河南科技学院 《反应工程》 期末复习题

《化学反应工程》一．选择题1可逆放热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而()Ａ．降低Ｂ.升高Ｃ.A、B均可能Ｄ.同可逆吸热反应2．可逆吸热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而()Ａ．降低Ｂ.升高Ｃ.A、B均可能Ｄ.同可逆吸热反应3.不可逆反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而()Ａ．降低Ｂ.升高Ｃ.A、B均可能Ｄ.同可逆吸热反应．4．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调增加时，收率顺序：A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜5．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调下降时，收率顺序：A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜6、正常动力学，转化速率-RA随XA增加而降低。A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。7、反常动力学，转化速率-RA随XA增加而增加。A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积大于串联釜的总体积。8、下列叙述正确的是（）A、对于可逆吸热反应，反应速率随XA的变化升高而升高B、对于可逆放热反应，反应速率随XA的变化升高而升高C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度TopD、对于可逆放热反应，存在最佳温度Top9、下列叙述正确的是（）A、对于可逆吸热反应(温度一定)，反应速率随XA的变化升高而降低B、对于可逆放热反应(温度一定)，反应速率随XA的变化升高而升高C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度TopD、对于可逆放热反应，不存在最佳温度Top•1.化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指传质，，。•2.一级连串反应，在平推流反应器中，为提高目的产物的收率，应k2/k1。（增高或降低）。•3.停留时间分布的两个函数间的关系是,停留时间在0～∞间的物料占总物料的分率应为。•4.对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时为反应器，而当∞时则相当于反应器。•5.若一级反应的反应速率rA采用kmol/（m3·s）为单位，浓度采用kmol/m3为单位，则k的单位为，若反应速率以kmol/(kg·s)表示，则k的单位为。•6.计算转化率起始状态的选择，正确的是（）•A.连续反应器，选择反应器出口处原料的状态•B.连续反应器，选择反应器进口处原料的状态•C.间歇反应器，选择反应结束时的状态•D.数个反应器串联，往往以进入第二个反应器的原料组成为计算基准•7.全混流反应釜最多可以有个定常操作点•A.1B.2C.3D.4•8.对于反应速率随转化率变化存在一个极大值的化学反应，最合适的反应器为•A.管式反应器B.釜式反应•C.循环操作的管式反应器D.釜式反应串联管式反应器•9.不是理想吸附的基本假定的是（）•A.吸附位具有相同的能量•B.属单层吸附•C.被吸附分子间的作用力可略去不计•D.属多层吸附•11.脉冲法测定停留时间分布对应曲线为•A.E(t)曲线B.F(t)曲线•C.I(t)曲线D.y(t)曲线•12.全混流流动E(t)曲线的方差=•A.0B.0~1C.1D.1•15.一级连串反应在间歇式反应器中进行，则目标产物P存在最大浓度，其最大浓度时的反应时间应该为?•6.如果将管式反应器出口的产物部分返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为的管式反应器。•7.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为、。•8.停留时间分布可由两个函数定量描述，它们是和。•9.工业反应器有三种操作方式，包括：，，。•10.气体在固体表面的吸附中物理吸附靠结合的，而化学吸附是靠结合的。rgqqdTdqdTdqgr二．讨论题1、一间歇釜式反应器中进行一级不可逆反应，在相同的操作时间下采用大釜比用小釜所达到的转化率要高。这种说法是否正确？答：这种说法不正确。由于操作时间相同，由(一级反应)知，反应的转化率与反应器的体积无关，只与反应时间有关。2、平行反应分析：温度和浓度对瞬时选择性的影响浓度的影响与主、副反应级数有关＝，与浓度无关，浓度增高，瞬时选择性增加，浓度增高，瞬时选择性降低温度的影响与主副反应活化能有关E主＝E副，与温度无关E主E副，温度增高，瞬时选择性增加E主E副，温度增高，瞬时选择性降低AQAAPckrQAckrPA21,AAAAAAckkckckckS1221111AAcRTEEAAS2112exp11三．计算题1．有一级不可逆反应A→P，在85℃时反应速率常数为，若日产400Kg的产品P,A和P的密度均为1.25Kg/l,今拟在间歇釜式反应器中进行，若辅助操作时间为0.5h,最终转化率为95%，求:①每批操作所需反应时间？②若装填系数为0.75，求反应器的体积？答：①t===86.8min=1.45h②每批产量：400[(24/（t0+t）]=400/[24/(0.5+1.45)]=32.5Kg每批物料的投放量：32.5/1.25/0.95=27.37L反应器的实际体积Vr=27.37/0.75=36.49L1．在银催化剂上进行甲的醇反应：2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%。甲醇的收率为69.2%。试计算（1）反应的选择性；（2）反应器出口气体的组成。解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为S=Y/X=0.692/0.720=0.9611=96.11%(2)进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料为100mol时，则反应器的进料组成为组分摩尔分率yi0摩尔数ni0（mol）CH3OH0.27427.4空气0.547954.79（O2：11.51，N2：43.28）水0.178117.81总计1100设甲醇的转化率为为XA，甲醇的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇，甲醛和二氧化碳摩尔数nA，np，nC，分别为nA=nA0(1－XA)=7.672molnp=nA0YP=18.96molnC=nA0(XA－YP)=0.7672mol综上所述反应的化学计量式水（nW）,氧气（nO，和氮气（nN）的摩尔数为nW=nW0+nP+2nC=38.30molnO=nO0－1/2np－3/2nC=0.8792molnN=nN0=43.28mol所以，反应器出口气体组成为....2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为9.629×104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为550℃时的速率比反应温度为400℃时的反应速率大多少倍？解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。r550/r400=k550/k400=Aexp(－E/RT550)/Aexp(－E/RT400)=exp[E/R(1/T400－1/T550)]=23(倍)2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为：原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1:4，若是这个反应对各反应物均为1级。已知。试求：（1）反应在恒容下进行，系统的初始总压为0.1013MPa，当反应器出口的CH4转化率为80％时，CO2,H2的生成速率是多少？（2）反应在恒压下进行，其他条件如（1），的生成速率又是多少？解：（1）由题意可将反应速率表示为A+2B→C+4DrC=kCACB对于恒容过程，则有CA=CA0(1－XA)CB-=CB0－2CA0XACA0=PA0/RT=2.382×10-3mol/lCB0=4CA0=9.528×10-3mol/l当XA=0.8时CA=CA0(1－XA)=4.764×10-4mol/lCB-=CB0－2CA0XA=5.717×10-3mol/lRC=rC=kCACB=5.447×10-6mol/（l?S）RD=4rC=2.179×10-5mol/（l?S）（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求出总摩尔的变化数δA=∑t/A=（1+4－1－2）/1=2反应物A的原始分率：yA0=1/(1+4)=0.2由（2.52）式可得转化率为80%时的浓度：CA=CA0(1－XA)/(1+δAyA0XA)=3.609×10-4mol/lCB-=（CB0－2CA0XA）/(1+δAyA0XA)=4.331×10-3mol/lrC=kCACB=3.126×10-6mol/(l.s)RC=rC=3.126×10-6mol/(l.s)3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20kg/h，使用15％（质量分率）的NaHCO3水溶液及30％（质量分率）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的摩尔比为1:1，混合液的密度为1.02kg/L。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为1级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L/(mol*h)，要求转化率达到95％。（1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：（1）氯乙醇，碳酸氢钠和乙二醇的分子量分别为80.5，84，62每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h每小时需氯乙醇：0.3226×80.5/0.95×30%=91.11kg/h每小时需碳酸氢钠：0.3226×84/0.95×15%=190.2kg/h原料体积流量：Q0=（91.11+190.2）/1.02=275.8l/h氯乙醇初始浓度：CA0=0.3226×1000/0.95×275.8=1.231mol/l反应时间：t=CA0=2.968h反应体积：Vt=Q0（t+t'）=956.5L（2）反应器的实际体积：V=Vt/j=1275L3.14等温下进行1.5级液相不可逆反应：A→B+C，反应速率常数等于，A的浓度为2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为1.5m3/h。试分别计算下列情况下A的转化率达95％时所需的反应体积：（1）一个连续釜式反应器；（2）两个等体积的连续釜串连釜式反应器；（3）保证总反应体积最小的前提下，两个连续釜式反应器并联。解：（1）全混流反应器（2）两个等体积全混反应器串联由于Vr1=Vr2所以由上二式得：XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1=0.8245，所以：串联系统总体积为Vr=2Vr1=4.758m3（3）此时的情况同（1），即Vr=18.02m33.8•在一个体积为300L的反应器中，86℃等温下将浓度为3.2mol/L的过氧化氢异丙苯溶液分解：•生产苯酚和丙酮。该反应为1级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1，最终转化率达98.9％，如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min，试计算苯酚的产量。•解：(1)t=CA0=CA0=[Ln1/（1－XA）]/k=56.37s=0.94minVr=Q0(t+t0)=300LQ0=300/15.94=18.82L/min苯酚浓度C苯酚=CA0XA=3.2×0.989=3.165mol/L苯酚产量Q0C苯酚=18.82×3.165=59.56mol/min=335.9kg/h四．推导题对气-固催化反应A+B=C，其可能的反应机理如下：试导出其速率方程表达式。答：因为第三步为控制步骤，所以其它各反应均达到平衡状态。则因为1，2，4步达到平衡，所以有又：解得将之代