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1、本科作业本二本科作业-本二-2014年第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础一、思考题1、间歇系统与连续系统中，反应速率的定义式？2、反应系统中反应速率与化学计量系数有何关系？3、反应速率可以用浓度ci、分压pi或摩尔分率yi来表述，相应的速率常数kc、kp、ky之间有何关系？4、温度增加，反应速率常数肯定增加，对否？5、空速的定义是什么？它的大小反映了反应器的什么能力？ 6、转化率的定义是什么？在复杂反应系统中,它是否能起到在简单反应系统中所起到的作用？7、化学反应中哪种吸附起主要作用？8、惰性物质不参加反应，所以对吸附、脱附无任何影响，对否？ 9、表达反应系统体积变化的参数是什么？10

2、、方程式中反应前后摩尔数的变化是否表示反应体积的变化？第二章 气固相催化反应本证及宏观动力学一、思考题1、对于球形催化剂，西勒模数（Thiele）越大，则催化剂的内扩散有效因子如何变化？2、如果在某催化剂上测得的反应速率为r，而内扩散有的反应物按等温一级不可逆反应分解，反应物在颗粒内的有效扩散系数为1.210-6m2s，气流中反应物A的分压为0.10133MPa，T700。(1) 试估计催化剂颗粒内部的内扩散效率因子。(2) 若催化剂的活性提高一倍，微孔的有效扩散系数下降为 710-7m2s，问内扩散效率因子为多少。(3) 若催化剂活性提高一倍，有效扩散系数仍为710-7m2s，如果要求内扩散

3、效率因子不变，问催化剂颗粒大小为多少？7、某气固相一级不可逆催化反应，已知反应温度为350，在该温度下反应速度为1.1510-5molcm3.s，颗粒外表面A组分的浓度为1.110-5molcm3，的分子量为128，催化剂颗粒为球形，直径为0.18cm，颗粒密度为p=1.0cm3，孔隙率0.48，比表面S468m2/，曲节因子2.9,若分子扩散可不考虑，试求催化剂的内扩散效率因子。8、石油炼制过程中，常需要用空气进行催化剂的烧焦反应，使催化剂再生,反应可视为一级不可逆反应,已知烧焦反应于780,1.0133105Pa下进行，球形颗粒直径为毫米，催化剂时本征反应速度A0.42molm3.s，反应

4、热为198000 Jmol,有效扩散系数为4.7510-7m2s，有效导热系数为0.366Wm.k，试求颗粒内最大温差及内扩散效率因子。9、用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为5mm，颗粒有效导热系数为0.35Jm.s.k，每燃烧1mol放出热量J，燃烧温度为760，氧在催化剂颗粒内的有效扩散系数为cm2/s。试估计定态下催化剂颗粒表面与中心的最大温差。10、乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在300，7.09MPa下，采用直径与高均为5的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。11、某催化反应在500的催化剂粒子中进行，已知反应速度式为mols.g催化剂，的单位为MPa，

5、颗粒为5*5mm圆柱体，颗粒密度为0.80gcm3，粒子外表面上的分压为0.101325MPa，粒内组分的有效扩散系数为0.25cm2s，试求此颗粒的内扩散效率因子。12、异丙苯在某催化剂上裂解生成苯，如催化剂为微球状，已知P1.06 gcm3,颗粒孔隙率0.52,Sg350m2g，求在500，atm，异丙苯在催化剂微孔中的有效扩散系数。异丙苯的分子量为120，微孔的曲节因子，异丙苯苯的分子扩散系数为0.155cm2s。球型催化剂颗粒直径为0.5 cm，550时该反应的速率常数k=0.25 s-1，试求此催化剂的内扩散效率因子。13、计算660和30atm下,在孔隙催化剂中,噻吩(分子量84)

6、在氢气中的有效扩散系数。已知催化剂的比表面Sg180m2g，颗粒的孔隙率0.4，颗粒的密度p1.4cm3，分子扩散系数DAB0.052cm2s，微孔的曲节因子2，(颗粒为球型)。第三章 釜式及均相管式反应器一、思考题1、返混的定义是什么?返混是否总是有害的?2、造成非理想流动的主要因素有哪些?其根本原因是什么?3、返混能造成非理想流动,对否?4、反应器设计的基本方程包括哪些内容? 5、绝热温升(降)的物理含义是什么?6、串、并连操作各有何特点?工业上何时采用串联操作?何时采用并联操作?两者是否可以互相代替?7、一般情况下返混对反应结果都有不利影响,对否？8、CSTR串联是否好于单个大体积的CS

7、TR?是否工业上都用多个CSTR串联来代替单个CSTR?多釜串联时是否串联级数越多越好?9、对一级不可逆反应,在相同的反应条件下完成相同的任务时,两个体积相同的CSTR串联、并联的结果是否相同?如果不相同，哪种结果好？10、CSTR与PFR串联操作时,其顺序的变化是否影响反应结果? 11、什么情况下串联操作与单个反应器操作的结果完全相同?12、反应体积的变化是否影响反应结果?它是通过什么途径起的作用?对于不同反应级数的反应影响程度是否相同?13、转化率与体积变化相比哪个对反应结果影响大?14、反应体积增大与减少对反应结果有何影响?对不同反应级数的反应影响程度是否相同?15、如果主反应级数大于副

8、反应级数,体积增大对反应是否有利?16、如果反应温度提高后,目的产物的选择性明显增加,从中可以得出什么结论? 17、瞬时选择性与总选择性有何关系?两者是否可以相等?18、反应器多态的物理含义是什么?二、计算题1、以醋酸(A)和正丁醇(B)为原料在间歇反应器中生产醋酸丁酯，操作温度为100，每批进料1的A和4.96的B，已知反应速率，试求醋酸转化率分别为0.5、0.9、0.99时所需的反应时间。已知醋酸与正丁醇的密度分别为960和740。2、生化工程中酶反应A+PP+P为自催化反应，反应速率式为，某温度下k=1.512，原料中含有A0.99kmol/m3，含P为0.01kmol/m3，要求A的出

9、口浓度达到CAf=0.01kmol/m3，该反应器的处理能力为V010m3/h时，试求：(1) 反应速率达到最大时A的浓度；(2) 采用CSTR反应器时的体积；(3) 采用PFR反应器时的体积。3、由醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，化学反应为：CH3COOH(A)+C4H9OHCH3COOC4H9+H2O，每小时处理原料量为735kg，反应混合物密度为0.75kg/l，原料配比为醋酸:丁醇1:4.97(mol)，动力学方程为，求反应器的有效容积：(1) 用一个全混流反应器；(2) 用两个全混流反应器串联，已知：，(3) 用一个平推流反应器。4、在间歇反应器中进行液相反应，测得此二级反应的反应速度常数为

10、k61.510-2lmol.h，CA00.307moll，计算当CB0CA01和5，转化率分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间，并对计算结果加以讨论。5、在等温间歇反应器中进行皂化反应： CH3COOC2H5NaOHCH3COONaC2H5OH该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一级，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速度常数为k=5.6l/min.mol,要求最终转化率为0.95，试求所需的反应时间。6、在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.90，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？7、在150等温平推流

11、反应器中进行一级不可逆反应，出口转化率为0.60，现改用等体积的全混流反应器操作，料液流率及初浓度不变，要求转化率达到0.70，问此时全混流反应器应在什么温度下操作，已知反应活化能为83.68kJmol。8、在全混流反应器中进行如下液相可逆反应： 在120时，反应速率，反应器的体积为100mL，两股进料流同时等流量进入反应器，一股含，另一股含，当的转化率为80时，每股料液流量为多少。9、液相自催化反应，反应速度，k=10-2m3kmol.s，进料体积流率V0=0.002m3s，进料浓度CA02kmolm3，CP00，问当XA0.98时，下列各种情况下的反应器体积。(1) 单个平推流反应器；(2

12、) 单个全混流反应器；(3) 两个等体积全混流反应器串联。10、在全混流反应器中进行一级可逆反应，已知该反应温度下的平衡转化率，反应器出口实际转化率，问如何调节加料速率，可使反应转化率达。11、在平推流反应器中进行气相反应：A3B，反应器进口, 含65，其余为惰性组分(mol)，反应是在550K和kg/cm2下进行反应，已知进料中的流量为10 molmin，为使转化率达80，试求： 所需的空速为多少； 反应器的有效容积为多少？12、某气相不可逆反应：AB2C，在60，5atm下的平推流反应器内进行,原料气中含75的A和25的惰性物料（mol），物料的体积流量为, A 和惰性物料的分子量分别为6

13、0和40，反应速度常数为，转化率控制为75，试求： 所需的空速为多少？ 反应器的容积为多少？13、某气相反应：，已知物料的体积流量, ,转化率，计算下列各情况的反应器的体积(纯进料)： 单个平推流反应器； 单个全混流反应器； 两个等体积全混流反应器串联。14、在平推流反应器中，以乙烷气体为原料进行裂解制乙烯：C26C242；动力学方程式为：，反应温度为900，压力为1.4atm(绝压)，反应速度常数k=16.45s-1，进料为乙烷与水的混合物，其配比乙烷:水1:0.5(体积)，乙烷进料速度为20吨时，乙烷的转化率为60，设反应器在恒压下进行，试计算反应时间和反应器的体积。第四章 反应器中的混合

14、及对反应的影响一、思考题1、停留时间分布函数的定义是什么？2、停留时间分布密度函数的定义是什么 ？它与停留时间分布函数有何关系？3、停留时间分布测定方法有哪些？得到的应答曲线是什么？4、平均停留时间与反应时间是否一致？ 5、方差的物理含义是什么？方差大小，是否影响平均停留时间？返混程度与平均停留时间及方差是否有关系？ 6、皮克莱准数（Pe）的物理含义是什么？它的倒数表明什么？7、实际反应器中的流动状态是否可以同时用几个数学模型进行描述？8、宏观流体的平均转化率和平均浓度怎样计算？均相反应是否有宏观流体？非均相反应是否有宏观流体？二、计算题1、用脉冲法测得某反应器出口示踪物的浓度如下：(s)0

15、120 240 360 480 600 720 840 960 C(t) 0 6.5 12.5 12.5 10 5 2.5 1 0已知该反应器内进行一级不可逆反应，反应速度常数k3.2410-3s-1，试用多级串联全混流模型计算转化率。2、有一理想的釜式搅拌器，已知反应器体积为100升，流量为10L/min，试估计离开反应器的物料中，停留时间分别为01min，210min和大于30min的物料所占的分数。3、用脉冲法测得停留时间分布数据如下： t(s) 0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 c(t) 0 0 0 0.1 5 10 8 4 0 0试计算平均停留时

16、间，如在反应器中进行一级反应，k0.0075s-1，求平均转化率。如分别采用CSTR和PFR，其平均停留时间相同，则反应结果分别为多少。4、用脉冲示综法测得实验反应器的停留时间分布关系如下表所示， t(s) 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 30 41 52 67c(t) 9 57 81 90 90 86 77 67 47 32 15 7 3 1今有一液相反应ABP，已知CA0CB0，若此反应在具有相同停留时间的平推流反应器中进行，转化率可达99，试计算(1) 该反应器的平均停留时间及方差；(2) 若实验反应器以多釜串联模型描述，可达到的转化率为多少？5、用脉冲法测得逗留时间分布数

17、据如下：t(min)0 1.5 2 4 5.5 6 7.5 8.5 10 12 14.5 17.5 E(t)0 0.375 0.332 0.212 0.168 0.125 0.108 0.085 0.062 0.041 0.020 0 反应速度常数k0.307min-1,试求和实际反应器所能达到的平均转化率XA。6、一个特殊设计的容器作为一级液相反应的反应器，为判断反应器内的流动状况与理想流动状况的偏离情况，用脉冲法进行示综试验，在容器出口处测得不同时间的示踪剂浓度如下所列：t(s) 10 20 30 40 50 60 70 80 c(t) 0 3 5 5 4 2 1 0假定在平均停留时间相同

18、的全混流反应器中的转化率为82.18，试估计该反应器的实际转化率。第六章 气液反应工程一、思考题1、化学吸收增强因子是否永远大于等于1？2、工业上常用什么方法减小气膜、液膜厚度？3、M准数的物理含义是什么？它的大小是否可以作为判别反应快慢的唯一依据？4、欲使反应面与界面重合，常采用什么方法？5、对于快反应，增加相接触面积是否有利？增加液相体积有无作用？6、极慢反应，增加相接触面积是否有利？增加液相体积有无作用？7、气液反应历程一般有几个步骤？二、计算题1、PH=9的溶液在20下吸收CO2。已知，CO2与OH的二级反应速率常数，液膜传质系数，问化学反应是否在液流主体中进行。2、NaOH溶液吸收CO2，反应速率，NaOH浓度，液膜传质系数，反应速率常数，液膜内分子扩散系数，界面上CO2分压为0.001MPa，CO2气体的亨利系数，若液膜中NaOH浓度可认为常量，试求反应吸收的速率。3、铜络合溶液吸收氧气为快速不可逆反应，其反应为： 已知系统总压为12.0Mpa，气体中氧气的含量为0.1%，已知， ，试求含为铜络合溶液吸收氧气的吸收速率。