反应工程复习题集
一、选择题
1.当固定床反应器中的催化剂颗粒为球形时,则颗粒的形状φ为(A )
A. 1
B. <1
C. >1 D . 0.5
2.已知某基元反应 A C +D, 其反应级数为(A )
A. 一级
B. 二级
C. 三级
D. 不确定
3.下列哪个不是反应程度的特点: ( B )
A 总为正值
B 各反应组分的反应程度相同
C 与方程式的写法无关
D 是个累积量
4.返混的定义是(B )
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 不同反应器粒子的混合
5.化学反应2NO+2H N2+2H2O,其中化学计量系数为+2的是( A )
A. H2O
B. N2
C. NO
D. H2
6. 控制步骤意为(C )
A 各步骤中进行最快的
B 最先达到平衡的
C 各步骤中进行最慢的
D 不可逆的
7.充分返混的反应器有( C )
A.间歇反应器
B.平推流反应器
C.全混流反应器
D.非理想反应器
8.制备催化剂时加入很少量就可以减少活性的物质称为 ( D )
A.活性组分
B.载体
C.助剂
D.抑制剂
9.“三传一反”中的“一反”是指 ( A )
A. 化学反应
B.质量传递 C . 动力传递 D. 热量传递
10.化学膨胀因子A δ可定义为 ( C )
A. i A v ν
∑ B. A i v ν-∑ C. i A v ν
-∑ D . i A v ν- 11.固体催化剂的核心组成是 ( D )
A. 抑制剂
B.载体
C. 助剂
D. 活性组分
12. 对于反应体系增大的系统,化学膨胀率A ε为 ( C )
A. <0
B. 1
C. >0
D. 0
13.全混流模型的最大特点是 ( A )
A. 物料完全混合
B. 物料在轴向无扩散与混合
C. 停留时间均匀
D. 是一种非理想模型
14.在平推流反应器中,因返混程度达到最小,则其散度2t σ 为 ( B )
A.1
B. 0
C.201t σ<<
D. 无穷大
15.当固定床反应器中的催化剂颗粒为球形时,则颗粒的形状 φ为
( D )
A. 0.5
B. <1
C. >1 D . 1
16.反应器的有效容积与进料流体的体积流量之比为 ( A )
A. 空时τ
B. 反应时间t
C. 停留时间t
D. 平均停留时间t
17.某反应速率表达式为r=kc A c B0.5,则该反应级数为( C )
A.0级
B.1级 D.2级
18.化学计量数对反应物为,产物为 . ( C )
A.正,负
B. 正,正
C.负,正
D.负,负
19.当吸附达平衡时,表观速率(总反应速率)r为( A )
A.0
B.1
C.2
D.∞
20.返混程度最小的的反应器是( B )
A.间歇反应器
B.平推流反应器
C.全混流反应器
D.非理想反应器
21. 可逆反应速率总是随转化率升高而( A )
A.降低
B.升高
C.不变
D.不确定
22. .对平推流反应器,即完全不返混时,散度即方差为( A )
A.0
B.1
C.2
D.∞
二、填空
1.均相反应的速率是温度和浓度的函数.
2.气体在固体表面上的物理吸附是靠得华力结合
3.对平行反应来说,当主反应的活化能E1大于副反应的活化能E2时, 提高温度将有利于提高目的产物收率,反之E1 4. 一个好的催化剂应具有活性好, 选择率高, 寿命长,. 5. 具有良好搅拌装置的釜式反应器按___全混流__ 反应器处理,长径比比较大的 管式反应器按平推流反应器处理(平推流或全混流). 6. 固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V的球粒子直径,表达式 V d=___ dv=(6Vp/π)1/3___。 7.气固非均相催化反应的控制步骤意为各步骤中速率最慢的一步。 8.关键组分A的转化率可定义为x A= (N AO-N A)/ N AO。 9.在全混流反应器中,因反应物浓度很低且为常数,则反应速率也为 常数。 10.停留时间分布函数E(t)具有归一性,则 () E t dt ∞ = ? 1 。 11.一般来说,空速越大,表明反应器的生产能力越大。 12.实际生产中将多个反应器串联联操作其作目的是提高转化率。13.已知A B R +→,反应在恒温恒压下进行,物料初始浓度为CA0=3mol/l;CB0=4mol/l;CR0=1mol/l;CS0=1mol/l(S为氮气),则AO y=1/3 。 14. 生成主产物的反应称为___主产物_ ,其它的均为副反应。 15. 化工生产的三个部分包括原料预处理,化学反应, 产品的分离提纯,其中化学反应是整个生产过程的核心. 16.一般来说,空时越大,表明反应器的生产强度越小。 17.实际生产中将多个反应器并联操作,其目的是提高处理能力。 三、名词解释 1. 连串反应:前一反应的产物为后以反应的反应物,这样的反应成为连串反应 2. 扩散:气体反应物以扩散的方式通过微孔进入催化剂颗粒部的过程 3. 返混:同停留时间物料之间的混合 4. 空时:反应器有效容积和进料体积流量间的比值 5. 催化剂 是一种能够加速反应速率,而不改变化学平衡的物质 6. 停留时间 物料从进入反应器到离开反应器所用的时间 7. 收率 y =生成目的产物消耗的关键组分的摩尔数关键组分进入系统的摩尔数 8.均相反应 参与反应的各化学组分处于同一相进行化学反应 9.复合反应 用两个或两个以上的化学反应方程式和动力学方程式表示的反应 10.选择率 φ=生成目的产物消耗的关键组分A 的量/反应过程中关键组分A 的总消耗量 11.比表面积单位质量固体催化剂的全部表面积 四、简单 1.简述什么是质量作用定律?并写出该基元反应1 2K K A B D R ??→++←??,关键组分A 的消耗速率方程(-r A )和产物D 、R 的生成速率方程(r D ,r R )的表达式? 答: 基元反应中的速率与各反应物浓度的乘积成正比,其中某反应物浓度的 方次为化学反应式中该组分的系数。 122121A A B D R D D R A B R D R A B r K C C K C C r K C C K C C r K C C K C C -=-=-=- 2. 简述气-液相反应过程的步骤并画出示意图 1)气相反应物从气相主体通过气膜传至气液相界面,并且在界面上达到气液相平衡, (2)反应组分从气液相界面穿过液膜进入液相主体,并同时发生反应,(3)液相产物向液相主体扩散,气相产物向气液界面扩散穿过气膜进入气相主体。 3 简述气液反应过程的步骤? 1)气相反应物A从气相主体通过气膜传至气流相界面,并在界面上达到气液相平衡; (2)反应组分A从气液相界面穿过液膜进入液相主体,并同时进行反应;(3)液相产物向液相主体扩散,气相产物则向气液界面扩散穿过气膜进行气相主体 4 .气固相催化反应的步骤 答:多相催化反应反应过程的步骤: (1)反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递; (2)反应组分从外表面向催化剂表面传递; (3)反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附; (4)在催化剂表面上进行化学反应; (5)反应产物在催化剂表面上吸附 (6)反应产物从催化剂表面向外表面传递 (7)反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递 5. 简述双膜理论 在气、液两相中沿相界面两侧存在一个气膜一个液膜。气、液两相中的传质阻力全部集中在两侧膜。 五、计算题 1. 考虑反应A 3P ,其动力学方程式为1A A A dn n r k V dt V -=- =,试推导在恒容下以总压P 表示的动力学方程式? 解 1A A A A A dn n r k V dt V dC kC dt -=-==-= 3A P → t=0 Cao 0 Cao t=t ‘ Ca 3(Cao-Ca ) 3Cao-2Ca P0=CaoRT P=(3Cao-2Ca)RT 推出202P P Ca RT -=,带可得 00 03()322(3)A A dC kC dt P P d P P RT k dt RT dP k P P dt -=---==- 2. 反应A+B R+S,己知V R =1L,物料进料速率V 0=0.5L/min, C A0=C B0=0.05mol/L,动力学方程式为(-r A )=kc A c B ,其中k=100L/(mol.min).求: (1).反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少? (2).欲用全混流反应器得到相同的出口转化率,反应器体积应多大? (3).若全混流反应器体积V R =1L,可达到的转化率为多少? ①τ = V/υ 00xA A A A dx C r τ=-? 02200(1) xA A A A A dx V C kC x υ=-? 10.5(1)1000.05(1)A A AO A A x x kC x x ==-?- x A =90.9% ② τ = V/υ τ = C AO ×X A /-r A = ((C AO ×X A )÷ [k ×C AO 2×(1- X A )2] = 22 min V=υ×τ = 11 L ③ 02 0.0510.51000.05(1)73% AO A A B A A A C x V v kC C x x x τ= =?=??-= 3、乙烯氧化生成环氧乙烷为银催化剂上的气固相催化反应,进入反应器的气体组成(摩尔比):C 2H 4: 15%, O 2 :7%,CO 2 :10%,其余为Ar 、N 2;出反应器气体中现已知:C 2H 4 :13.1%,O 2 :4.8%。试计算乙烯的转化率、环氧乙烷的选择性及收率。( 24224242220.5322C H O C H O C H O CO H O +→+→+) 解 以100mol 进料为基准,以α、β表示环氧乙烷及二氧化碳的生成量, 进行物料衡算,结合出口条件可知: 15/20.131100/27/2 1.50.048100/2 αβααβα--=---=- 则可求得α=1.504mol ,β=0.989mol 乙烯反应量:1.504+0.989/2=1.9985mol 转化率:1.9985/15=0.1333 收率:1.504/15=0.1003 选择率:1.504/1.9985=0.7526 4. 某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70℃用间歇反应器以H 2SO 4作催化剂进行缩聚反应而生产的,实验测得反应动力学方程为: (-r A )=kc A 2 k=1.97X10-3m 3/kmol.min C A0=4kmol/m 3 若每天处理2400kg 己二酸,每批操作辅助生产时间为1h,反应器装填系数为0.75,求: (1).转化率为0.8,0.9时,所需反应时间为多少? (2).求转化率为0.8时所需反应器体积为多少?并进行圆整? (已知己二酸的分子量M =146) 解 (1)00xA A A A dx t C r =-? 2001(1)A x A A A dx t C k x =-? 01()1A A A x t kC x =- 0.8A x =?4时 t=3.0410(s)=8.46h 0.9A x =?4时 t=6.8510(s)=19.02h (2)0100/1460.685(/)A F kmol h == 3000/0.685/40.171(/)A A v F C m h === '8.4619.46()t t t t h =+=+= 300.1719.46 1.62t V v t m ==?= 3/ 1.62/0.75 2.16R V V m ?=== 圆整至2.5m 3 2017.1反应工程 一、填空题 1、已知初始摩尔率(yA0),写出膨胀因子A δ和膨胀率A ε的关系_____。 2、气液快速反应发生在_____膜上,写出一例气液反应器__________。 3、可逆放热反应速度随温度升高_________________。 4、对于平行反应: S B A P B A k ?→?+?→?+21k 第一个反应为主反应,由动力学方程,有 221121r r b B a A s b B a A p C C k C C k ?=?=,a1<a2,b1>b2时,可通过____反应物A 的浓度、_____反应物B 的浓度提高主反应选择性。 5、对全混流反应器,最终选择性S 与瞬时选择性S(t)的关系为________。 6、D a准数的物理意义是__________________________________。 7、某不可逆气固相催化反应本征活化能为150kj/mol,反应受内扩散控制,表观活化能约为______。 8、CS TR 中发生不可逆放热反应,若存在多个定态点,定态点稳定的必要条件是______________。 9、流化床反应器鼓泡床模型中,气固催化反应主要发生在_____中。 10、固定床反应器忽略轴向扩散影响的条件为________;忽略器壁效应影响的条件是__________。 11、内扩散影响严重时,Thiel e模数>ψ______。 二、判断题 1、活化能越高,反应速率系数对温度的变化越敏感 2、脉冲示踪法测定反应器的停留时间分布时可直接得E(t )函数 3、努森扩散系数与系统压力成正比 4、绝热固定床反应器内,可逆放热反应一定存在热点 5、对于自催化反应,当转化率远大于最大速率点对应转化率时,全混流反应器优于活塞流反应器 6、反应级数高且要求转化率高时,宜采用全混流反应器 7、内扩散因子1>η 8、对一个气固反应,高温时无内扩散,低温时也无内扩散 9、对平行反应,主反应级数高时内扩散影响使选择性下降 10、对气固催化反应:催化剂活性提高有利于消除内扩散影响 三、简答题 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 Company number:【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】 化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应CO + 3H 2CH 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. 1 22)(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 --00 B. 00A P P n n n - C. 00 S S P P n n n n -- D. 00 R 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 。 A. B. C. D. 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ,s l mol C r A A ?=-/01.0,当 l mol C A /10=时,求反应至l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 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=opt τ_____D__。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2112)/ln(K K K K D. 211K K 10、分批式操作的完全混合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 11、全混流反应器中有___B__个稳定的定常态操作点。 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。 →+,则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 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。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体,CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料,则膨胀因子CO 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 C___A____。 的最大浓度= max ,P 化学反应过程 简答填空名词解释 1.任何化工生产,从原料到产品都可以概括为原料预处理,化学反应过程和产物的后处理三个 组成部分,而化学反应过程是整个化工生产的核心。 2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是:1,由物料的不均匀混合和停留时间 不同引起的传质过程;2,由化学反应的热效应产生的传热过程;3,多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。 3.化学反应和反应器的分类:1.按反应系统设计的相态分类分为:○1均相反应,包括气相均相 反应和液相均相反应;○2非均相反应,包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。 2.按操作方式分类分为:间歇操作,连续操作和半连续操作。 3.按反应器型式来分类分为: 管式反应器,槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为:等温反应器,绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。 4.反应速率:单位反应体系内反应程度随时间的变化率。 5.反应动力学方程:定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 6.半衰期:反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。 7.建立动力学方程的方法有:积分法、微分法、最小方差分析法。 8.反应器开发的三个任务:○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型式;○2结合动力 学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件;○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算,确定反应器的几何尺寸并进行评价。 9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热量衡算方程式。 10.停留时间分布:在反应器中,由于流动状况不同,物料微元体在反应器中的停留时间可能是 各不相同的,存在一个分布,称为停留时间分布 11.平均停留时间:各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均时间称为平均停留时间。 12.充分混合:指反应器内的物料在机械搅拌的作用下参数各处均一。 13.间歇反应器特性:○1由于剧烈搅拌、混合,反应器内有效空间中各未知的物料温度、浓度都 相同;○2由于一次加料,一次出料,反应过程中没有加料、出料,所有物理在反应器中停留时间相同,无返混现象;○3出料组成与反应器内物理的最终组成相同;○4为间歇操作,有辅助生产时间。 14.平推流反应器:指通过反应器的物料沿着同意方向以相同速度向前流动,像活塞一样在反应 器中向前平推。 15.理想置换反应器的特性:○1物料无返混,所有物料通过反应器时间相同。○2在垂直于流动方 向上的同一截面,不同径向未知的流体特性是一致的。○3在定常态下操作,反应器内的状态只随轴向位置改变,不随时间改变。 16.全混流反应器特性:○1物料在反应器内充分返混;○2反应器内各处物料参数均一;○3反应器 的出口组成与内物料组成相同;○4反应过程中连续进料与出料,是一定常态过程。 17.循环反应器的基本假设:反应器内为理想活塞流动;管线内不发生化学反应;整个体系处于 定常态操作。 18.PFR和CSTR的选择:转化率低的自催化反应,CSTR优于PFR;转化率高的PFR较适宜。 19.可逆反应速率总是随转化率升高而降低。可逆吸热反应速率总是随温度升高而加快,而可逆 放热反应按最佳温度曲线操作时速率最大。 20.平行反应:反应物能同时进行两个或两个以上的反应。称之为平行反映 21.连串反应:指反应产物能进一步反应成其他副产物的过程。 22.连串反应中,为了提高目的产物的收率,应尽可能使k1/k2比值增加,使c A度增加,c P浓度 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 。 . 化学反应工程试卷及答案 一、填空题(共25分,每空1分) 1.化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系, 即 ,而且着重研究传递过程对 的影响,研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。 2.反应器按型式来分类可以分为管式反应器、 和 。 3.对于反应D C B A 432+=+,反应物A 的消耗速率表达式为 ;反应产物C 的生成速率表达式为: 。 4.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、 和 。 5.间歇釜反应器中进行如下反应: P A → (1) 1 1n A A C k r = 1E S A → (2) 22n A A C k r = 2E 在Ao C 和反应时间保持不变下,降低反应温度,釜液中S p C C /增大,表明活化能1E 与2E 的相对大小为 ;在温度和反应时间保持不变下,增高反应浓度,釜液中S p C C /增大,表明反应级数1n 、2n 的相对大小为 。 6.单位时间内由颗粒外表面传递至气相主体的热量可由牛顿冷却定律表达,其表数学表达式为 。 7.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。 8.对催化剂性能影响最大的物理性质主要是 、 和孔体积分布。 9.复合反应包括三个基本反应类型,即并列反应、平行反应和_____________。 10.在停留时间相同的物料之间的均匀化过程,称之为 。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程,称之为 。 11.对于反应级数0 反应工程期末考试试题集团文件发布号:(9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 化学反应过程 简答填空名词解释 1.任何化工生产,从原料到产品都可以概括为原料预处理,化学反应过程和产物 的后处理三个组成部分,而化学反应过程是整个化工生产的核心。 2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是:1,由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程;2,由化学反应的热效应产生的传热过程; 3,多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。 3.化学反应和反应器的分类:1.按反应系统设计的相态分类分为:○1均相反应, 包括气相均相反应和液相均相反应;○2非均相反应,包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。2.按操作方式分类分为:间歇操作,连续操作和半连续操作。3.按反应器型式来分类分为:管式反应器,槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为:等温反应器,绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。 4.反应速率:单位反应体系内反应程度随时间的变化率。 5.反应动力学方程:定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 6.半衰期:反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。 7.建立动力学方程的方法有:积分法、微分法、最小方差分析法。 8.反应器开发的三个任务:○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型 式;○2结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件;○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算,确定反应器的几何尺寸并进行评价。 9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热 量衡算方程式。 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。 高等反应工程试题,2011.10 计算题 1.某一级不可逆气-固催化反应,其反应速率为()() 3 6 ./10-cm s mol kc r A A -== 当℃400,0133/103 MPa L mol c A -=时,若要求催化剂扩散对总速率基本上不发生影响,问 催化剂历经如改变。已知D e =10-3cm 2/s 。 解:()113 2 6 1010 1010------=?==s kc r A A 若要求催化剂扩散对总速率基本上不发生影响,即 ,11,95.0>e P D k R φη即mm cm R P 11.010 10 13 ==<-- 2.用直径为6mm 的球形催化剂进行一级不可逆反应A →P+R 。气相主体中A 的摩尔分率为 y A =0.5,操作压力p=0.10133MPa ,反应温度T=500℃。已知单位体积床层的反应速率常数为0.333s -1,床层空隙率为0.5,组分A 在颗粒有效扩散系数为0.00296cm 2/s ,外扩散传质系数为40m/h ,试计算: 1)催化剂部效率因子为多少?扩散影响是否重? 2)催化剂外表面浓度为多少?外扩散影响是否重? 3)计算表观反应速率。 解:1) ()52.011 35 .45.0100296.0333 .03.0)1(=??? ? ??-==-=-=φφφηεφth D k R e P 显然扩散影响重。 2)表观反应速率为 () ()()3 3 323/00765.003.1/00788.0773082.05.010133.00312.05003600 40333 .052.0/50010 65.016/16)m kmol c c m kmol RT py c a k k c c c m m d a kc c c a k R Ab As A Ab g As As Ab p As As Ab g ===??===??==-=?-= -==-=-ηεη床层 显然,外扩散影响不重。 3)外扩散影响是否重 ())/(00128.0)00765.000788.0(5003600 40 3s m kmol c c a k R As Ab g =-?= -= 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 《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? 《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) 。 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? 一、选择 1.反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应,当降低A 的浓度后,发现反应生成P 的量显著降低,而R 的生成量略降低,表明(A .反应(1)对A 的反应级数大于反应) 2.四只相同体积的全混釜串联操作,其无因次停留时间分布的方差值2θσ为(B.0.25) 3.两个等体积的全混流反应器进行串联操作,反应为一级不可逆,则第一釜的反应速率-r A1与第二釜的反应速率-r A2之间的关系为(A .-r A1 > -r A2)。两釜反应温度相同。 4.固体催化剂之所以能起催化作用,是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生(B .化学反应)。 5.包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为(B .颗粒密度) 6.在气固催化反应动力学研究中,内循环式无梯度反应器是一种(C. 全混流反应器)。 7.某液相反应,其反应式可写成A+C R+C 这种反应称为(B .自催化反应) 8.高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜,对于其中的气相和液相的流动常可近似看成(B .气、液均为全混流) 二、填空题 1.一不可逆反应,当反应温度从25℃升高到35℃时,反应速率增加一倍,则该反应的活化能为 52894 J /mol 。 解:mol J E E T T R E k k /528942ln )308 12981(314.82ln )11(ln 2 112=∴=-==-=, 2.从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差 98.02=θσ,反应器可视为 全混流反应器,又若求得无因次方差02.02=θσ,则反应器可视为活塞流反应器。 3.有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作,反应为二级不可逆反应A →P ,若大釜在先,小釜在后,出口转化率为x A1,小釜在先、大釜在后,则出口转化率为x A2,两种情况下,进料流速、进料浓度和反应温度均相同,比较x A1和x A2的相对大小为x A1 《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。 二、填空题(每题5分,共30分) 1.一不可逆反应,当反应温度从25℃升高到35℃时,反应速率增加一倍,则该 反应的活化能为 52894 J /mol 。 解:mol J E E T T R E k k /528942ln )308 12981(314.82ln )11(ln 2 112=∴=-==-=, 2.一气固催化反应R B A →+,若本征反应速率方程为: 则该反应可能的反应机理为 σR R σσR σB σA σB σ σB A σ σA S k +?+?→?+?+?+) 此步为速率控制步骤 ( 222 3.间歇釜反应器中进行如下反应: P A → (1) -r A1=k 1C A a1 S A → (2) -r A2=k 2C A a2 在C A0和反应时间保持不变下,降低反应温度,釜液中C P /C S 增大,表明活化能E1与E2的相对大小为 E1大连理工大学反应工程试题
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