化学反应工程期末复习题概论课件

三．证明题
1.对于一个反应过程，
AR 设想其机理步骤为：各步的速率方程为： A的吸附 A σ Aσ rA k A p A θ V k ' A θ A 表面反应 Aσ Rσ rS kSθ A k 'S θ R R的脱附 Rσ R σ rR k R θ R k ' R p R θ V 并且： A R V 1 当表面反应过程为控制 步骤, 试证明该过程的本征动 力学方程为:
KR K A PA PR Ks r rs k s 1 K A PA K R PR
其中，KA、KR分别是组分A和R的吸附平衡常 数，Ks是反应平衡常数，PA、PR分别是组分A 和R的平衡分压。
对于一个可逆反应过程， ， 如果存在两种活性中心σ1、σ2，分别仅吸附A和B， 反应， k1 k2 目的产物为P，设开始时各组
P
S
分的浓度CA0，CP0=CS0=0，试证明当反应时间 为 k2
ln t opt k2 k1 k1
k2 1 k2 k1
时，P浓度最大；且
P61-62
k C P max C A0 ( ) k2
4.自催化反应 (1)、（2）均为基元反应，
7．在一直径为2m，静床高为0.2m的流化床中，以 操作气速u=0.3m· s-1的空气进行流态化操作，已知 数据如下： dp=80×10-6 m，ρP=2200 kg· m-3，ρ=2 kg· m-3， μ=1.90×10-2mPa· s，εmf=0.5 求床层的浓相段高度Lf 。 已知：当2<Re<500时， 逸出速度u 当1<Re<200时，
其中，k为反应速率常数，KA、KB、KC、PA、PB、 PC分别为组分A、B、C的吸附平衡常数和平衡分 压，要求写出具体的推导过程。
四、计算题 1.用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：
反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，以少量硫 酸为催化剂，反应在100℃下进行。以A为考察组 分的动力学方程式为：(-rA)=kCA2，已知 k=17.4L· kmoL-1· min-1,物料密度为750kg· m-3，且反 应前后不变，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离 损失），A的转化率为50％时，
12.动力学方程表现的是化学反应速率与反 应物温度、浓度之间的关系。而建立动力学 方程常采用两种方法，分别是积分法和微分 法。 13.在循环反应器中，当循环比β为0时，还 原为平推流反应器；当循环比β→∞时，变 为全混流反应器；当0<β<∞时，反应器属 于非理想流动反应器。
14.影响固定床空隙率的因素有颗粒体积和 床层体积。 15. 复合反应的瞬时选择性是指在反应过程 中某一瞬时生成目的产物消耗A的速率与在 反应过程中同一瞬时A的消耗速率的比值。 16．对比时间是指停留时间与空间时间的 比值。 17. ．化学增强因子β的定义是，化学吸收 时无化学反应条件下液膜厚度δL与有化学反 应条件下液膜厚度δL' 的比值。
t
6. 设E(θ)、F(θ)分别为某流动反应器的停留时间分布
密度函数和停留时间分布函数，θ为对比时间。若反应 器为PFR，则 F(1)=1， E(1)=∞， F(0.5)=0， E(0.8)= 0。 7．气固相催化反应的7个步骤、3个过程，其中三个过 程分别是_外扩散、_内扩散和化学动力学_过程。 8．固体催化剂由三部分组成，活性组分、助剂和载体。
24拟均相是指流动相和固定相结合，视为同一相 ，对于固定床反应器，一般有拟均相模型和非均相模 型两种，其中拟均相模型通常又分为三种，分别是 一维拟均相平推流模型一维拟均相带有轴向返混的模 型和二维拟均相模型。 25 对于气液反应，根据双膜模型，慢反应主要在 _____进行，快速反应主要在_____进行，中速 反应主要在_____进行。
通常对活性组分的要求是具有_高的催化活性、选择性
和抗毒性。
9．若Wi是直径为di的粒子所占的质量分数，则
1 dm 混合粒子的平均粒径________ 。 wi di
床两种常见的不正常操作情况。
10．在流态化操作中，勾流和节涌是聚式流化 11按传热条件分类，反应器可分为等温_反应器、 绝热反应器和非等温非绝热反应器。
kR K A K B pA pB k 'R K R KS pR pS r 1 KA pA KR pR 1 KB pB KS pS
其中:kR、kR'分别表示正、逆反应速率常数，KA、 KB、KR、KS分别表示组分A、B、R、S的吸附 平衡常数，PA、PB、PR、PS分别表示组分A、B、 R、S的平衡分压，要求写出具体的推导过程。
试计算： (1)当每批操作的辅助时间为30min， 间歇反应器的有效容积； (2)活塞流反应器的有效容积； (3)全混流反应器的有效容积； (4)两釜全混流串联反应器，使第一釜中 A的转化率为32.3%，第二釜50%， 反应器的总的有效容积。
2．A进行平行分解反应，其速率式为 ↗R rR=1 kmol· m-3min-1 A →S rS=2cA kmol· m-3min-1 ↘T rT=cA kmol· m-3min-1
6．何谓催化剂的活性中心？在进行催化反应 时，为什么催化剂具有高度选择性、易中毒？ 7.简述双膜理论 8.用模型法解决化学反应工程的步骤是什么? 9.催化剂的性能主要包括哪些?对催化剂性能影 响最大的物理性质主要有哪些? 10.什么是平均选择性？什么是瞬时选择性？分 别写出对于PFR和CSTR两类反应器平均选择 性与瞬时选择性的关系式。
k1 pP 26.对于反应 a1A b1B k2 a2 A b2 B sS
(目的产物) （付产物）
已知：a1>a2 , b1<b2 ,要使目的产物的产率尽可能高， 若在间歇反应器中反应，应采用__________加
料方式；若在多釜串联全混流反应器中反应，应采
用__________加料方式。 27.对于气液相反应中的漫反应，化学增强因子 β=1，当八田准数γ>2时，β
4．P69第15题
5.均相气相反应A→2R，其动力学方 程为-rA=kcA，该过程在185℃，500kPa 下在一平推流反应器中进行，其中 k=10-2s-1，进料量FA0=30kmol/h，原料 含50％惰性气体，为使反应器出口转 化率达80％，该反应器体积应为多大?
6. 平行液相反应 A→P rP=1 A→R rR=2cA A→S rS=cA2 已知cA0=2kmol· m-3，cAf=0.2kmol· m-3，求下列 反应器中，cP最大为多少? (1) 平推流反应 器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的 全混流反应器串联，cA1=1 kmol· m-3。
18.N个平推流反应器串联操作，其总体积VR比一个 具有体积为VR的单个平推流反应器所能获得的转化 率____(大、小、相同）。 19.对恒容、定常态流动的N个全混釜串联操作系统， 其总体积与单个全混釜体积均为VR，达到相同转化 率时前者所需的空间时间比后者___(大、小、相 同）。 20.对平推流或间歇反应器，平均选择性与瞬时选择 性的关系式为__________；对全混流反应器， 平均选择性与瞬时选择性的关系式为____。
RA以催化剂体积计
U0、CA0 分别为组分A进入反应器时的流速、浓度， xA为组分A流过反应器的长度为l时，组分A的转化率。 εB：床层空隙率。
6.有一气固相催化反应，试根据所给反应式和动 力学方程，推断反应机理和控制步骤，反应式： A + B = C； 动力学方程：
kK A K B PA PB r (1 K B PB K C PC )(1 K A PA )
∞
28.反应物A的水溶液在等温CSTR中进行二级反 应，出口转化率为0.4，现改在等体积PFR中进 行，则出口转化率为 。 29.等温下进行一级不可逆反应，为达到xA的转化 率，采用单个CSTR的体积与PFR的体积之比 为 ，进行二级不可逆反应，两者体积 之比为 。 30.可逆放热反应在不同转化率下的最佳温度不同， 一般而言，转化率越高，最佳温度 越 。 31.在气固相催化流化床反应器中，稀相段的作用 是保证流化床内因因气泡破裂而挟带的固体颗 粒重新回来浓相段 。
二．简答题
1.转化率、选择性、产率的定义各是什么？三 者的关系如何？ 2．何谓气固相催化本征动力学？ 3．兰格缪尔吸附模型、焦姆金吸附模型以及 弗鲁德里希吸附模型的主要区别是什么？分别 写出各种模型活化能与覆盖率的关系式。 4.PFR和CSTR反应器进行物料料衡算时,为什么 前者取体积微元考察,后者用整个反应器容积 考察，分别写出两者的基本设计方程式。 5. CSTR中进行一级不可逆均相放热反应，请 作图分析给出全混釜的稳定和不稳定操作点， 并指出全混釜的热稳定性的必要条件。
其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmol· m-3。 试问在下述反应器进行等温操作时，预计最 大的cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流 反应器。
低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流 反应器，可在极低的浓度下操作
注：全混流反应器的平均选择性等于其瞬时先择性
3．用纯水吸收CO、O2等气体中少量的 NH3，已知在操作温度(10℃)下NH3的亨利系 数HA=1.01kPa· L· mol-1；CO2，O2亨利系数 HA=1.01×105 kPa· L· mol-1。试求 假定NH3，CO，O2在水中即液相中传质系数相 等，且kAG=4.05×10-3 mol· cm· kPa-1L-1s-1； kAL=0.01cm· s-1。 试求： （1）气膜和液膜阻力各为多少？ （2）应采用哪种形式的速率式？ （3）采用化学吸收是否都可用？为什么？
化学反应工程期末复习题
1.空间时间τ的定义是在进口条件下处理一个 反应器体积的流体所需要的时间，空间速度SV 的定义是在单位时间内投入单位有效反应器容 积内的物料体积,二者之间的关系是互为倒数。 2停留时间不同的物料之间的均匀化过程称为 返混，按返混情况不同反应器被分为四种类型， 分别是完全不返混型反应器、充分返混型反应 器、部分返混型反应器和非理想流反应器。 3.对于反应2A+B = 3P+S，膨胀因子 1 1 。 δA= ，膨胀率εA=