反应工程试题库

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《化学反应工程》试题

一、填空题

1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 1. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。

2. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。

3. 总反应级数不可能大于 3 。

4. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/(m 3

·h),速率常数k 的因次为 m 3

/(kmol ·h ) 。 5. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ,速率常数k 的因次为 m 3

/kg ·h 。 6. 反应速率2

/1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ,速率常数k 的因次为 (mol)1/2

·L

-1/2

·s 。

7. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000

ln +-

=T

k ,

其活化能为 83.14kJ/mol 。 8. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103

倍,则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105

倍。

9. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍,则该反应的活化能为(设浓度不变) 186.3kJ/mol 。

10. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 11. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 12. 反应N 2+3H 2==2NH 3中(2N r -)= 1/3 (2H r -)= 1/2 3NH r

13. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为 C A0(1-x A )n

,转化率为 1-(1-x A )n

。 14. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为

A A

x n x )1(11-+-,转化率为A

A x n nx )1(1-+。

15. 反应活化能E 越 大 ,反应速率对温度越敏感。

16. 对于特定的活化能,温度越低温度对反应速率的影响越 大 。

17. 某平行反应主副产物分别为P 和S ,选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 18. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 19. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化,存在最大的反应速率 。 20. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 21. 对于连续操作系统,定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。

22. 返混的定义: 不同停留时间流体微团间的混合 。 23. 平推流反应器的返混为 0 ;全混流反应器的返混为 ∞ 。 24. 空时的定义为 反应器有效体积与进口体积流量之比 。 25. 针对着眼组分A 的全混流反应器的设计方程为

A

A A r x F V

-=0。 26. 不考虑辅助时间,对反应级数大于0的反应,分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 27. 反应级数>0时,多个全混流反应器串联的反应效果 优于全混流反应器。 28. 反应级数<0时,多个全混流反应器串联的反应效果 差于 全混流反应器。 29. 反应级数>0时,平推流反应器的反应效果 优于 全混流反应器。 30. 反应级数<0时,平推流反应器的反应效果差于 全混流反应器。

31. 对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为 全混流>多级串联全混流>平推流 ;

32. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为 全混流 + 平推流 。 33. 相同转化率下,可逆放热反应的平衡温度 高于 最优温度。

34. 主反应级数大于副反应级数的平行反应,优先选择 平推流 反应器。 35. 主反应级数小于副反应级数的平行反应,优先选择 全混流 反应器。 36. 要提高串联反应中间产物P 收率,优先选择 平推流 反应器。 37. 主反应级活化能小于副反应活化能的平行反应,宜采用 低 温操作。 38. 主反应级活化能大于副反应活化能的平行反应,宜采用 高 温操作。

39. 停留时间分布密度函数的归一化性质的数学表达式?

=0

0.1)(dt t E 。

40. 定常态连续流动系统,F (0)= 0 ;F (∞)= 1 。

41. 定常态连续流动系统,F (t)与E (t)的关系?=

t

dt t E t F 0

)()(。

42. 平均停留时间t 是E (t)曲线的 分布中心 ;与E (t)的关系为?

=0)(dt t tE t 。

43. 方差2

t σ表示停留时间分布的 分散程度 ;其数学表达式为?

-=0

2

2)()(dt t E t t t

σ。

44. 采用无因次化停留时间后,E (θ)与E (t) 的关系为)()(t E t E =θ。 45. 采用无因次化停留时间后,F (θ)与F (t) 的关系为 F (θ)=F (t) 。

46. 无因次方差2θσ与方差2t σ的关系为2

22/t t σσθ=。

47. 平推流反应器的2θσ= 0 ;而全混流反应器的2

θσ= 1 。 48. 两种理想流动方式为 平推流 和 全混流 。 49. 非理想流动2

θσ的数值范围是 0~1 。 50. 循环操作平推流反应器循环比越 大 返混越大。

51. 循环操作平推流反应器当循环比β= 0 时为平推流;当β= ∞ 时为全混流。 52. 停留时间分布实验测定中,常用的示踪方法为 脉冲示踪 和 阶跃示踪 。 53. 脉冲示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 E (t) 曲线。 54. 阶跃示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 F (t) 曲线。 55. 采用脉冲示踪法测得的浓度C A (t)与E (t)的关系式为 E (t)= C A (t)/C 0 。 56. 采用阶跃示踪法测得的浓度C A (t)与F (t)的关系式为 F (t)= C A (t)/ C A0 。 57. N 个等体积全混釜串联的停留时间分布的无因次方差2

θσ= 1/N 。 58. 多级全混釜串联模型当釜数N= 1 为全混流,当N= ∞ 为平推流。 59. 全混流的E (t)=t

t

t e

-1;F (t)=t

t e --1。

60. 平推流的E (t)=0 当t t ≠、=∞当t t = ;F (t)= 0 当t t <、=1当t t ≤。 61. 轴向分散模型中,Pe 准数越 小 返混越大。

62. 轴向分散模型中Peclet 准数的物理意义是 代表了流动过程轴向返混程度的大小 。 63. 对于管式反应器,流速越 大 越接近平推流;管子越 长 越接近平推流。 64. 为使管式反应器接近平推流可采取的方法有 提高流速 和 增大长径比 。 65. 对于 平推流 反应器,宏观流体与微观流体具有相同的反应结果。 66. 工业催化剂所必备的三个主要条件:选择性高 、活性好 和 寿命长 。 67. 化学吸附的吸附选择性要 高于 物理吸附的吸附选择性。 68. 化学吸附的吸附热要 大于 物理吸附的吸附热。

69. 化学吸附常为 单 分子层吸附,而物理吸附常为 多 分子层吸附。 70. 操作温度越高物理吸附 越弱 ,化学吸附 越强 ;

71. 在气固相催化反应中动力学控制包括 表面吸附 、 表面反应 和 表面脱附 。 72. 气固相催化反应本征动力学指消除 内外扩散对反应速率的 影响测得的动力学。 73. 气固相催化反应的本征动力学与宏观动力学的主要区别是 前者无内外扩散的影响。 74. 在气固相催化反应中测定本征动力学可以通过提高气体流速 消除外扩散、通过 减小催化剂颗粒粒度 消除内扩散。

75. 固体颗粒中气体扩散方式主要有 分子扩散 和 努森扩散 。

76. 固体颗粒中当孔径 较大时 以分子扩散为主,而当孔径 较小时 以努森扩散为主。 77. 气固相催化串联反应,内扩散的存在会使中间产物的选择性 下降 。

78. 气固相催化平行反应,内扩散的存在会使高级数反应产物的选择性 下降 。 79. Thiele 模数的物理意义 反映了表面反应速率与内扩散速率之比 。 80. 催化剂的有效系数为催化剂粒子实际反应速率/催化剂内部浓度和温度与外表面上的相等时的反应速率。

81. 催化剂粒径越大,其Thiele 模数越 大 ,有效系数越 小 ;

82. 气固相非催化反应缩核模型中气相反应物A 的反应历程主要有三步,分别是 气膜扩散 、 灰层扩散 和 表面反应 。

83. 自热式反应是指 利用反应自身放出的热量预热反应进料 。 84. 固定床反应器的主要难点是 反应器的传热和控温问题 。

85. 多段绝热固定床的主要控温手段有 段间换热 、原料气冷激 和 惰性物料冷激 。 86. 固定床控制温度的主要目的是 使操作温度尽可能接近最优温度线 。 87. 固体颗粒常用的密度有堆密度、颗粒密度和真密度,三者的关系是 真密度>颗粒密度>堆密度。你们

88. 对于体积为V P 外表面积为a P 的颗粒其体积当量直径为3/6πP V 、面积当量直径为

π/P a 、比表面当量直径为P P V a /6。

89. 固定床最优分段的两个必要条件是 前一段出口反应速率与下一段进口相等 和 每一段的操作温度线跨越最优温度线。 二、计算分析题

1. 在恒容条件下,反应A+2B==R ,原料气组成为C A0=C B0=100kmol /m 3

,计算当C B =20 kmol /m 3

时,计算反应转化率x A 、x B 及各组分的浓度。 解:在恒容条件下:x B =( C B0- C B )/ C B0=0.8

由C A0- C A =( C B0- C B )/2得到:C A =60 kmol /m 3

x A =( C A0- C A )/ C A0=0.4

2. 在恒压条件下,反应A+2B==R ,原料气组成为C A0=C B0=100kmol /m 3

,计算当C B = 20 kmol /m 3

时,反应转化率x A 、x B 及各组分的浓度。 解:δB =(1-1-2)/2=-1;y B0=0.5

n =n 0(1+ y B0δB x B ) = n 0(1-0.5 x B )

在恒压条件下:V =V 0 n /n 0= V 0(1-0.5x B )

C B =n B /V= n B0(1- x B )/[V 0(1-0.5x B )]= C B0(1- x B )/ (1-0.5x B ) x B =8/9

n A0- n A =( n B0- n B )/2

x A =( n A0- n A )/ n A0=( n B0- n B )/(2 n A0)= ( n B0- n B )/(2 n B0)=0.5 x B =4/9

3. 串联-平行反应A+B==R ,A+R==S ,原料中各组分的浓度为C A0=2.0mol /L ,C B0=

4.0 mol /L ,

C R0=C S0=0,在间歇反应器中恒容操作一定时间后,得到C A =0.3mol /L ,C R =1.5 mol /L ,计算此

时组分B 和S 的浓度。

解:在恒容条件下:ΔC A1= C B0-C B ;ΔC A2= C S ;C R = (C B0-C B )-C S ;C A0-C A =ΔC A1+ΔC A2

得到:C S =( C A0-C A - C R )/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol /L

C B = C B0- C R -C S =4.0-1.5-0.1=2.4 mol /L

4. 在间歇反应器中进行等温2级、1级、0级均相反应,分别求出转化率由0至0.9所需的时间与转化率由0.9至0.99所需时间之比。 解:在间歇反应器中: ?-=21

A A x x A A A r dx C

t

0级反应:)(1200

21

A A A x x A

A x x kC k dx C

t A A -==?

,109.099.009.099

.0~9.09.0~0=--=

t t 1级反应:210011ln 1)1(2

1

A A x x A A A A x x k x kC dx C

t A A --=-=?,1ln ln 99.019

.019

.010

199.0~9.09.0~0==----t t 2级反应:???? ??---=-=?

220220

11111)1(21

0A A A x x A A A x x kC x kC dx C

t A A A ,1.09

.011

99.0110

119.011

99.0~9.09

.0~0=--=----t t 5. 在等温恒容条件下进行下列气相反应:A →2R 其反应速率方程为

V

n k dt dn V r A A

A =-

=-1,试推导:

(1) 以A 组分转化率x A 表示的反应速率方程; (2) 以总压P 表示的速率方程。

假定原料组分为50%A 和50%惰性气体,气体为理想气体。 解:(1)

V

x n k dt dx V n A A A

A )1(0

0-= )1(A A

x k dt

dx -= (2)δA =(2-1)/1=1 y A0=0.5 n =n 0(1+ y A0δA x A ) = n 0(1+0.5 x A )

x A =2n /n 0-2=2P /P 0-2

)5.1(0P P k dt

dP

-= 6. 在间歇反应器中进行等温二级反应A==B ,反应速率:)/(01.02

s L mol C r A A ?=-当C A0分别为1、5、10mol/L 时,分别计算反应至C A =0.01mol/L 所需的时间。 解:在间歇反应器中可视为恒容反应可视为:2

01.0A

A C dt

dC =-

()

11100A A C C t -= 当C A0=1mol/L 时,t =9900s 当C A0=5mol/L 时,t =9950s 当C A0=10mol/L 时,t =9990s

7. 试画出反应速率常数k 与温度T

解:RT

E e

k k -=0

T

R E k k 1ln ln 0?-

= ln k 与1/T 作图为一直线

8. 某气相恒容反应在400K 时的速率式为:2

37.0A A p dt

dp =-

MPa/h ,(1)试问反应速率常数的单位是什么?(2)若速率式写成2A A A kC Vdt

dn r =-=- kmol/(m 3

·h),试问此反应的速率常数为多少?

解:(1)反应速率常数的单位:(h ·MPa)-1

(2)

633101

1010?=?=?A A A P RT C V n Vdt dn RT dt dP A A 310-= A A RTC P 310-= 2

31037.0A

A RTC Vdt

dn -?=- 2.1400314.81037.01037.033=???=?=--RT k m 3/( kmol ·h)

9. 等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应A==B+C ,在5min 内有50%的A 分解,要达到分解率为75%,问需多少反应时间?若反应为2级,则需多少反应时间? 解:一级反应:)1ln(1

11ln 1)1(0

00

A A x A A A A x k x k x kC dx C

t A --=-=-=? m in 10)

5.01ln()

75.01ln(5

.075.0=--=t t

二级反应:A A A x A A A x x kC x kC dx C t A

A -?=-=?11

)1(00220

min 155

.05.0175.0175.05

.075.0=-?-=t t

10. 液相自催化反应A==B 的速率方程为B A A

A C kC dt

dC r =-

=-mol/(L ·h),在等温间歇釜中测定反应速率,C A0=0.95mol/L ,C B0=0.05mol/L ,经过1小时后可测得反应速率最大值,求该温度下的反应速率常数k 。

解:C B =C A0+C B0-C A =1-C A )1(A A A

A C kC dt

dC r -=-=- 反应速率最大时:

0)21()(=-=-dt

dC

C k dt r d A A A ,得到C A =0.5 mol/L 对反应速率式积分得到???

?

??--=)1()1(ln 00A A

A A C C C C kt ,代入数据得到k =2.944 L/(mol ·h)

11. 对于气相反应:A →3P 其反应速率方程为-r A =kC A ,试推导在恒容条件下以总压P 表示的反应速率方程。假定原料为50%A 和50%惰性组分,气体符合理想气体。 解: 在恒容条件下)1(00

A A A

A A x kC dt

dx C r -==- )1(A A

x k dt

dx -= δA =(3-1)/1=2 y A0=0.5 n =n 0(1+ y A0δA x A ) = n 0(1+ x A )

x A =n /n 0-1=P /P 0-1

)2(0P P k dt

dP

-= 12. 对于气相反应:A →3P 其反应速率方程为-r A =kC A ,在一平推流反应器中进行等温恒压反应。已知反应器体积为V ,原料体积流量为v 0,初始浓度为C A0。试推导:其反应器设计方程,并以A 组分转化率x A 表示成易积分的形式。假定原料为纯A ,气体符合理想气体。 解:δA =(3-1)/1=2 y A0=1

等温恒压:v =v 0(1+ y A0δA x A ) = v 0(1+2x A )

A

A

A A A A A A x x C x v x F v F C 211)21()1(000+-=+-==

A A A x A x A A

x A A

A dx x x kC kC dx r dx F V A

A

A

????

??-+==-=???12110

00

0 A x A A dx x x k

A

????? ?

?-+=

01211

τ

13. 在一全混流反应器中进行下列一级不可逆串联反应:

目的产物为P ,反应器体积为V ,体积流量为v 0,进料为纯A 组分,浓度为C A0。 (1)各组分的浓度表达式;

(2)导出产物P 的总收率、选择性表达式;

(3)导出产物P 浓度达到最大所需的空时,即最优空时。 解: 全混流反应器中对A 组分作物料衡算

k 1

k 2

A

P

S

)(0A A A r V F F -=- A A A C Vk C C v 100)(=- τ

10

1k C C A A +=

对P 组分作物料衡算:

P P P Vr F F =-0 )(210P A P C k C k V C v -= )

1)(1(1210121τττττk k C k k C k C A A

P ++=+=

)

1)(1()1)(1(1210

2212101100

0τττττττk k C k k k k C k k C C C C C C A A A A P A A S ++=

++-+-=--= P 的总收率:τ200011

k C C C n n n n A A P A A P P P +=-=--=

Φ

P 的总选择性:τ

2001

k C C n n n n S S P S S P P P ==--=

P 的浓度达到最大需满足:

0=τ

d dC P

得到最优空时:2

11k k =τ 14. 某一级气相反应A==2P ,反应速率常数k =0.5min -1

,按下列条件进行间歇恒容反应,1min 后反应器内的总压为多少?反应条件:(1)1atm 纯A ;(2) 10atm 纯A ;(3)1atm A 和9atm 惰性气体。 解:一级反应:

)1(A A

x k dt

dx -= 393.0115.0=-=-=--e e x kt A δA =(2-1)/1=1 n =n 0(1+δA y A0x A )= n 0(1+ y A0x A ) P =P 0 (1+ y A0x A )

(1) 1atm 纯A :y A0=1 P =P 0 (1+ y A0x A )=1.393atm (2) 10atm 纯A :y A0=1 P =P 0 (1+ y A0x A )=13.93atm

(3) 1atm A 和9atm 惰性气体:y A0=0.1 P =P 0 (1+ y A0x A )=10.393atm

15. 某二级液相反应A+B==C ,已知在间歇全混釜反应器中达到x A =0.99需反应时间为10min ,问:(1)在平推流反应器中进行时,空时τ为多少?(2)在全混流反应器中进行时,空时τ为多少?(3)若在两个等体积串联全混流反应器中进行时,空时τ又为多少? 解:2

A

A kC dt dC =-

9.999.0199.0101110=-?=???? ?

?-?=A A A x x t kC (1)在平推流反应器中:min 1099.0199

.09.9111

=-?=???? ?

?-?=

A A A x x kC τ (2)在全混流反应器中:min 1000)

99.01(9.999.0)1(2

20=-?=-=

A A A x kC x τ (3)两个等体积串联全混流反应器中:

第一个釜2101)1(5.0A A A x kC x -=

τ 第二个釜2

201

2)1(5.0A A A A x kC x x --=τ

由试差法计算得到:τ=51.5min

16. 自催化反应A+R →2R 其速率方程为:-r A =kC A C R

(1) 在等温条件下进行反应,已知C A0和C R0,要求最终转化率为x Af 。为使反应器体积最

小。试问:最合适的理想反应器组合方式;

(2) 此最小反应器总体积表达式;

(3) 在F A0/(-r A )~x A 图上表示各反应器的体积。

解:(1)最合适的理想反应器组合方式:全混釜反应器串联平推流反应器 (2)反应速率最大点是两个反应器的分界点。

C A +C R = C A0+C R0 C R = C A0+C R0-C A = C M -C A

)(A M A A C C kC r -=-

反应速率最大时,d (-r A )/dt =0 C A =0.5C M ①若C Af ≥0.5C M ,即0

02A R A Af C C C x -≤

,仅用一个全混釜即可

)

)(1()(00000R Af A Af Af

R

A Af A m C x C x k x v C kC C C v V +-=

-=

②若C Af <0.5C M ,即0

02A R A Af C C C x ->

全混釜体积:)()(2)2(2)(002

000

02

000R A R A M A M R A A A m C C C C k v C C kC v C kC C C v V -+=-=-=

平推流体积:?-=Af

M

C

C R A A

P C kC dC v V 5.00 )1(ln )(000000Af A Af A R R A P x C x C C C C k v V --+= V =V m +V P

17. 对于反应速率方程为n

A A kC r =-的液相反应,为达到一定的生产能力,试讨论当n >0、

n =0和n <0时,如何选择型式(平推流或全混流)使反应器体积最小,并简单说明理由,

并在

A A

A x r F ~0

-图上表示反应器的体积。 解:当n =0时,反应速率与反应物浓度无关,故与反应器型式无关。

当n >0时,反应速率与反应物浓度呈正效应,而平推流反应器的浓度水平明显高于全混流型式,故选择平推流反应器。

当n <0时,反应速率与反应物浓度呈负效应,而平推流反应器的浓度水平明显高于全混流型式,故选择全混流反应器。

18. 一级等温反应A==P ,活化能为83140J/mol ,在平推流反应器中进行反应,反应温度为420K ,反应器体积为V p ,如改为全混流反应器,其体积为V m ,为达到相同的转化率x A =0.6,(1)若反应操作温度相同,则V m

/V p 之值应为多少?(2)若V m /V p =1,则全混流反应器的操作温度应为多少? 解:(1)A A A A m x x kC F

V -?=

100 A

A A P x kC F V -=11

ln 00 94.211ln /1=--=A

A A P m x x x V V (2)V m /V p =1,同样得到:

94.211ln /1=--=A

A A P m x x x k k m

RT

E

e

k k m -=0 p

RT

E e

k k p -=0 94.2)(11

=-m

T P T R E e

代入数据得到:T m =440K

19. 等温二级反应,依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器,出口转化率为0.99,若将两个反应器改换次序,问出口转化率为多少? 解:等温二级反应得到,平推流Ain

Aout A x x kC ---=

11

110τ

全混流:2

0)1(Aout Ain

Aout A x x x kC --=

τ

将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入,计算得到:kC A0τ=61.53 全混流反应器+平推流反应器:先计算全混流出口x A =0.884 全混流出口x A 就是平推流进口x A ,计算平推流出口x A =0.986

20. 等温一级反应,依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器,出口转化率为0.99,若将两个反应器改换次序,问出口转化率为多少? 解:等温一级反应得到,平推流Aout

Ain

x x k --=11ln

τ

全混流:Aout

Ain

Aout x x x k --=

将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入,计算得到:k τ=3.175 全混流反应器+平推流反应器:先计算全混流出口x A =0.760 全混流出口x A 就是平推流进口x A ,计算平推流出口x A =0.99

21. 液相二级不可逆反应A+B==C ,C A0=C B0,在平推流反应器进行试验,当τ=10min 时x A =0.99,问在相同温度下为达到相同转化率,采用(1)在全混流反应器中进行时,空时τ为多少?(2)若在两个等体积串联全混流反应器中进行时,空时τ又为多少?

22. 在恒温恒容下进行下式所示的自催化反应:A+R →2R ,其速率方程为R A A C kC r =-,初始浓度分别为0A C 和0R C ,试推导其在间歇釜中达到最大反应速率时的时间和A 组分的浓度,若采用连续操作,应采用何种理想反应器组合方式,可使反应器总体积最小,并用示意图进行表示。 23. 平行反应:

其中P 为目的产物,在等温操作中,证明:采用全混流反应器最大产物浓度C Pmax =C A0;采用平推流反应器最大产物浓度C Pmax = C A0/(1+ C A0)。

24. 等温一级不可逆串联反应A ?→?1k R ?→?2

k S ,进料为纯A 浓度为C A0,连续操作空时为

τ,试分别推导出反应器出口各组分的浓度:(1)平推流反应器;(2)全混流反应器。 25. 等温一级不可逆平行反应:

A

P r P =1

S r S =2C A T r T =C A 2

A

P r P =k 1C A S r S =k 2C A

进料为纯A 浓度为C A0,连续操作空时为τ,试分别推导出反应器出口各组分的浓度:(1)平推流反应器;(2)全混流反应器。

26. 试分别在图上画出下列流动模型的停留时间分布函数F (t)和停留时间分布密度函数E (t)曲线:

举出与它有相同停留时间分布的另一种流动模型,这说明了什么问题。 27. 液相反应

从有利于产品分布的观点,(1)将下列操作方式按优→劣顺序排列,并说明理由。 (2)若反应活化能E 1>E 2,应如何选择操作温度?

28. 试采用脉冲示踪法推导全混流反应器的停留时间分布函数和分布密度函数。 29. 试采用阶跃示踪法推导全混流反应器的停留时间分布函数和分布密度函数。

30. 画出平推流反应器、全混流反应器、平推流和全混流反应器串联及全混流和平推流反应器串联的停留时间分布密度函数E (t)和分布函数F (t)

31. F (θ)和E (θ)分别为闭式流动反应器的无因次停留时间分布函数和停留时间分布密度函数。

(1)若反应器为平推流反应器,试求:

(a)F (1);(b)E (1);(c)F (0.8);(d)E (0.8);(e)E (1.2) (2)若反应器为全混流反应器,试求:

(a)F (1);(b)E (1);(c)F (0.8);(d)E (0.8);(e)E (1.2) (3)若反应器为一非理想反应器,试求:

(a)F (∞);(b)E (∞);(c)F (0);(d)E (0);(e)?∞

)()(θθd E ;(f)

?∞

)()(θθθd E

32. 丁烯在某催化剂上反应的到丁二烯的总反应为

C 4H 8(A)== C 4H 6(B)+ H 2(C)

假设反应按如下步骤进行:

A+B

S(副反应)

r S =k 2C A 2.0C B 0.2

R(主反应) r R =k 1C A 0.6C B 1.2

A+σ?A σ A σ?B σ+C B σ?B+σ

假定符合均匀吸附模型,试分别推导动力学方程: (1) A 吸附控制; (2) B 脱附控制; (3) 表面反应控制。

33. 乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应

C 2H 2 (A) + HCl (B)== C 2H 3Cl (C)

其动力学方程式可有如下几种形式:

(1)2

)1/()/(C C B B A A C B A p K p K p K K p p p k r +++-=

(2))1/(B B A A B A A p K p K p p kK r ++= (3))1/(C C B B B A B p K p K p p kK r ++= 试分别列出反应机理和控制步骤

34. 气固相催化反应:A+B==C ,其反应机理如下:

A+σ?A σ B+σ?B σ A σ+B ? C σ C σ?C+σ

假定符合Langmuir 均匀吸附模型,试分别推导动力学方程: (1) A 吸附控制; (2) C 脱附控制; (3) 表面反应控制。

35. 在气固相催化剂表面进行下列气相可逆反应:

A +

B ==R

其反应机理为: A +σ1=A σ1

B +σ2=B σ2

A σ1+

B σ2→R σ1+σ2 (速率控制步骤) R σ1=R +σ1 试用Langmuir 均匀吸附模型导出该反应的本征动力学方程。 36. 某气固相催化反应:A==R ,其动力学方程式为

)1/(R R A A A A A p K p K p kK r ++=-(以催化剂质量为基准)

试导出平推流式的等温积分反应器中转化率x A 与W /F A0的关系式

37. 试列出气固相催化反应通常所经历的步骤,并区分动力学控制和传递控制。

38. 试叙述气固相催化反应中Thiel 模数φs 和有效系数η的物理意义;对于本征动力学的测定应如何消除内外扩散的影响。

39. 某非催化气固相反应:A(g)+2B(s)==R(g)+S(s),假定固体反应物为球型颗粒,若过程为气膜扩散控制,试采用缩核模型推导其动力学方程(t 与x B 的关系)。提示:气膜扩散方程:)(1AS AG G A R C C k dt dn S -=-

;n B =ρm V c =m c r ρπ33

4

40. 某非催化气固相反应:A(g)+2B(s)==R(g)+S(s),假定固体反应物为球型颗粒,若过程为非反应核表面反应控制,试采用缩核模型推导其动力学方程(t 与x B 的关系)。提示:表面反应:AS s A r C k dt

dn S c =-

1;n B =ρm V c =m c r ρπ334

41. 试列出气固相非催化反应中缩核模型的反应历程,并说明与缩粒模型的差别。 42. 试说明反应器设计中产生放大效应的原因;为提高放大的可靠性,应如何应用反应工程知识对系统进行研究。

43. 在全混流反应器中进行不可逆放热反应,其放热和移热线如下图所示:

试(1)指明稳定的定常态操作点,写出热稳定性的判据;(2)实际生产中如何进行开、停车操作,并在图中画出。

44. 采用中间冷却的三段绝热固定床进行气固相催化反应,标明图中各条线的名称,根据最优分段的要求画出整个过程的操作线。

45. 一级可逆反应A==B ,对不同控制步骤绘出反应物A 在催化剂颗粒内部与气膜中的浓度分布。其中:主体浓度为C Ag ;颗粒表面浓度为C As ;颗粒中心浓度为C Ai ;平衡浓度为C Ae 。

动力学控制

内扩散控制外扩散控制

反应工程题库

绪论. 1、化学反应工程是一门研究()的科学。(化学反应的工程问题) 2.()和()一起,构成了化学反应工程的核心。〔三传;反应动力学〕 3.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) 4.化学反应和反应器的分类方法很多,按反应系统涉及的相态分类,分为:()和()。 5.化学反应和反应器的分类方法很多,按操作方法分为()操作、()操作和()操作。 6.化学反应和反应器的分类方法很多,按传热条件分为()、()和()。 选择1. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指。 A 化学反应 B 反应工程 C 反应热力学 D 反应动力学, 2. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是。A 能量传递B质量传连C 热量传递D 动量传递 3. ()按反应器的型式来分类,高径比大于30的为 A.管式反应器B槽式反应器C塔式反应器D釜式反应器 三、判断 1.物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律,即化学反应速率与温度浓度之间的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。() 2.流体流动、传质、传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在时间、空间上的分布,最终影响反应结果。()

四、简答 1.利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤? 第一章 均相单一反应动力学和理想反应器 1.均相反应是指( )。 2.如果反应体系中多于一个反应物,在定义转化率时,关键组分A 的选取原则是( )。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时,这种反应称为( ) ,否则称为( ) . 4. 化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-,如用浓度表示的速率常数为C K ,用压力表示的速率常数P K 则 C K =( )P K . 5. 活化能的大小直接反映了( )对温度的敏感程度. 6.化学反应动力学方程有多种形式。对于均相反应,方程多数可以写成( )或( )。 7.对于反应器的开发根据( )来选择合适的反应器,结合( )和( )两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8.物料在反应器的混合,依据停留时间分为( )( )。 9.按返混情况的不同,理想流动反应器可分为( )、( )、( )。 10.在设计和分析反应器时,经常涉及( )、( )、( )、( )四个量。其中定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值为( )。 二、选择 1.其定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值的量为( ) A 反应时间t r B 停留时间t C 空间时间τD 空间速度S V 2. 下列那一项不属于间歇反应器中的非反应时间( )

化学反应工程试题集

化学反应工程考试总结 一、填空题: 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指质量传递、热量传递 和动量传递,“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升高有利于活化能高 的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法 和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ,轴向扩散模型的唯一模 型参数为Pe(或Ez / uL)。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ,其无因次方差2θσ= 0 ,而全混流反应器的无因次方差2θσ= 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol? hr ),该反应为 2 级反应。 9.对于反应22 A B R +→,各物质反应速率之间的关系为(-r A):(-r B):r R=1:2:2 。 10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产物的串联反 应。 11.某反应的计量方程为A R S →+,则其反应速率表达式不能确定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解,在67℃时转化50%需要30 min, 而 在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒,该反应的活化能为 3.46×105(J / mol ) 。 13.反应级数不可能(可能/不可能)大于3。 14.对于单一反应,在相同的处理量和最终转化率条件下,选择反应器时主要考虑反应器 的大小;而对于复合反应,选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率;15.完全混合反应器(全混流反应器)内物料的温度和浓度均一,并且等于 (大于/小于/等于)反应器出口物料的温度和浓度。

天津大学反应工程

笔试:反应工程(65分)(共5题) 第一题(12分)(2问):求连串反应第一步反应产物的最大收率和相应反应物的转化率。第二章的内容 第二题(16分)(2问):已知停留时间分布,用适当模型求转化率,我选的是多釜串联,先求的模型系数N。第五章的内容 第三题(16分)(2问):求绝热反应器的出口温度和催化剂的用量,涉及内扩散有效因子的公式,加上活塞流反应器模型公式,此题只要求列计算式,没有数据计算。第六,七章的内容 第四题(16分)(2问):求平行反应中目标反应产物的最大选择性,涉及求微商的问题,第二章的内容 第五题(5分)(此题要求用英语作答):根据反应机理推导反应速率方程,很简单,和书上的例题是一个难度 面试(分为综合面试(120分)和英语面试(15分)) 综合面试(120分)(今年抽题题目变难了)(两个信封各抽一道题,一个综合知识,一个实验(物化,化原,反应工程),我觉得大部分是实验吧)(在一个教室里,6个老师) 1.先简单的自我介绍(说下学校,专业,家乡,加上你觉得你有的优势,比如高分的同学可以说下自己初试的分数) 2.抽题(今年只能换一次,换题了不能因为不会又换回来,换题要谨慎,我换了嘿嘿) 我抽到的是 A.叙述吸收塔实验的内容 B.测湿度,只有温度计,没有湿度计,怎么办(当时大脑短路,没想到,复试完了之后,我觉得是测干球温度和湿球温度,用湿焓图即可) C.我换到的题目是:叙述用脉冲法测停留时间分布的思路 3.回答完了之后,老师追问了几个问题:停留时间测定还有哪些方法,其中怎样测示踪剂的浓度(大概都是和你抽到的题目有关) 4.最后老师问了我毕设,就这样 英语面试(15分)(3个老师)

化学反应工程试题..

2010-2011学年第二学期末考试试题(A 卷) 一、选择题(30分,每题1.5分) 1、―三传一反‖是化学反应工程的基础,其中所谓的―一反‖是指 ( D )。 A .化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 2、对于反应sS pP b B aA +?→?+, 则P r = ___A__ ()A r -。 A. a p , B. a p , C. p a , D. p a 3、气相反应A + B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与B 以1∶1 摩尔比进料,则膨胀因子A δ=(D ) A. –2 B. –1 C. 1 D. 2 4、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,则膨胀率A ε=( C ) A. –1 B . –1/2 C. 1/3 D.4/3 5、反应2421042H H C H C +→,反应速率常数10.2-=s k ,则反应级数n=( B) A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 6、串联反应A → P (目的)→R + S ,目的产物P 的得率X P =( A)。 A. 00A P P n n n - B.A A P P n n n n --00 C.00S S P P n n n n -- D.0 R R P P n n n n -- 7、分批式操作的间歇反应器非生产性时间0t 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 8、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(B)。 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 9、对于单一反应组分的平行反应 ,其瞬间收率P ? 随C A 增大而单调下降,则最适合的反应器为( A )。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器

2012年天津大学化工学院考研复试《反应工程》试题

2012年天津大学化工学院考研复试《反应工程》试题 我参加了此次考试,感到录取无望,便在考场把题目抄在了准考证的背面偷偷带出来,打算二战时参考用。造化弄人,我调剂了,不打算再考,现在拿出来与大家分享。 复试总共200分,其中笔试65分,英语口试15分,综合面试120分。这套试题便是笔试试题,共65分。 一、等温下在活塞流反应器(PFR)中进行液相反应A P Q,其中P为目的产物。各反应均为一级反应,反应温度下反应速率常数分别为:k1=0.3h-1,,k2=0.2h-1,进料为纯A,其流量为Q0=10.0m3/h。计算P的最大收率及此时反应器的体积。(12分) 二、等温条件下,在某反应器中进行液相反应2A B γB=k1cA,A C+D γC=k2cA。B 为目的产物,反应速率常数k1=0.1h-1,k2=0.3h-1。进料为纯A,其浓度为2 Kmol/m3,处理量为10 m3/h,计算A的转化率和B的收率。已知有实验测得该反应器的停留时间分布为:。(16分) 三、常压下某绝热固定床反应器内进行气固相催化反应A P,该反应一级不可逆,基于床层体积的本证反应速率常数kV=681.3 exp(-5526/T)s-1。反应为放热反应,反应热为-50KJ/mol,反应混合物平均比热容为500J/(mol )。原料为纯A,要求A的最终转化率为90%。(1)若进料温度为300℃,试计算反应器的出口温度;(2)已知原料处理量为Q0,催化剂直径为dP,床层空隙率为ε,反应产物在催化剂孔道内有效扩散系数为De。忽略外扩散,试计算催化剂用量。不用计算出具体数值,写出计算思路及用到的主要公式。(16分)四、等温下进行如下液相反应A P γP=k1cA,A R γR=k2,A Q γQ=k3cA2,反应速率方程中浓度单位为Kmol/m3,k1=4.0h-1,k2=1.0Kmol/(m3 h),k3=1.0m3/(Kmol h)。原料为纯A,初始浓度为2Kmol/m3。(1)全回流,P为目的产物,P选择性最大为多少,此时A转化率多少?(2)若Q为目的产物,何种反应器好?(16分) 五、(一道关于吸附平衡的题目,要求用英文作答,很简单,5分)

化学反应工程试题

化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体,CO 与2H 以1∶2摩尔比进料,则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2 、一级连串反应A S P 在间歇式反应器中,则目的产物P 的最大浓度=max ,P C ___A____。 A. 122)(210K K K A K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 22/1210]1)/[(+K K C A 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P S =__C_。 A. A A P P n n n n --0 0 B. 00A P P n n n - C. 00 S S P P n n n n -- D. 00R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=时,该反应的反应级数n___B__。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 5 、对于单一反应组分的平行反应 A P(主) S(副),其瞬间收率P ?随A C 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A 2R ,30/30.2m kmol C A =, 出口转化率7.0=A x ,每批操作时间h t t 06.20=+,装置的生产能力为50000 kg 产物R/天,R M =60,则反应器的体积V 为_C_3m 。

(完整版)天津大学化学工程复试反应工程问答题

1.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。 2.简述链锁反应所具有的基本特征? 答:1)链反应具有三个阶段:链的引发、链的传播和链的终止; 2)链的引发和传播均需要通过游离原子或游离基; 3)游离原子和游离基均具有较高活性,容易受器壁或其它惰性物的作用而重新生成稳定的分子,从而使链反应终止。 3.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。 4.简述分批式操作的完全混合反应器? 答:反应物料一次性投入反应器内,在反应过程中,不再向器内投料,也不出料,待达到反应要求的转化率后,一次性出料,每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和,非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。 5.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。 6.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。 7.对于反应,21A R C k r =,1E ;A S C k r 2=,2E ,当1E >2E 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A RT E E A RT E RT E S R R C e k k C e k e k r r S 12212010/20/10---===,所以,当1E >2E 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.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 (②分)。 ?∞=0 0.1)(dt t E 。 9.停留时间分布函数F (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 ,在出口流体中停留时间小于t 的物料所占的分率为F (t )。 ?=t dt t E t F 0)()(。 10.简述描述停留时间分布函数的特征值? 答:用两个最重要的特征值来描述——平均停留时间t 和方差2t σ。 1) t 定义式为:?∞ =0)(dt t tE t ,平均停留时间t 是E (t )曲线的分布中心,是E (t )曲线对于坐标原点的一 次矩,又称E (t )的数学期望。 2) 2 t σ是表示停留时间分布的分散程度的量,在数学上它是指对于平均停留时间的二次矩?∞ -=02 22)(t dt t E t t σ。 11.简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类? 答:通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统,通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种:脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。

最新化学反应工程试卷

化学反应工程试题 班级姓名学号号 一、请在下列各题中各选择一个最适当的答案(每题1分,共40分) 1.()不是反应程度的特点 A 总为正值 B 各反应组分的反应程度相同 C 随反应时间而变 D 与反应计量系数无关 2.-r A=kC A n中,式中的负号意味着() A 反应速率常数为负值 B 反应速率随浓度的下降而减小 C 公式表示的是A的消耗速率 D dc A/dt为正值 3.返混的定义是() A 不同空间位置的粒子的混合 B 不同停留时间的粒子的混合 C 参与不同反应的粒子的混合 D 不同反应器内粒子的混合 4.自催化反应当转化率为零时反应速率() A 最大 B 出现极值点 C 为负值 D 为0 5.平推流反应器中诸参数不随()而变 A 反应物的组成 B 反应器的轴向位置 C 反应器的空间时间D反应器的径向位置 6.在平推流反应器进行某一变容反应,若εA>0,则空间时间τ将()平均停 A 等于 B 小于 C 大于 D 接近于 7.对反应级数大于零的单一反应,对同一转化率,其反应级数越小,全混流反 应器与平推流反应器的体积比()。 A 不变 B 变大 C 变小 D 不好说 8.复合反应的瞬时选择性定义为() A 生成目的产物消耗的反应物与所有消耗

的反应物的比值 B 生成副产物消耗的反应物与生成目的产物 消耗的反应物的比值 C 目的产物的净生成速率与反应物的消耗 速率的比值 D 副产物的生成速率与目的产物的净生成速 率的比值 9.空间时间的定义是() A 停留时间与非生产时间的和 B 实际反应时间与真实停留时间的和 C 反应器有效容积与入口体积流率的比值 D 反应物微元在反应器内经历的时间 10. 11.平推流反应器的无因次方差为() A 1 B 2 C -1 D 0 12.对反应级数大于零的单一反应,随着转化率的增加,所需全混流反应器与平 推流反应器的体积比() A 不变 B 增加 C 减小 D 不一定 13.由脉冲示踪实验可以直接获得的是() A 停留时间分布函数 B 停留时间分布密度函数 C 平均停留时间 D 方差 14.非理想流动反应器的方差随偏离平推流反应器的程度而() A 减少 B 增大 C 先增大后减少 D 不变 15.非理想流动反应器的停留时间分布函数曲线是() A 单调递减的 B 单调递增的 C 有极大值的 D 不好说 16.所谓对比时间是指()

化学反应工程套题

化学反应工程 一、填空题: 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指质量传递、热量传递 和动量传递,“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升高有利于活化能高 的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法 和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ,轴向扩散模型的唯一模 型参数为Pe(或Ez / uL)。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ,其无因次方差2θσ= 0 ,而全混流反应器的无因次方差2θσ= 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol? hr ),该反应为 2 级反应。 9.对于反应22 A B R +→,各物质反应速率之间的关系为(-r A):(-r B):r R=1:2:2 。 10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产物的串联反 应。 11.某反应的计量方程为A R S →+,则其反应速率表达式不能确定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解,在67℃时转化50%需要30 min, 而 在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒,该反应的活化能为 3.46×105(J / mol ) 。 13.反应级数不可能(可能/不可能)大于3。 14.对于单一反应,在相同的处理量和最终转化率条件下,选择反应器时主要考虑反应器 的大小;而对于复合反应,选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率;15.完全混合反应器(全混流反应器)内物料的温度和浓度均一,并且等于 (大于/小于/等于)反应器出口物料的温度和浓度。

化学反应工程考试试卷及答案

一、填空(40分) (1)气相反应A+3B→2C,则δ= δ= 。ΒA dC A?r?,前提是(2)反应速率常数有时可以表为。A dt (3)空间速度是指 ___________ , 空间时间是指 __________。 (4)反应具有最佳温度曲线, 最佳温度曲线是指 __________ 。 4.0克/cm5)多孔性球形颗粒10克,半径1cm,系由密度为(孔隙率3的材料制成。 则其孔容积V= ,θ= g 。假密度ρ= 2?0.218?,如果采用扩散模型,则)已知某非理想流动反应器其停留时间分布的方差 (6?Pe=_______,如果采用多级全混流模型,则m=_______ (7)催化剂微孔内的气体扩散有____扩散,____扩散、____扩散、 及____扩散等多种形式。。 L r?2C AL A C1mol/L, ,进料反应进行至,(8)复合反应=A02C2r?M AM x?0.5, s = 时。如果该反应在在固体催化剂中进行时,由瞬时选择性LA。于内扩散的影响,选择性会t?E(t)dt?F(?)?F(0)?)(9,,。 0. (10)内扩散效率因子ζ和Thiele模数Φ的数值通常有如下关系: 外扩散和化学动力学控制时ζ1,Φ值较; 内扩散强烈影响时ζ1,Φ值较。 (11)CO中温变换反应器属于固定床里的反应器。固定床按气体流动方向, 可以分为和反应器。 492-=/s, =1.5×1012)某一级不可逆的气液反应过程,已知k=10mm/s,D(LL则当k 时,该反应属于快反应,反应区主要在,工业上可选用 反应器或反应器;当k 时,该反应属于慢反应,这时反应区主 要在,工业上可选用或反应器。 L2r?1.0CC BAL L 13AB为主产物,则适+(,)对于平行反应2r?2.0CC M BAA CC 的要求是宜的操作条件对和。BA (14)返混是指

(完整版)化学反应工程习题

化学反应工程习题 第一部分:均相反应器基本理论 1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N 2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率;并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为 S R B A 2 121+=+的反应,其反应速率表达式为B A A C C r 5 .02=,试求反应速率B r =?;若反应的化学计量式写成S R B A +=+22,则此时反应速率A r =?为什么? 3、某气相反应在400 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h kPa /,问反应速率常数的单位是什么?若将反应速率方程改写为2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./,该反应速率常数k 的数值、单位如何? 4、在973 o K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应:C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时,系统中含丁烷为116kg ,当反应完成50%时,丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化, 试求下列项次的变化速率:(1)乙烯分压;(2)H 2的摩尔数;(3)丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应:A+B →C ,开始时A 与B 摩尔数相等,没有C ,1小时后A 的转化率为75%,当在下列三种情况下,2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉? (1)对A 为一级、B 为零级反应; (2)对A 、B 皆为一级反应; (3)对A 、B 皆为零级反应。 6、在一间歇反应器中进行下列液相反应: A + B = R A + R = S 已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3,C B0 = 4 kmol/m 3,C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3,C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度,并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3,C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行,且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。(1)试确定此反应的动力学方程;(2)计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间;(3)比较计算结果,你有什么体会?

《化学反应工程》试题

《化工设备设计基础》综合复习资料化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 容器按照壁厚大小分为__________和___________。 2. 双鞍座支承的卧式容器可简化为受均布载荷的算时则简化为梁。或。直径为 D 的圆形截梁;而直立的塔设备进行校核计 3. 矩形截面(长=b、宽=h)对 Z 轴的惯性矩公式为面对其对称轴的惯性矩为。 4. 计算内压操作塔设备筒体壁厚的依据是其对其应力。 应力,而进行直立设备校核计算时主要是针 5. 我国压力容器设计必须遵循的安全技术法规和标准为和。 6. 立式容器的支座有腿式支座、____________、____________和____________四种。 7. 对与封头相连的外压容器筒体而言,其计算长度应计入封头的直边高度及凸形封头 ____的凸面高度。 二、判断题 1.下列直立薄壁容器,受均匀气体内压力作用。哪些能用薄膜理论求解壁内应力?哪些不能?(1)横截面为正六角形的柱壳。(2)横截面为圆的轴对称柱壳。(3)横截面为椭圆的柱壳。(4)横截面为半圆的柱壳。(5)横截面为圆的锥形壳。 2.在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔,应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。 3.薄壁回转壳体中任一点,只要该点的两个曲率半径 R1=R2,则该点的两向应力相等。 4.因为内压薄壁容器圆筒的两向应力与壁厚成反比,当材质与介质压力一定时,则壁厚大的容 器,壁内的应力总小于壁厚小的容器。 5.按无力矩理论求得的应力成为薄膜应力, 薄膜应力沿壁厚均匀分布的。 三、简答题 1. 写出下类钢材牌号的含义 09MnNiDR 和 1Cr18Ni9Ti(符号和数字)。 2. 二力平衡条 件是什么?什么叫二力杆? 3. 内压壁厚设计公式中为何引入焊缝系数?焊缝系数与哪些因素有关? 4. 什么叫长圆筒?什么叫短圆筒?用什么参数界定的? 5. 法兰公称压力的确定受到哪些因素的影响?为什么公称压力 PN 为 1.0MPa 的法兰,其最大允许操作压力比有时 1.0MPa 高而有时又比 1.0MPa 低? 6.设置加强圈的目的是什么?加强圈的类型有哪些? 7. 什么叫失稳?外压容器的稳定性条件是什么? 8. 用抗拉强度规定只下限为σb=620 MPa 材料制造的容器为几类容器?依据是什么? 9. 试确定塔卧置做水压试验时的试验压力 PT 。塔的设计压力为 P,水重度γ,塔高H。 10. 有一管线法兰,已知设计压力为 0.2MPa,设计温度为 300℃,试问在此管线上能 否使用公称压力为 0.25MPa 的碳钢平焊法兰?为什么? 11. 焊缝系数与哪些因素有关?若一容器为双面对接焊缝,局部无损探伤,焊缝系数为多少? 12. 封头有哪几种形式?各适用于什么场所?

天津大学反应工程第二版课后习题答案

检测方法及方法确认作业指导书 天津大学:《反应工程》(第二版) 习题答案 1 绪论 1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应: 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(X)达72%,甲醛的收率(Y)为69.2%。试计算:(1 )反应的选择性(S);(2)反应器出口气体的组成(摩尔分率%)。 解:(1)由(1.7)式得反应的选择性为: (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), 设甲醇的转化率为X A ,甲醛的收率为Y P ,根据(1.3)和(1.5)式可得反 应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为: n A=n A0(1-X A)=7.672 mol,n P=n A0Y P=18.96 mol,n C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式,水(n W )、氧气(n O )和氮气(n N )的摩尔数分别 为: n W=n W0+n P+2n C=38.30 mol n O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 mol n N=n N0=43.28 mol 组分摩尔数(mol)摩尔分率% CH 3 OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2 O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0 (mol) CH 3 OH 2/(2+4+1.3)=0.2740 27.40 空气4/(2+4+1.3)=0.5479 54.79 水 1.3/(2+4+1.3)=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0

最新化学反应工程试题库

化学反应工程考试题库(分三个部分) (一)(综合章节)复习题 一、填空题: 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指质量传递、热量传递 和动量传递,“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升高有利于活化能高 的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法 和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ,轴向扩散模型的唯一模 型参数为Pe(或Ez / uL)。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ,其无因次方差2θσ= 0 ,而全混流反应器的无因次方差2θσ= 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol? hr ),该反应为 2 级反应。 9.对于反应22 A B R +→,各物质反应速率之间的关系为(-r A):(-r B):r R=1:2:2 。 10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产物的串联反 应。 11.某反应的计量方程为A R S →+,则其反应速率表达式不能确定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解,在67℃时转化50%需要30 min, 而 在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒,该反应的活化能为 3.46×105(J / mol ) 。 13.反应级数不可能(可能/不可能)大于3。

化学反应工程考试题

化学反应工程考试题

第一章 绪论 1.“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指__反应动力学__。 2.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。 “三传”指的是质量传递、流量传递、动量传递 3. 一级连串反应在全混流釜式反应器中,则目的 产物P 的最大浓度_____、 _ _。 4. 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__、 ____。 5. 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_ 、 _。 6. 一级连串反应在平推流反应器中,为提高目的 产物P 的收率,应__降低__。 7. 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为,则=__D__。 A. B. C. D. 8.反应,,则反应级数n=__B___。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 9.反应A + B → C ,已知,则反应级数n=___B____。 A S K 1 K 2 P =max ,P C 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A = opt τ2 11K K A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -= opt t 1 221) /ln(K K K K -A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -=opt t 1 221)/ln(K K K K -A S K 1 K 2 P 12/k k β αB A C A C C K r =-C K P K P K C K β α+-)(RT ) ()(βα+RT ) ()(βα-RT )()(βα+-RT C 4H 2C 2H 4 + H 2 1 0.2-=s k 1 15.0-=s k

化学反应工程复习题

《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算:转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示,气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式(可逆、平行、连串、自催化)。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用(单组分吸附、解离吸附、混合吸附)。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率,分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布,t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器

1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义,变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混,返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律,平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析,反应器的选型,操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析,反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。

反应工程总复习题(答案)

化学反应工程试题答案 一、单选题:(共60小题,每题0.5分) 1、化学反应工程是研究如下问题的学科:(A) A、化学反应器工程问题 B、化工单元操作 C、反应器特性 D、传递特性 2、化学反应工程研究的对象是:(A) A、化学反应器 B、单元操作 C、化工流程 D、化学工艺 3、连续操作的反应器的独立变量为(C) A、浓度 B、反应时间 C、反应器体积大小 4、理想混合的间歇反应器的独立变量为(B) A、反应速率 B、反应时间 C、反应空间 5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是:(C) A、反应物浓度 B、反应时间 C、反应空间 6、间歇操作的反应器所具有的特点包括:(A) A、参数随时间变化 B、参数随空间变化 C、累积量为零 D、累积量不为零 7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时,下面哪些量为零:(D) A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时,下面哪些量为零:(D) A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 9、稳定的定常态操作点符合如下条件:(A) A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 10、若CSTR的某一操作点是稳定的定常态操作点,则该操作状态具有的特点是:(C) A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 11、在CSTR中进行一级不可逆反应,最多可以有几个定常态操作点?(D) A、0 B、1 C、2 D、3 E、4 12、对于反应级数大于零的反应,下述情况哪种容积效果最高?(C)

A 、单釜CSTR B 、多釜CSTR C 、PFR 13、对于自催化反应,下述情况哪种容积效果最高? (A ) A 、CSTR 串联PFR B 、最优循环比下操作的PFR C 、CSTR 14、稳定的定常态操作的CSTR 反应器在该操作点下列情况是必然成立的: (B ) A 、移热速率等于放热速率 B 、移热速率大于放热速率 C 、移热速率小于放热速率 15、对于级数大于零的自催化反应,其动力学线(()A A x ~r 1-)一般存在一个极值,下述情况哪种容积效果最高? (D ) A 、单釜CSTR B 、多釜CSTR C 、PFR D 、CSTR 串联PFR 16、对于反应级数小于零的反应,下述情况哪种容积效果最高? (A ) A 、单釜CSTR B 、多釜CSTR C 、PFR 17、对于绝热的放热反应,下述哪种操作方式的容积效果最高? (A ) A 、CSTR 串联PFR B 、最优循环比下操作的PFR C 、CSTR 18、平推流反应器的空时与反应时间之间的关系下列哪种说法正确? (C ) A 、总是相等 B 、总是不相等 C 、不确定 19、全混流反应器的空时与反应时间之间的关系下列哪种说法正确? (C ) A 、总是相等 B 、总是不相等 C 、不确定 20、平推流反应器中进行恒温、恒压等分子气相反应时,空时与反应时间之间的关系下列哪种说法正确? (A ) A 、总是相等 B 、总是不相等 C 、不确定 21、间歇反应器的反应转化率与反应器大小之间下述说法哪些正确? (B ) A 、与反应器大小有关 B 、与反应器大小无关 C 、不确定 22、在对间歇反应器进行设计时,反应器体积大小与下述哪个因素有关? (B ) A 、反应时间 B 、单位时间处理量 C 、不确定 23、从反应器的停留时间分布测定中求得无因次方差98.02=θσ,则反应器可近视为: (B ) A 、理想的平推流反应器 B 、理想的全混流反应器 C 、理想混合间歇反应器 24、从反应器的停留时间分布测定中求得无因次方差02.02=θσ,则该反应器可近视为: (A ) A 、理想的平推流反应器 B 、理想的全混流反应器 C 、理想混合间歇反应器

化学反应工程-模拟题三及答案

一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →,已知反应速率为 2 A A kC r =-,求: (1)当CSTR 中的转化率为0.5时,若将反应器改为同体积的PFR ,反应条件不变,则转化率为多少?(9分) (2)当CSTR 中的转化率为0.5时,若将反应器体积增大10倍,反应条件保持不变,则转化率为多少?(9分) 二、在一个等温活塞流反应器中,发生不可逆气相基元反应A 2B →。反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入,A 的转化率为90%。如果A 的摩尔进料流率减少一半,假设C 的进料流率保持不变,那么A 的转化率为多少?(18分) 三、有如下平行反应: 其动力学方程分别为:8 .15.02B A P C C k r =,3.01B A S C C k r =,其中121==k k , (1)当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /1500==,均从反应器入口加入,计算A 的转化率为0.5时的瞬时选择性。(5分) (2)对该平行反应,采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性?(10分) 四、假设某实验室有一非理想化学反应器,请问如何对这个反应器进行分析,如何求该反应器中反应物的转化率?(14分) 五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P A →,催化剂的粒径为 2.4mm ,气流主体中A 的浓度为1mol/m 3,测得单位床层表观反应速率 (-r A )obs =2.77×10-5 mol/(cm 3.s),组分A 在颗粒内有效扩散系数为0.15cm 2/s ,外部传质系数为K G =30cm/s 。请问: (1)外扩散对反应过程是否有影响?可通过什么途径来消除该影响?(5分) (2)内扩散对反应过程是否有影响?可通过什么途径来消除该影响?(10分) 六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据: B A +) (P 主反应) (S 副反应

《化学反应工程》试题及答案

《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一 反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累 积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ,速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000lg +-=T k ,其活化能为 mol 。

9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍,则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍,则该反应的活 化能为(设浓度不变) mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2 SO δ等于 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2 H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中(2 N r -)= 1/3 (2 H r -)= 1/2 3 NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为 C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度 为 C A0(1-x A )n ,转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为 C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度 为 A A x n x )1(11-+-,转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ,反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能,温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ,选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。

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