贵州大学化学反应工程网上习题答案.doc

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第二章均相反应动力学基础

1.均相反应是指在均一的液相或气相中进行的反应。

2.对于反应aA+bB→pP+sS，则rP=_rA。

3.着眼反应物A的转化率的定义式为——。

4.产物P的收率ΦP与得率ХP和转化率xA间的关系为。

5.化学反应速率式为rA=kCCAαCBβ，用浓度表示的速率常数为kC，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数kP，则kC=kP。

6.对反应aA+bB→pP+sS的膨胀因子的定义式为。

7.膨胀率的物理意义为当反应物A全部转化后系统体积的变化分率。

8.活化能的大小直接反映了反应速率对温度变化的敏感程度。

9.反应级数的大小直接反映了反应速率对浓度变化的敏感程度。

10.对复合反应，生成主产物的反应称为主反应，其他的为副反应。

11.平行反应A→P、A→S均为一级不可逆反应，若E1＞E2，选择性Sp与浓度无关，仅是温度的函数。

12.如果平行反应A→P、A→S均为一级不可逆反应，若E1＞E2，提高选择性SP应提高温度。

13.一级连串反应A→P→S在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应降低k2/k1。

17．由A和B进行均相二级不可逆反应A+B=S，速率方程：

=。

求：

（1）当时的积分式

（2）当时的积分式

解：

（1）CA与CB之比保持恒定

所以

积分得

写成转化率时

（2）

式中：

积分得

18.反应A→B为n级不可逆反应。

已知在300K时要使A的转化率达到20%需12.6分钟，而在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E。

解：

即

达20%时，

式中M为常数

∴

E=29.06（kJ/mol）

第三章均相反应过程

1.理想反应器是指理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器。

2.全混流反应器的空时τ是反应器容积与进料的体积流量之比。

3.全混流反应器的放热速率QG=。

4.全混流反应器的移热速率Qr=。

5.全混流反应器的定常态操作点的判据为。

6.全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为、）。

7.全混流反应器的返混最大。

8.平推流反应器的返混为零。

9.平推流是指反应器的物料沿同一方向以相同速率向前流动，在流动方向上没有物料的返混，所以物料在反应器的停留时间都是相同的。

10.全混流是指反应器内各处的物料组成和温度都是均匀的，且等于反应器出口的组成和温度。

11.平推流的特征为参数在同一径向上相同，所有物料质点在反应器中的停留时间都相同，反应器内无返混。

12.全混流的特征为反应器内各处参数均相同，且等于出口物料参数，各物料颗粒在反应器内具有一定的停留时间分布，返混最大。

13.如果将反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为循环操作的平流反应器。

14.对循环反应器，当循环比β→0时为平推流反应器，而当β→∞时则相当于全混流反应器。

15.对于反应级数n＜0的反应，为降低反应器容积，应选用全混流反应器为宜。

16.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。

17.对于可逆放热反应如何选择操作温度？

答：

反应速率和转化率最适合的点对应的温度。

18.对于反应，，；，，当＞时如何选择操作温度可以提高产物的收率？

答：

对于平行反应，所以，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。

19.应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应，假定各釜的容积和操作温度都相同，已知此时的速率常数k=0.92h-1，原料液的进料速度v0＝10m3/h，要求最终转化率xA＝0.9，试求V1、V2和总容积V。

解：

反应速率为：

→

以1/rA对xA1求导得到：

而根据多釜串联空时最小的条件式，有：

上二式相等，得到：

整理得到：

根据根与系数的关系，得到：

于是，各釜容积分别为：

第一釜：

第二釜：

总体积为：

20.用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知在操作温度下k＝0.92m3/（kmol.h），CA0＝2.30kmol/m3，v0＝10m3/h，要求出口xA=0.9，计算该操作最优容积比V1/V2和总容积V

解：

反应速率为：

→

以1/rA对xA1求导得到：

而根据多釜串联空时最小的条件式，有：

上二式相等，得到：

整理得到：

用试差法解得到：

于是，各釜容积分别为：

第一釜：

第二釜：

总体积为：

21.等温间歇反应器反应时间与反应物浓度的关系在间歇反应器中进行等温二级反应当为1时，求反应至所需时间。

解:

t=9900s

22.液相反应A→R在一全混釜中进行，，反应速率常数求：

1） 平均停留时间为1S时该反应器的；

2） 若A的，，求反应器的体积。

解：

1）

∴

2）

带入得

第四章思考题

1.停留时间分布的密度函数在t＜0时，E（t）=0。

2.停留时间分布的密度函数在t≥0时，E（t）＞0。

3.当t=0时，停留时间分布函数F（t）=0。

4.当t=∞时，停留时间分布函数F（t）=1.0。

5.停留时间分布的密度函数E（θ）=E（t）。

6.表示停留时间分布的分散程度的量σθ2＝σt2。

7.根据示踪剂的输入方式不同，测定停留时间分布的方法主要分为脉冲示踪法和阶跃示踪法。

8.平推流反应器的E（t）的数学描述为：

时，E（t）=∞、时，E（t）=0。

9.平推流反应器的F（t）的数学描述为：

时，F（t）=1、＜时，F（t）=0。

10.全混流反应器的

11.E（t）dt的物理意义是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，在反应器内停留了t到t+dt之间的流体的质点所占的分率E（t）dt。

12.F（t）的物理意义是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

，在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F（t）。

13.脉冲示踪法测定的停留时间分布曲线为E（t）曲线。

14.阶跃示踪法测定的停留时间分布曲线为F（t）曲线。

15.以分子尺度粒子作为独立运动单元来进行混合的流体称为微观流体。

16.以分子集团粒子作为独立运动单元来进行混合的流体称为宏观流体。

17.当反应级数n＜1时，宏观流体具有比微观流体低的出口转化率。

18.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。

1.对于反应，，；，，当＞时如何选择操作温度可以提高产物的收率？

答：

对于平行反应，所以，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。

2.等温间歇反应器反应时间与反应物浓度的关系在间歇反应器中进行等温二级反应当为1时，求反应至所需时间。

解:

t=9900s

3.液相反应A→R在一全混釜中进行，，反应速率常数求：

1） 平均停留时间为1S时该反应器的；

2） 若A的，，求反应器的体积。

解：

1）

∴

2）

带入得

第五章：

1.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠范德华力结合的，而化学吸附是靠化学键力结合的。

化学键力

2.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是多分子层的，而化学吸附是单分子层的。

3.在气—固相催化反应中，反应速率一般是以单位催化剂的重量为基准的，如反应A→B，A的反应速率的定义为。

4.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当孔径较大时，扩散阻力是由分子间碰撞所致。

5.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当孔径较大时，扩散阻力是由分子间碰撞所致，这种扩散通常称为分子扩散（容积扩散）。

6.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约0.1um时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为努森扩散。

7.等温催化剂的有效系数η为催化剂粒子的实际反应速率与催化剂内部的浓度和温度与其外表面上的相等时的反应速率之比。

8.气—固相催化反应的内扩散模数φs＝，它是表征内扩散影响的重要参数。

9.气—固相催化反应的内扩散模数φs是表征内扩散影响的重要参数，其数值平方的大小反映了表面反应速率与内扩散速率之比。

10.气—固相催化反应的内扩散模数φs的大小可判别内扩散的影响程度，φs愈大，则粒内的浓度梯度就愈大，反之，φs愈小，内外浓度愈近于均一。

12.气—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。

13.简述Langmuir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；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。

第六章固定床反应器

1.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。

2.目前描述固定床反应器的数学模型可分为拟均相和非均相的两大类。

3.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别。

4.忽略固定床内粒子与流体之间温度与浓度的差别的反应器的数学模型称之为拟均相模型。

5.考虑固定床内粒子与流体之间温度与浓度的差别的反应器的数学模型称之为非均相模型。

6.根据浓度和温度是否在轴向和径向上变化的流动模式，描述固定床反应器的拟均相模型可分为一维模型和二维模型。

7.固定床拟均相模型是指忽略固定床内粒子与流体之间温度与浓度的差别的反应器。

8.固定床一维模型是指考虑流体在轴向和径向上的温度梯度和浓度梯度，忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。

9.以催化剂用量最少为目标的多层绝热床优化的原则是什么？

1、使床层的温度尽可能地接近于最优温度分布，以使催化剂的用量尽可能地少，就必须有尽可能多的层数，可是另一方面，层数越多，装置结构等方面的费用也越多，而且层数的增加，效果也越来越微，所以一般很少有超过四层的。

2、在一定的数目床层内，对于一定的进料和最终转化率，要选定各段的进出口温度和转化率以求总的催化剂用量为最少。

3、各段的入口操作点位于理想操作线的低温一侧，而出口操作点侧位于其高温一侧，当段数无限大时，这个差别趋于无限小，温度的变化也就与理想温度线相一致了。

第七章流化床反应器

1.所谓流态化就是固体粒子像流体一样进行流动的现象。

2.对于流化床反应器，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。

3.对于流化床反应器，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。

4.在气固相反应系统的流化床中设置分布板，其宗旨是使气体分布均匀、防止积料、结构简单和材料节省为宜。

5.流化床常在床内设置内部构件，以垂直管最为常用，它不仅是传热构件，还能控制气泡的聚和维持流化状态的稳定，同时还能减少床层颗粒的带出。

6.气固相反应系统的流化床存在着气泡区、泡晕区、上流区及回流区四类区域。

7.当气流连续通过流化床的床层时，使床层内那些带出速度小于操作气速的颗粒不断被带出去，这种现象称为场析。

8.在流化床反应器中，当达到某一高度以后，能够被重力分离下来的颗粒都已沉积下来，只有带出速度小于操作气速的那些颗粒才会一直被带上去，故在此以上的区域颗粒的含量就恒定了，这一高度称作分离高度。