《化学反应工程》思考题2016

1《化学反应工程》思考题(化工专业)1.解释下列术语：Conversion,OverallConversion,Conversionperpass,SpaceTime,Spacevelocity,Adiabaticreactor,Heatofreaction,Standardheatofreaction,LHSV,GHSV,RTD,CSTR,PFR,PBR，RTD,Reactivedistillation,Membranereactor,Recyclereactor,Semibatchreactor,Multiplesteadystate,Externaldiffusion,Internaldiffusion,Thielemodulus,Internaleffectivenessfactor,Ignitiontemperature,Extinctiontemperature,Differentialreactors,Intergralreactors.2.写出下列几种反应器的物料衡算方程(MoleBalance)：BatchReactor,CSTR,PFR,andPBR.3.写出反应速率常数与温度的关系；化学平衡常数与温度的关系。4.一化学反应方程为：dDcCBaA已知,,,,,00000TPFvCTA写出转化率为X时，以下变量的表达式：TDCBAFvCCCC,,,,,。反应器：CSTR，PFR和Batchreactor。5.一气相反应dDcCBaA在PBR反应器中进行，每种反应物和产物的物性和填料床特性已知，反应物进料已知（反应物为气体，P0,T0,Fj0，已知），反应动力学方程为：BAACkCr2。体系恒温，床层有压力降。写出该过程的数学模型（注意方程数与未知变量数相等），如何计算转化率沿着反应器变化规律？写出计算步骤。6.有一气相反应体系有两个反应：1．DADk，2ADDCkr，)exp(0RTEkkaDDD2．UAUk，AUUCkr，)exp(0RTEkkaUUUaUaDEE,为了使反应产物D的产率高，讨论如何选择反应器的种类和反应条件。7.有一气相反应体系有两个反应：1．DBADk，BADDCCkr，)exp(0RTEkkaDDD2．UBAUk2，2BCCkrAUU，)exp(0RTEkkaUUUaUaDEE,为了使反应产物D的产率高，讨论如何选择反应器的种类和反应条件。8.有一气相连串反应体系：CBAkk21，反应级数均为1。21aaEE,为了使反应产物B的产率高，讨论如何选择反应器的种类和反应条件。9.写出绝热条件下的PFR反应器能量平衡(energybalance)方程。10.写出有热交换条件下的PFR和CSTR的能量平衡方程。11.一气相放热反应dDcCBaA在PBR反应器中进行，反应器绝热。每种反应物和产物的物性和填料床特性已知，反应物进料已知（反应物为气体，P0,T0,Fj0，已知），反应动力学方程为：BAACkCr2。床层有压力降。写出该过程的数学模型（注意方程数与未知变量数相等），如何计算转化率沿着反应器变化规律？写出计算步骤。212.多定态（Multiplesteadystate）是如何形成的?什么是ignitiontemperature和extinctiontemperature?13.PFR反应器，有p个反应，m个组分，反应体系与环境有热交换，写出能量方程。14.在气固多相催化过程中，从主体流中的反应物到产物需要经过哪些过程？15.对于一个外扩散控制的多相催化过程，如何才能加大传质系数kc？16.如何判断多相催化过程是否为外扩散控制？消除外扩散控制有哪些方法？17.如何判断多相催化过程是否为内扩散控制？消除内扩散控制有哪些方法？18.在填充床反应器中进行气固催化反应，如果反应为外扩散控制，有哪些办法可以提高表观反应速率？19.在填充床反应器中进行气固催化反应，如果反应为催化剂颗粒内扩散控制，有哪些办法可以提高表观反应速率？20.催化剂的有效因子如何受到催化剂形状、反应级数、反应前后体积变化和反应热效应的影响？21.一吸热反应在CSTR反应器中进行，有没可能存在多定态？22.一放热反应在PFR反应器中进行，有没可能存在多定态？23.研究测定化学反应动力学的方法有哪些？写出它们各自的数据处理步骤和方法。24.测量RTD有几种方法？各有何优缺点？写出数据处理步骤。25.写出下列理想反应器的E(t)和F（t），并画出图：Batch,PFR,CSTR，Laminarflowreactor。26.已知一反应器的E(t)和反应动力学方程：AAkCr，反应器出口的转化率如何计算？27.从RTD计算转化率的数学模型有那些？应用这些模型的计算步骤？28.一个恒温反应器为非理想流反应器，化学反应为二级。比较XPFR,XCSTR,Xsegregation,Xmixedness的大小。XPFR，XCSTR,Xsegregation,Xmixedness分别为根据PFR,CSTR,Segregationmodel,Mixdenessmodel计算的转化率。29.催化裂化可以近似认为是顺序反应：原料汽油气体＋焦炭。汽油是希望产品，气体＋焦炭是不希望产品。裂化反应为一级、催化剂的活性与焦炭成反比。工业上催化裂化反应器是接近活塞流的提升管。从化学反应工程的角度，讨论这种反应器的合理性。30.液相一级反应DA，当X=90%时，在PFR中进行反应，需反应器体积为VP。在同一温度条件下，在CSTR中反应，如要达到相同的转化率，需要多大体积反应器？当CSTR的体积为VP时，转化率为多少？31.连串反应（seriesreaction）CBAkk21为一级液相反应。写出PFR反应器和CSTR反应器中的CA(t),CB(t)和CC(t)。332.异构化反应A→B在绝热的填充床反应器中进行，如果该反应是放热（或吸热）反应，请画出不同进料温度（T0=350℃，T0=500℃，T0=600℃）下的反应器床层温度剖面图。33.一个可逆放热反应在CSTR反应器中进行，存在多定态，使操作点移动（或改变转化率）有哪些方法？并用R(T)[G(T)]～T图加以说明。34.某可逆反应BA在一CSTR反应器中进行，生热项[G(T)]和移热项[R(T)]随反应温度的变化见下图。该反应的△CP＝0。请问：（1）化学反应热（△HRX）是多少？（3分）（2）反应发生点火时和熄火时，反应体系的温度大概是多少？（3分）（3）反应点火和熄火时，转化率大概是多少？（3分）（4）如果实际操作点为A（如图所示），可以采取哪些措施提高转化率？（4分）35.请分别阐述化学反应工程中涉及的无因次参数Da、Pe、ϕn的含义。36.请分别阐述三个密度符号ρ、ρb、ρc的含义和相互关系。37.某一放热反应在串联的3个完全相同的绝热反应器中进行，为了提高最终转化率，可采用下面三种情况，请分别作图说明操作性和平衡曲线之间的关系。（1）在各反应器之间设置冷却器（假设冷却过程该反应停止进行）；（2）在各反应器之间通入原料，用以对反应器出口物料降温；（3）在各反应器之间通入惰性冷却物质，用以对反应器出口物料降温。438.如果填充床反应器中的催化剂在使用一段时间后发生失活现象，导致反应A→B的转化率下降，请问改变何种操作条件可以维持催化剂失活前的转化率。39.一级反应A→B在串联的PFR和CSTR反应器中进行，已知PFR和CSTR体积相等，在进料条件相同的情况下，试比较两种排布顺序下的转化率大小。（1）PFR在前，CSTR在后；（2）CSTR在前，PFR在后40.二级反应2A→B+C在串联的PFR和CSTR反应器中进行，已知PFR和CSTR体积相等，在进料条件相同的情况下，试比较两种排布顺序下的转化率大小。（1）PFR在前，CSTR在后；（2）CSTR在前，PFR在后41.请阐述反应级数的含义及取值范围？