化学反应工程期末考试复习题

化学反应工程复习题2016年5月10日一、选择题1、下列属于均相反应的是(B)。A.煤炭燃烧B.氢气燃烧C.离子交换D.加氢裂解2、串联反应A→P（目的）→R+S，目的产物P与副产物S的选择性SP=(C)。3、气相反应2A+B→3P+S进料时无惰性气体，A与B以2∶1摩尔比进料，则膨胀因子=(D)。AA.–1B.1/3C.2/3D.1αAAαBBAr4、对于一非恒容均相化学反应，反应组分A的化学反应速率(A)5、反应A+B→C，已知，则反应级数n=(A)。115.0skA.0B.1C.2D.36、在间歇反应器中进行等温一级反应A→B，slmolCrAA/01.0lmolCA/10lmolCA/01.0当时，求反应至所需时间t=(B)秒。A.400B.460C.500D.5607、对于(D)的反应器在恒容反应过程的平均停留时间、反应时间、空时是一致的。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8、平推流流动的E（t）曲线的方差(A)2A.0B.0～1C.1D.＞19、下列不属于Langmuir型等温吸附的假定的是(B)。A.均匀表面B.多分子层吸附C.分子间无作用D.吸附机理相同10、下列属于理想吸附等温方程的是(C)。A.Langmuir型B.Freundlich型C.Temkin型D.BET型11、气固催化反应的内扩散模数其中L为特征长度，若颗粒为球形则L=(D)。A.厚度/2B.RC.R/2D.R/3emSVLDCkL/112、固定床反应器的收率比流化床反应器的收率（A）A：要高；B：要低；C：一样高；D：不能比较。13、下列液相反应，设从有利于生成U、S出发，应选择哪种操作方式（A）A＋B→R＋TrR=dCR/dt=dCT/dt=k1CACBA＋B→S＋UrR=dCU/dt=dCS/dt=k1CA1.5CB0.5A：A一次性加料，B分批加料；B：A和B都一次性加料；C：B一次性加料，A分批加料；D：A和B都分批加料。14、对于反应级数n＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用（A）。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15、管式反应器的高径比范围为（B）A：2~6B：20~30：2~4D：1~80二、填空题1、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。2、对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用平推流反应器为宜。3、对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约0.1µm时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为克努森扩散。4、着眼反应组分K的转化率的定义式为。5、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。6、流体的混合程度常用调匀度S、流体的混合态来描述7、一级不可逆反应的动力学方-rA=__________，其积分式为kCt=________。8、化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_传质、传热、动量传递；9、固定床中的传热实质上包括粒内传热、颗粒与流体间的传热以及床层与器壁的传热几个方面。10、在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为累积量=输入量-输出量。00KKKKnnn0lnAACC11、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为研究对象的学科体系。12、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物理失活，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化学失活。13、全混流反应器的空时τ是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。14、阶跌示踪法是指在定常态下操作的稳定系统的入口处，在t=0的瞬间输入示踪剂，并同时在出口处记录物料中示踪剂的浓度变化来描述物料的停留时间分布。15、连续换热反应器有两种类型：内冷自热式和外冷列管式。其中内冷是指冷却介质在管内、自热是指反应本身放热来预热原料；外冷是指冷却介质在管外、列管是指在列管内固体催化剂。16、具有良好搅拌装置的釜式反应器按CSTR应应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按PFR反应器处理。17、平推流反应器的返混为0。三、名词解释1、沟流——由于流体分布板设计或安装上存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流，称沟流。沟流造成气体与乳化相之间接触减少，传质与反应效果明显变差。2、平均选择性3、收率——生成目的产物所消耗的着急组分的摩尔数和进入反应系统中着急组分的摩尔数的比值。4、壳层渐进中毒模型——认为中毒吸附速率较快，催化剂外层首先中毒失活，逐渐向内推进。5、稳态点——反应器的操作线中的满足热平衡条件又满足热稳定条件的工作状态点。A0AP1AA0PAP的量A在系统中反应掉的的量A消耗的在系统中生成目的产物nnnpannnS6、瞬时选择性7、停留时间——指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。8、空间时间——反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。9、腾涌——在流化床的内径较小而床高与床径比较大时，气泡在上升过程中因聚并而增大，气泡有可能占据整个床层截面，气流将床层一节节地往上做柱塞式推动，在上升到某一位置而崩落，流化床的正常操作被破坏。这种情况称腾涌。10、均匀中毒模型——假设有毒物质的吸附比扩散慢得多，颗粒内表面各处均匀缓慢失活。的消耗速率在反应过程中同一瞬时速率生成目的产物消耗的在反应过程中某一瞬时AAPS11、流态化——当流化速度达到一定数值时，固体颗粒相互之间无接触，床层体积膨胀，固体颗粒处于激烈的运动状态。12、返混——不同年龄质点间的混合—时间概念上的逆向。连续流动反应器中，反应物料的参数随空间位置而变，不同空间位置的物料由于倒流、绕流、回流等流动状况，使不同年龄的质点混合，即返混。13、假态点——反应器的操作线中的满足热平衡条件但不满足热稳定条件的工作状态点，且通过适当改变条件可转化成稳态点的工作状态点。14、对比速率——复杂反应中主产物的生成速率与副产物的生成速率的比值。1、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。2、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（Fick）定律加以定量描述。所以，该模型称为“轴向分散模型”（或轴向扩散模型四、问答题3、气—固相催化反应的宏观动力学步骤?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4、流化床反应器与固定床反应器相比较，其优缺点是什么？答：优点：流化床的Cat粒径范围宽，粒径小使流体与Cat传热面积大，使Cat的给热系数增大可及时传热反应器近似于等温；传质系数和面积大，有利于传质；在操作上Cat处于稳定流动状态，可连续装卸操作简单，适合于大规模生产。缺点：返混严重，近似于全混流，反应的收率低于固定床；由于Cat粒子相互碰撞易碎，故Cat损失量加大，Cat回收增加；Cat与反应设备的剧烈碰撞，易造成设备与管道的腐蚀，增大了设备的消耗。5、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+dt之间的流体的质点所占的分率为E（t）dt=00.1)(dttE6、活塞流反应器与全混流反应器的相同点和不同点是什么？答：（1）活塞流反应器又称平推流或理想置换反应器。特点：沿物流方向，反应混合物T、C不断变化，而垂直于物流方向的任一截面（称径向平面）上物料的所有参数，如：C、T、P、U等均相同。在定态情况下，沿流动方向上物料质点不存在返混，垂直于流动方向上的物料质点参数相同。长径比很大，流速较高的管式反应器。（2）全混流反应器又犯法理想混合或连续搅拌槽式反应器模型：特点：在反应器中所有空间位置的物料参数（C、T、P）都是均匀的，而且等于物料在反应器出口处的性质。搅拌很好的连续搅拌槽式反应器。7、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。当微孔孔径小于分子的自由程0.1um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。8、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。9、朗格谬均匀表面吸附模型的基本假设有哪些？答：表面均匀，分子间无作用力，单层吸附最大为1.0，一定条件下动态平衡。10、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。五、计算题9264.010736.01mkmol0736.02.0hr22.02.01120AAA0A3A5.02A0AA1AfAA00cccxcececckkrccVVkt料即为间歇反应器全混流反应器切断进出首先求反应速率常数2A2AASRPPP)1(1211cccrrrrS解：3-A0AfA2AAf0ApPAPAfA0pmkmol5.02112.011)1(1)1(1d)1(1)(d1PFRForA0Af0AAfccccccSccSccScccc3-22AfAfA0AfA0pPmkmol25.1)2.01(1)2.02()1(1)()(CSTRForcccccSc3-22P2AfA1P1A1A0Pmkmol81.056.025.0)2.01(1)2.01()11(1)12()()(SeriesinCSTRFortwoSccSccc解：AA2A0AA0AA0PAAAfAin3A0)1()1(9.00714.0141m1kmolxxkcxcxkcckcrxxcmin76.40714.010714.09.019.0ln11111ln1d11111d1dPFRAinAinAfAfA0AA0AAAAA0AAA0AfAinAfAinAfAinxxxxkcxxxkcxxxkcrxcxxxxxxmin2.99.09.010714.09.01111CSTRAfAf20AAinAf0Axxkcxxcmin91.320.271.120.25.015.09.019.0ln