Z 1,值较；内扩散强烈影响时z 1,中值较。

28、(1 1)c o 中温变换反应器属于固定床里的反应器。固定床按气体流动方向，可以分为和反应器。(1 2)某一级不可逆的气液反应过程，已知卜=1 0一，的，D,=1.5 X1 0=V/s.则当k时，该反应属于快反应，反应区主要在，工业上可选用反应器或反应器；当k时，该反应属于慢反应，这时反应区主要在，工业上可选用或反应器。CL 乙=1 OC CL.：8 ,L为主产物，则适M宜的操作条件对c,和蠢的要求是。(1 4)返混是指(1 5 )测定停留时间分布最常用的示踪剂注入方法有法和法。二、简 答 题(2 0分)(1)简述活塞流模型和全混流模型的基本特征。(2)根据缩芯模型，描述H 2 s 和Z。反应

29、的宏观步骤。(3)对于快速的一级不可逆的气液反应，写出其宏观反应速率的表达式(指明式中各参数的含义)。(4)对于一级不可逆的气固相催化反应，写出其宏观反应速率的表达式(指明式中各参数的含义)。三、计 算 题(每 题 1 0分，共 4 0分。)(1)乙烯氧化生成环氧乙烷为银催化剂上的气固相催化反应，进入反应器的气体组成(摩尔比)：C2Ht：1 5%,02：7%,C 02：1 0%,其余为Ar、N2；出反应器气体中现已知：C2H4：1 3.1%,02：4.8%o 试计算乙烯的转化率、环氧C 2 H 4+0.50?f C 2 H Q乙烷的选择性及收率。(G H 4+3 O 2 1 2 c o 2+2

30、 H 2。(2)丁 烯 制 丁 二 烯 C 4 H 8 A C 4 H 6+H 2，已知反应的步骤为(A)C4H8+()=(。必)(3)(。月8)。(。4H6)+凡(C)(Q&)o C 4 H 6十()请分别导出(A)(B)(C)为控制步骤的均匀吸附动力学方程。(3)在活塞流反应器中进行等温、体积不变的一级不可逆反应，则出口转化率可达0.9 6,现保持反应条件不变，但将反应改在：(a)相同体积的全混流反应器中，(b)等体积串联的两个全混流反应器(总体积与活塞流反应器相等)中。(c)相同体积的间歇反应器，反应时间与辅助时间之比为5：1试分别计算所能达到的转化率。(4)某全混流反应器体积为1 0

31、0 L,物料流率为1 0 L/so(a)试分别求出在反应器中逗留时间为9 l l s、小 于 1 0 s、大 于 1 0 s的物料在总进料中所占的比例。(b)用脉冲法注入示踪剂，其出口浓度用C(t)表示，假设C(0)为已知，试写出 0 0c(t)这个函数的表达式。并指出L CQ)力的值。v U一、填 空(4 0 分)(1)2,2/3(2)等容。(3)单位时间内，流过多少个反应器体积的物料(其它正确表达方式也可)，物料流过反应器所需要的时间(其它正确表达方式也可)。(4)可逆放热反应不同转化率下的最佳温度所形成的曲线(5)VK=0.1 6 9 c m /g ,0 =0.4 0 3 p =2.3

32、9 g/c m o(6)P 铲 9.1 7 ,犷 4.5 9(7)分子扩散，努森Kn u d se n 扩散、表面扩散、构型扩散(8)sL=2/3 0 会增 高。t(9)J E d t=F(t)，尸(0 0)=1,尸(0)=0。o(1 0)外扩散和化学动力学控制时I-1,中 值 较 小；内扩散强烈影响时Z 1,值 较 大。(1 1)多段绝热反应器。轴向和径向反应器。(1 2)某一级不可逆的气液反应过程，已知k=l(T 7/弓，D i=L5 X 1 0=%/s,则当k 2 0/3 时，该反应属于快反应，反应区主要在 液 膜，工业上可 选 用 填充床反 应 器 或 降 膜 反 应 器:当 k 20

33、/3时,该反应属于慢反应，这时反应区主要在液 相 主 体，工 业 上 可 选 用 鼓泡床或搅 拌 鼓 泡 床 反应器。(1 3)Q低 品高 o(1 5)不同年龄粒子之间的混合(1 5)阶 跃 法 和 脉 冲 法o四、简 答 题(2 0 分)(5)要点：P E R：流动如活塞，各参数轴向有变化，径向无变化，返混为0CS T R：瞬间完全混合，参数无变化，返混为最大(6)要点：”2 S 外扩散；“2$内扩散；”2$与Z 。在未反应芯表面上反应；比0内扩散；HQ 外扩散。(W一-1-kcse(8)N=KG(PG-P*)=K J C*-G.)1 1 11 1 H-=-1-K.L 1 /3 k.kc厂

34、L O五、计 算 题(每 题 i o 分，共 4 0 分。)(4)以 1 0 0 m o i 进料为基准，以a、B 表示环氧乙烷及二氧化碳的生成量,C2H.t02C2H.10co2I I20惰总计进口1 5701 006 8出口1 5-a-P/27-a/2-3 8/2a1 0+Pp6 81 0 0-a/2进行物料衡算，结合出口条件可知:5-a-p/21 0 0-a/2=0.1 3 17-a/2-1.5/71 0 0-t z/2=0.0 4 8则可求得a=1.5 0 4 m o 1,B=0.9 8 9 m o l乙烯反应量：1.5 0 4+0.9 8 9/2=1.9 9 8 5 m o l转化率

35、：1.9 9 8 5/1 5=0.1 3 3 3收率：1.5 0 4/1 5=0.1 0 0 3选择率：1.5 0 4/1.9 9 8 5=0.7 5 2 6(5)记 A=C.1HS B XH C=H,(A)(1)r=raA-rd=kaA pAO.-kdA0A1 b.p*，”=a1+APA+%PB 1+4 PA+DPB(3)$=K p,片 哈PAg(4)q=-1+4 华+%PBKp(B)rA=kOA-k,eBpc kbApA-k biplip(,l+bApA+bBpB(c)(1)rB rdB -raB KIBPBOznx n J n%乙 P c=KK/,PAPAPc砥MB 也 一 镰PBPc1

36、+4 八+年KPAPc(6)l-xA=e-*r-H =-Zn(l-xJ=3.219(1)4=1-2=0.763+KT1 ,(2)%=狂/2=1.6095,4=1 -(51)=0.853(3)kv=-kT=2.6 8 2 5,=1-L=0.932(4)*=1 s(1)F(ll)-6(9)=(1-e-n/10)-(l-e-9/1)=0.40657-0.33287=0.074产(10)=1 e-i=0.632 l-F(10)=0.368(2)E(t)=C(t)E(t)=-e-J。C W t%CQ)=CQ 劝 e-，m“Ln:8 1 f 0 0t=0,C(o=C(0)-C(0)=Cdt C(t)dt=

37、C(0)r/MJ 0 f J 0C(t)=Cdt=C(0)e-化学反应工程期末自测试卷(4)I.填空题L (1)化学反应工程是一门研究 的科学。2.(1)化学反应速率式为-%=Kc C；O,如用浓度表示的速率常数为底，用压力表示的速率常数七，则儿=3.(2)P(主)A平行反应 S(副)均为一级不可逆反应，若%选择性s 0 与 无关,仅是 的函数。4.(1)对于反应级数n 0 的反应，为降低反应器容积，应选用 反应器为宜。5.(3)对 于 恒 容 的 平 推 流 管 式 反 应 器、一致。6.(1)若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这 种 流 体 称 为。7.(2)流 体 的 混 合

38、程 度 常 用、来描述。8.(2)催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的失活，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 失活。9.(1)对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约 时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。1 0.(1)绝热床反应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和浓度的变化，因此一般可用_ _ _ _ _ _ 模型来计算。1 1.(1)对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度和平衡温度(3二者的关系为 O1 2.(1)描述流化床的气泡两相模型，以“。的气速进入床层的气体中，一部分在

39、乳相中以起始流化速度 ，通过，而其余部分 则全部以气泡的形式通过。1 3.(2)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 相为平推流,而对 相则有种种不同的流型。1 4.(1)多相反应过程是指同时存在 相态的反应系统所进行的反应过程。I I.单项选择1.一级连串反应A -P -S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时1=Om(/&)，(&/3)ln(K/&)_1_A.KK g K?-&Q j l 一 0,J K 一2.(2)全混流反应器的容积效率n小于LO时，且随着心 的 增大而减小，此时该反应的反应级数n _ _ _ _ _ _ _ oA.03.(2)当

40、反应级数n _ _ 时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。A.=0 B.=1 C.1 D.(1 +勺)+(1 +&)(1 +七&=k?%=0 2 5分CA2=-(1 +0.5)20.5=0.4 4 4 7?。/分0.5-1-(1 +0.5)2(l +0.2 5)(1 +0.5)(l +0.2 5)2 分,G z =1 -(0 4 4 4+0.3 9 1 )=0.1 6 5 m o l/分J”丝2.3 7C s 2 0.1 6 5 分4.(1 0)1 1251 52=0.5 _分解：二产cr：=-!-n N=2N 分t 15 r u.T-=7.5 min则每个反应器的停留时间为 N 2 分对

41、第一个釜进行物料衡算C/W=G1+（一=CAI 分整理得7.5此+以-1 =0 分解得CM=03 分同理对第二个釜进行物料衡算。加=+（%）=+依人2T2分解得CA2=0 14加。/分C/IO一。九CAO1 0.144-r=85.6%分5.(5)解:1)窘需 分N=4.27若 分取N=4分xA=1-=0.5662)分化学反应工程期末自测试(6)I.填空题I D化学反应工程是一门研究 的科学。2.(1)_ _一 P住)A -如 果 平 行 反 应 4 s(副)均为一级不可逆反应，若提高选择性S.应3.(1)aA+b B-A pP+sS对于反应，则小=(一 小)。4.(1)全混流反应器的移热速率Q

42、，=o5.(1)全 混 流 反 应 器 的 返 混。6.(1)介于非凝集态与完全凝集态之间的混合态称为 O7.(1)在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就8.(1)气-固相催化反应的内扩散模数%=,它是表征内扩散影响的重要参数。9.(2)气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_ _ _ _ _ _ _ 结合的，而化学吸附是靠结合的。10.(1)绝热床反应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和浓度的变化，因此一般可用 模型来计算。11.(2)目前描述固定床反应器的数学模型可分为 和 的两大类。12.(3)在流化床中为了传热或控制气-固相间

43、的接触，常在床内设置内部构件，以垂直管最为常用，它同时具有,并甚至 的作用。1 3.(1)描述流化床的鼓泡床模型，它相当于U。/U”时，乳相中气体全部下流的情况，工业上的实际操作大多属于这种情况。1 4.(1)双膜模型把复杂的相间传质过程模拟成 的叠加，相间传质总阻力等于双膜传质阻力的加和。I I.单项选择1 .全混流反应器中有 个稳定的定常态操作点。A.1 B.2 C.3 D.42.(2)K,K，一级连串反应A-AP-A S在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=0K工CAK A.(3.(2)_ _ _ _ _ g o _ _ _ _ _ c (KZK、-K、B (K/K产+l f

44、c._ _ _ _ _C.oD (K J K?严+l f轴向分散模型的物料衡算方程在 式边界条件下有解析解。A.闭-闭 B.开-闭 C.闭-开 D.开-开4.(2)反应级数叩 时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。A.0B.0.5 C.1 D.25.(2)即 一 k cmii/d催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为 力 ，当进料中的杂质吸附极牢以及对产物无内扩散阻力时，d为 OA.心0 B.=1 C.-*3 D.心 16.(2)催化剂颗粒扩散的无因次扩散模数四值的大小反映了表面反应速率与 之比。A.扩散速率 B.外扩散速率 C.内扩散速率 D.实际反应速率7.(2)不属于气固相催化反

45、应固定床反应器拟均相二维模型的特点是A.粒子与流体间有温度差 B.粒子与流体间无温度差C.床层径向有温度梯度 D.床层轴向有温度梯度8.(2)不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是A.粒子与流体间有浓度差 B.粒子与流体间无浓度差C.床层径向有温度梯度 D.床层径向有浓度梯度9.(2)流化床反应器中的操作气速是根据具体情况定的，一般取流化数u。/，在范围内。A.0.1 0.4 B.1.5-1 0 C.1 0 1 5 D.0.4 1.51 0.(2)下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第n级模型的特点 oA.各参数均为恒值 B.参数值不随床高而变C.参数值与气泡大小无关 D.

46、参数值与气泡大小有关I I I.简答题1 5)对于可逆放热反应如何选择操作温度？2.(5)简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？3.(5)简述气-液反应的宏观过程：A (g)+b B (1)一 产 物(1)?4.(5)简述固定床反应器的优缺点？5.(5)简述流化床反应器的缺点？6.(5)简述气-液相反应器的设计所包含的内容？I V.计算题1.(1 0)醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳：CH3COOH-CH2=c o +H2O CH3COOH CH4+co2已知在9 1 6 2 时匕=4.6%T,&=3.7 4 6 1 11 4.(1)串联的稳定的双膜分子扩散过程1.

47、B2.(2)B3.(2)D4.(2)C5.(2)A6.(2)C7.(2)A8.(2)A9.(2)A1 0.(2)C1.1)对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；(分)2)这是由于可逆放热反应，由于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；（分）3）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。（分）2.（5）通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。（分）所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留

48、时间分布。（分）根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。（分）3.（5）1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡;分2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；分3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；分4）气相产物向气相主体扩散。分4.（5）凡是流体通过不动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。（分）1）催化剂在床层内不易磨损；（分）2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；（分）3）固定床中的传热较

49、差；（分）4）催化剂的更换必须停产进行。（分）5.（5）1）气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层，气-固两相接触不够有效；（分）2）粒子运动基本上是全混式，因此停留时间不一。（分）在以粒子为加工对象时，影响产品质量的均一性，（分）且粒子的全混造成了气体的部分返混，影响反应速率和造成副反应的增加；（分）3）粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，并要设置旋风分离器等粒子回收系统。（分）6.（5）首先是根据气-液反应系统的动力学特征来选择正确的反应器型式，（分）然后结合反应器特性来确定能满足给定生产任务的反应器几何尺寸。（分）1.(1 0)解：设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和 y,初始为CA

50、O,则相加得dxdt=&1 0 -尤 一,二,分-=k2(CA 0-x-y)分d(x+y)dt=(K+k2)(CA 0-x-y)分-=(k、+k,)dt将其积分Cw a+y)I n-=(k,+k2)tC u)-(x+y)分1)当转化率为99%时x +y =0.99C，分-I n-4.65+3.74 1-0.99=0.5 495分2)x _ 4.65积分得y%2 3.74分S p瞬时选择性为dx办分XS=-=5 5.4%丁 分2.(5)(prp 2 dCpP=-=.解：-%2+g -分对上式进行积分得北 人。2+。八 分当CA=时，产物P的浓度最大分C p.m a x=21n 2=1.3 86