化学反应工程试题.doc

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化学反应工程原理

一、选择题

1、气相反应进料时无惰性气体，与以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子=__A_。

A.-2B.-1C.1D.2

2、一级连串反应在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度___A____。

A.B.C.D.

3、串联反应A→P（目的）→R+S，目的产物P与副产物S的选择性=__C_。

A.B.C.D.

4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。

A.＜0B.=0C.≥0D.＞0

5、对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调下降，则最适合的反应器为____B__。

A.平推流反应器B.全混流反应器

C.多釜串联全混流反应器D.全混流串接平推流反应器

6、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

7、一级不可逆液相反应，，出口转化率，每批操作时间，装置的生产能力为50000kg产物R/天，=60，则反应器的体积V为_C_。

A.19.6B.20.2C.22.2D.23.4

8、在间歇反应器中进行等温一级反应A→B，，当时，求反应至所需时间t=____B___秒。

A.400B.460C.500D.560

9、一级连串反应A→P→S在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的最优空时_____D__。

A.B.C.D.

10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项____B___。

A.加料时间B.反应时间C.物料冷却时间D.清洗釜所用时间

11、全混流反应器中有___B__个稳定的定常态操作点。

A.1B.2C.3D.4

12、全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着的增大而减小，此时该反应的反应级数n_D_。

A.＜0B.=0C.≥0D.＞0

13、当反应级数n_D_时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。

A.=0B.=1C.＞1D.＜1

14、轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与___C__无关。

A.示踪剂的种类B.示踪剂的输入方式C.管内的流动状态D.检测位置

15、对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用___C____装置。

A.填料塔B.喷洒塔C.鼓泡塔D.搅拌釜

16、催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d为__C__。

A.≈0B.=1C.→3D.≈1

17、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__A__。

A.粒子与流体间有温度差B.粒子与流体间无温度差

C.床层径向有温度梯度D.床层轴向有温度梯度

18、属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是___A____。

A.粒子与流体间有浓度差                  B.粒子与流体间无浓度差

C.床层径向有温度梯度                    D.床层径向有浓度梯度

19、下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点__C__。

A.各参数均为恒值B.参数值不随床高而变

C.参数值与气泡大小无关D.参数值与气泡大小有关

20、流化床反应器中的操作气速是根据具体情况定的，一般取流化数在__B__范围内。

A.0.1～0.4B.1.5～10C.10～15D.0.4～1.5

21、全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件C

A．移热速率>放热速率B．移热速率<放热速率

C．移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率

D．移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率

22、气固催化反应本征速率是指排除C阻力后的反应速率。

A．外扩散阻力B．内扩散C．内外扩散D．吸附和脱附

23、等温液相反应A+B→Prp=klCACB，2A→RrR=k2CA2

P为目的产物，有下列四种方案可供选择，从提高P的收率着眼适宜选用D

A．间歇釜式反应器，A和B一次性加入；B．全混流反应器；

C．半间歇釜式反应器，A一次性加入，B连续滴加；

D．半间歇釜式反应器，B一次性加入，A连续滴加。

24、乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，乙苯仍大量存在，表明这是一个B反应。

A．慢速B．可逆C．自催化D．不可逆

25、等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应若保持相同的转化率xA，调节反应温度使k2/k1降低，则P的收率将A

A.增大B．减小C．不变D．先增后减

26、在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为___A___。

A.空时τ         B.反应时间t       C.停留时间t      D.平均停留时间

27、阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为___B___。

A.E（t）曲线      B.F（t）曲线        C.I（t）曲线     D.y（t）曲线

28、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/2          B.R                 C.R/2            D.R/3

29、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

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、化学反应速率式为，如用浓度表示的速率常数为，用压力表示的速率常数，则=。

3、平行反应均为一级不可逆反应，若＞，选择性Sp与浓度无关，仅是温度的函数。

4、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。

5、对于恒容的平推流管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。

6、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_。

7、流体的混合程度常用调匀度S、流体的混合态来描述。

8、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。

9、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。

10、绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用拟均相一维模型来计算。

11、对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度和平衡温度，二者的关系为______________。

12、描述流化床的气泡两相模型，以的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化速度通过，而其余部分则全部以气泡的形式通过。

13、描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_气_相为平推流，而对___乳__相则有种种不同的流型。

14、多相反应过程是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程。

15、三传一反是化学反应工程的基础。

16、不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_数学模型_。

17、一级连串反应在平推流反应器中，则目的产物P的最大浓度_______、______。

、）

18、着眼反应组分K的转化率的定义式为__。

19、一级连串反应在间歇式全混流反应器中，则目的产物P的最大浓度_______、______。

、）

20、化学反应速率式为，如用浓度表示的速率常数为，用压力表示的速率常数，则=_______。

21、理想反应器是指全混流反应器、平推流反应器。

22、具有良好搅拌装置的釜式反应器按全混流反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按平推流反应器处理。

23、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为、,

24、平推流反应器的返混为____0___。

25、一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用_初始速率法_法来求反应级数。

26、分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_平均生产速率最大_、_生产经费最低_为目标进行优化的。

27、轴向分散模型的数学期望值_____，方差__。

28、测定气-液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气相和液相中的__扩散阻力_，使反应在动力学区域内进行。

29、在流化床中为了传热或控制气-固相间的接触，常在床内设置内部构件，但很少使用水平构件，它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用，从而导致床内产生明显的_温度_梯度和_浓度_梯度。

30、对于气-固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为_聚式流化床_。

31、当前用于描述气-液两相流相间传质的模型有两大类：

一是按稳态扩散来处理的_双膜模型_；一是按非稳态扩散处理模型，如_溶质渗透模型_和_表面更新模型_。

32、在建立数学模型时，根据基础资料建立物料衡算式的一般式为_输入量=输出量+反应量+累积量_。

33、活化能的大小直接反映了_反应速率_对温度的敏感程度。

34、生成主产物的反应称为_主反应__，其它的均为__副反应__。

35、固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积Vp的球粒子直径，表达式dv=__（6VP/π）1/3_。

三、分析解答题

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？

空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。

（①分）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。

（①分）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。

（①分）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分）

2、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？

阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，（①分）在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A且浓度为的流体，（①分）同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时间的变化。

（①分）对应的曲线为F（t），。

（②分）

3、简述均相反应及其动力学的研究内容？

答：

参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。

均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。

4、对于可逆放热反应如何选择操作温度？

答：

1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。

5、简述气-液反应的宏观过程：

A（g）+bB（l）→产物（l）？

1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；4）气相产物向气相主体扩散。

6、简述固定床反应器的优缺点？

1）催化剂在床层内不易磨损；2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；3）固定床中的传热较差；4）催化剂的更换必须停产进行。

7、对于反应，，其活化能为；，其活化能为，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

8、简述气固流化床反应器气泡两相模型的特点？

1）以U0的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流动速度Umf通过，而其余部分以（U0-Umf）则全部以气泡的形式通过；2）床层从流化前的高度Lmf增高到流化时的高度Lf，完全是由于气泡的体积所造成；3）气泡相为向上的平推流，大小均一；4）反应完全在乳相中进行；5）气泡与乳相间的交换量Q为穿流量q与扩散量之和。

9、简述双膜理论？

该模型设想在气-液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜，而把气液两相阻力集中在这两个流体膜内，而假定气相主体和液相主体内组成均一，不存在传质阻力。

组分是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程来进行传质的，通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡。

因此，把复杂的相间传质过程模拟成串联的稳定的双膜分子扩散过程的叠加，相间传质总阻力等于传质阻力的加和。

10、简述理想反应器的种类？

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。

11、简述气固流化床反应器鼓泡床模型的特点？

答：

假定床顶出气组成完全可用气泡中的组成代表，而不必计及乳相中的情况，对气泡的组成进行计算便可以达到反应的转化率

12、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

四、计算题

1、醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳：

已知在916℃时，试计算：

1） 99%的醋酸反应掉的时间；

2）在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。

解：

设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和y，初始为，则

相加得

将其积分

1） 当转化率为99%时

2） 瞬时选择性为

积分得

2、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）

3、气相反应在400K时的速率式，求。

4、有一个反应器测其方差，如果这个反应器可以用等体积多釜串联模型来描述，并在这个反应器中进行液相反应A+B→2R，已知，，，求反应器的出口转化率？

解：

①分

②分

则每个反应器的停留时间为①分

对第一个釜进行物料衡算

①分

整理得①分

解得①分

同理对第二个釜进行物料衡算

①分

解得①分

5、现有一有效容积为0.75m3的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m2的冷却盘管。

欲利用该反应器来进行A→R的一级不可逆的液相反应，其速率常数，反应热，原料液中A的浓度，但不含反应产物R。

此原料液的密度ρ=1050g/l；定压比热（J/g·℃）。

要求原料液的进料流率为，反应器出口的反应液中。

总传热系数U=209.2（KJ/m2·h·℃）。

所用的冷却介质的温度为25℃。

试全混流反应器的热稳定性的判据来确定定常态操作是否稳定。

解：

∴

该操作是稳定的。

6、在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A→2R，kmol/m3·h，k=9.52×109exp[-7448.4/T]h-1，2.3kmol/m3，60，0，若转化率0.7，装置的生产能力为50000kg产物R/天。

求50℃等温操作所需反应器的有效容积？

（用于非生产性操作时间t0=0.75h）

解：

反应终了时R的浓度为

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