第四章非理想流动习题
非理想流动模型
xA
1 exp
0
kt c
c
1
0.3347
0.6653
多级串联槽模型
• 物理模型： • 反应器是由若干大小相等的全混流反应器
串联而成。 • 这些全混流反应器之间没有返混，没有反
应。 • 定常态操作。
平推流与全混流的比较
1 (-rA )
平推流
= VR
V0
=cA0
dx xAf
A
0 (-rA )
Nc3
Nc2
Nc0
1
e N
1
N
解得：
c3
c0 1
e N
1
11！N
1 N
2!
2
依此类推：
cN
c0 1 eN
1 11！N
1 N
2!
2
......
N
1
1!
N
N1
cN
c0 1 eN
1 11！N
1 N
2!
2
......
N
1
1!
N
N1
由定义：
cN F
c0
因此：
F
1
e N
1
11！N
1 2!
N
2
......
N
1
1!
N
N
1
由E dF
d
E
Ne N
1
11！N
1 N
2!
2
......
N
1
1!
N
N 1
Ne N
1
11！N
1 2!
N
2
......
N
化学反应工程习题-第四章：非理想流动
27.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数Pe
28.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就
29.轴向分散模型的偏微分方程的初始条件和边界条件取决于采用示踪剂的
、的情况。(输入方式、管内的流动状态、检测位置)
30.轴向分散模型的四种边界条件为、、、_
开一闭式边界、闭一开式边界、开一开式边界)
36.微观流体混合的混合态称为。(非凝集态)
,方差
x2
dx
)
则erf()
Pe
流体的混合态)
则表明混合不均匀。
(1)
37.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)
38.若流体是以若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合，且
在混合时微团之间并不发生物质的交换，微团内部则具有均匀的组成和相同停留时间，
无关。
开一开
(C)
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
55.反应级数n=时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。(C)
A.0B. 0.5C.1D.2
56.当反应级数n时，宏观流体具有比微观流体高的出口转化率。(C)
A.=0B.=1C.>1D.V1
57.当反应级数n时，宏观流体具有比微观流体低的出口转化率。(D)
ti
70.举例说明微观流体和宏观流体的区别？
答；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； 若流体是以
若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合，且在混合时微团之
间并不发生物质的交换， 微团内部具有均匀的组成和相同的停留时间，这种流体称为宏观流
化学反应工程复习题 热力学
第一章 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. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。
（化学反应、工程问题）3. _______是化学反应工程的基础。
（ 三传一反）4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。
（分批式操作、连续式操作、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。
（传质、传热、动量传递）6. 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）7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。
（累积量=输入量-输出量）8.“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 9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。
（A ）A. 能量传递B. 质量传递C. 热量传递D. 动量传递第二章 均相反应动力学1. aA + bB pP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。
（a p ）2.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。
（00K KK K n n n -=χ）3. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。
（)()(βα+RT ） 4. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。
（反应速率）5. 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______________法来求反应级数。
非均理想流动及反应器试题(答案)
非理想流动及反应器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）5.停留时间分布的密度函数E （θ）=_______E （t ）。
（t ）6.表示停留时间分布的分散程度的量=2θσ_______2tσ。
（21t）7.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______、_______。
（脉冲法、阶跃法、周期示踪法、随机输入示踪法）8.平推流管式反应器t t =时，E （t ）=_______。
（∞） 9.平推流管式反应器t t ≠时，E （t ）=_______。
（0） 10.平推流管式反应器t t ≥时，F （t ）=_______。
（1） 11.平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。
（0） 12.平推流管式反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。
（0）13.平推流管式反应器其E （t ）曲线的方差=2t σ_______。
（0）14.全混流反应器t=0时E （t ）=_______。
（tt et -1）15.全混流反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。
（1）16.全混流反应器其E （t ）曲线的方差=2t σ_______。
（2t ）17.偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动，E （θ）曲线的方差2θσ为_______。
（0～1）22.脉冲示踪法测定停留时间分布0C CA对应曲线为_______。
（E （t ）曲线）23.阶跃示踪法测定停留时间分布0C CA对应曲线为_______。
（F(t)曲线）24.非理想流动不一定是由_______造成的。
(4)非理想流动
∫ t= ∫
∞
0 ∞ 0
tf (t )dt f (t )dt
= ∫ tf (t )dt
0
∞
或
t =∫
∞
0
1 dF (t ) t dt = ∫ tdF (t ) 0 dt
∑ tf (t )∆t = ∑ tf (t ) 对离散系统 t = f (t )∆t ∑ ∑ f (t )
特别适用于返混程度不大的系统。
扩散模型的偏微分方程式
∂C ∗ De ∂ 2 C ∗ ∂C ∗ 1 ∂ 2 C ∗ ∂C ∗ =( ) − =( ) − 2 2 ∂θ uL ∂Z ∂Z Pe ∂Z ∂Z
彼克列（Peclet）准数
Pe = uL De
Pe的物理意义是轴向对流流动与轴向扩散流 动的相对大小，其数值愈大轴向返混程度愈 小。
非理想流动
停留时间
在实际工业反应器中，由于物料在反应器内的 流动速度不均匀、或因内部构件的影响造成物 料与主体流动方向相反的逆向流动、或因在反 应器内存在沟流、环流或死区都会导致对理想 流动的偏离，使在反应器出口物料中有些在器 内停留时间很长，而有些则停留了很短的时间， 因而具有不同的反应程度。所以，反应器出口 反应器出口 物料是所有具有不同停留时间物料的混合物。 物料是所有具有不同停留时间物料的混合物。 而反应的实际转化率是这些物料的平均值。
0
∞
停留时间分布的实验测定
应答技术，即用一定的方法将示踪物加入反应器进口， 应答技术 然后在反应器出口物料中检测示踪物的信号，以获得 示踪物在反应器中停留时间分布规律的实验数据。示 踪物的输入方法有阶跃注入法 脉冲注入法 注入法、脉冲注入法 注入法 脉冲注入法及周期输 入法等。 示踪物的基本要求： 示踪物必需与进料具有相同或非常接近的流动性质， 两者应具有尽可能相同的物理性质； 示踪物要具有易于检测的特殊性质，而且这种性质 的检测愈灵敏、愈简捷，实验结果就愈精确； 示踪物不能与反应器物料发生化学反应或被吸附， 否则就无法进行示踪物的物料衡算； 用于多相系统检测的示踪物不发生由一相转移到另 一相的情况。
4第四章非理想流动
3. E(t)和F(t)之间的关系
F(t) tdN tE(t)dt
0N 0
分布函数是密度函 数的可变上限积分
E(t) dF (t) 密度函数是分布函数的一阶导数
dt
t 0 F (0 ) 0 ;
t F ( )0E (t)d t 1 .0
4.1.2 停留时间分布的实验测定
• 停留时间分布通常由实验测定，主要的方法 是应答技术，即用一定的方法将示踪物加到反 应器进口，然后在反应器出口物料中检验示踪 物信号，以获得示踪物在反应器中逗留的时间 分布规律的实验数据。
在反应器入口处
c0 t 0
c0
t
c
t 0 t 0
在切换成含示踪剂的流体后，t-dt～t时间间隔内示
踪剂流出系统量为Qc(t)dt ，这部分示踪剂在系统内的
停留时间必定小于或等于t，任意的dt时间间隔内流入
系统的示踪剂量为Qc(∞)dt ，由F(t)定义可得
F(t)QQcc( t)ddtt cc( t)
提出可能的流动模型，并根据停留时间分布测定的 实验数据来确定所提出的模型中所引入的模型参数； • 3、结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结 果； • 4、通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性。
4.2.1 常见的几种流动模型
一、 理想流动模型
1. 平推流模型
根据平推流的定义，同时进入系统的流体粒子也 同时离开系统，即平推流反应器不改变输入信号的 形状，只将其信号平移一个位置。
0
Z/2
Z
1、平推流模型 基本假设：物料质点沿同一方向以同一流速流动。 基本特征：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。
• 2、全混流模型
化学反应工程第四章答案
4-1 在定态操作反应器的进口物料中脉冲注入示踪物料。
出口处示踪物浓度随时间变化的情况如下。
假设在该过程中物料的密度不发生变化，试求物料的平均停留时间与=100⎰∞=-=-=02222971.8187.625.47)(t dt t E t tσmin 24-2 无量纲方差表达式的推导 （1）推导无量纲方差222/ttσσθ=；（2）推导CSTR 的22tt=σ。
1. τθt=2. ττtet E -=1)(证明： 4-3 设()θF 及()θE 分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对此停留时间。
（1）若该反应器为平推流反应器，试求①F(1); ②E(1);③F(0.8);④E(0.8);⑤F(1.2) （2）若该反应器为全混流反应器，试求①F(1); ②E(1);③F(0.8);④E(0.8);⑤F(1.2) （3）若该反应器为非理想流动反应器，试求 ①F(∞); ②F(0);③E(∞);④E(0);⑤⎰∞0)(θθd E ；⑥⎰∞)(θθθd E解1平推流模型 2 全混流θθ-=e E )( ， θθ--=e F 1)(3非理想流动模型a 多釜串联 θθθN N N e N N E ---=1)!1()(， 0)(C C F N =θ4-4 C(t)t/min4-18图用阶跃法测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系，如图4-18所示。
试求 （1）该反应器的停留时间分布函数)(θF 及分布密度函数)(θE ；（2）数学期望θ 及方差2θσ；（3）若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？ （4）若用轴向扩散模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？（5）若在此反应器内进行1级不可逆反应，反应速率常数1min 1-=k ，且无副反应，试求反应器出口转化率。
解（1）.()()θF c t c t F ==0)(⎪⎩⎪⎨⎧-=12)(t t c 3322〉≤≤≤t t t()⎪⎩⎪⎨⎧-==∴120)(0t c t c t F 3322〉≤≤≤t t t ，()θF t F =)(⎪⎩⎪⎨⎧=∆∆=010)(0t c c t E3322〉≤≤≤t t t ，()t t E E =)(θ（2）.1==-ttθ（3）. 多釜串联模型 (4). 轴向扩散模型 试差 Pe=0.001 (5).4-5. 为了测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，采用脉冲输入法，反应（1）反应物料在该反应器中的平均停留时间t 及方差2θσ（2）停留时间小于4.0min 的物料所占的分率。
反应工程复习题
第一章绪论．1 ．化学反应工程是一门研究＿_ _ _ _ ＿的科学。
2 ．化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以＿_ ＿作为研究对象，又以_ _ _ ＿为研究对象的学科体系。
3 . _ _ ＿是化学反应工程的基础。
4 ．化学反应困呈按操作方法分为＿_ ＿、＿_ ＿、＿_ ＿操作。
5 ．化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指 、 、 。
6 ．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 。
第二章均相反应动力学一、填空1 ．均相反应是指 。
5 ．活化能的大小直接反映了 对温度的敏感程度。
P （主）6 ．平行反应A S （副）均为一级不可逆反应，若E E >副主，选择性P S 与 无关，仅是 的函数。
8 . 一级连串反应 12K K A P S −−→−−→在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度max p C =＿＿＿apv t =＿＿＿＿9 . 一级连串反应 12K K A P S −−→−−→在平推流反应器中，则目的产物P 的最大浓度max p C =＿＿＿apv t =＿＿＿＿二、选择题1 ．化学反应222222NO H N H O +⇔+，其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质＿。
A.NOB.H2C.N2D.H2O2 .对于一非恒容均相化学反应B A B A αα↔，反应组分A 的化学反应速率A r -=＿。
A ．Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r A A =- C. dt dC r A A =- D.dt dC rB A =-3 ．对于反应aA + bB 一pP ＋sS ，则P r ＿＿＿＿()A r - A.a p B.a p C. p a D. p a4 ．气相反应43A B R S +→+进料时无惰性气体，A 与B 以3：1的摩尔比进，则膨胀因子 A δ= ＿＿＿＿A.1/4B.2/3C.-1/4D.-2/35 . 气相反应2423CO H CH H O ++ƒ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.-2B.-1C.1D.27 . 反应4102422C H C H H →+，12.0k s -=，则反应级数n=＿＿＿＿。
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第四章非理想流动习题
1．脉冲示踪法测得如下数据：
求E 函数和F 函数
2．有一个反应器测得其离散准数τ
0.2D
uL
=。
对此反应进行示踪实验时符合闭式容器条件。
今在同样条件下用多釜串联模型描述其模型参数N 为多少？
3．有一个长12m 的管子，其中左端1m ，装有2mm 的固体颗粒，中间9m ，装有1cm 的固体颗粒，右端2m ，填有4mm 的固体颗粒。
假设空隙率相同
2D
udp
=，流体通过的时间为2min ，试估计出口方差：【提示：1()D udp =2()D udp =3()2D udp =， ()D uLi =()D
udpi ()dpi Li
，22t ti σσ=∑（有加合性）
】
求：（1）平均停留时间和方差；
（2）若在该反应器中进行一级不可逆反应A R →，速率常数0.045k =min -1 求A 的平均转化率？
求：（1）平均停留时间和无因次方差； （2）若用于一级反应，且该反应在单个全混釜中相同的τ下限定组分A 的转化率为0.82，在此真实反应器中转化率为多少？
（3）若进料量为20L/s,该容器的体积多大？
请预测一下相当于几个全混釜的串联效果。