化学反应工程例题

福建农林大学考试试卷 （ A ）卷
2012 ——2013 学年第 2 学期
课程名称： 化学反应工程 考试时间 120 min
化工 专业 2010 年级 班 学号 姓名
一、填空题每空1分，共20分）
2、化学反应速率式为β
αB 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 = 。

3、平行反应
A
P(主)
S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与 无关，仅
是 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 反应器为宜。

5、对于恒容的平推流管式反应器 一致。

9、对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_ _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 。

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 模型来计算。

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_ _。

17、一级连串反应A
S P
在平推流反应器中，则目的产物P 的最大浓度
=
m a x ,P C _______、
=
opt t ______。

、）
19、一级连串反应A
S P
在间歇式全混流反应器中，则目的产物P 的最大浓度
=
max ,P C _______、
=
opt t ______。

、）
21、理想反应器是指 。

24、平推流反应器的返混为____ ___。

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
_；一是按非稳态扩散处理模型，如_ _和_ _。

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_ _。

33、活化能的大小直接反映了_ _对温度的敏感程度。

35、固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积V p的球粒子直径，表达式d v=__
_。

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。

3．间歇釜反应器中进行如下反应：
P
A→(1) －r
A1
＝k1C A a1
S
A→(2) －r
A2
=k2C 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；在温度和反应时间保持不变下，增高反应
浓度，釜液中C P/C S增大，表明反应级数al、a2的相对大小为。

4．从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差
98
.0
2=
θ
σ
,反应器可视
为 ,
又若求得无因次方差
02
.0
2=
θ
σ
,则反应器可视为。

5．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。

4.对于气—固系统的流化床反应器，只有细颗粒床，才有明显的膨胀，待气速达到_______后才出现气泡；而对粗颗粒系统，则一旦气速超过起始流化速度后，就出现气泡，这些通称为_______。

8.气—液—固体系的浆态反应器可以通过_______的作用，也可以仅仅借助_______作用使催化剂的固体细粒很好的分散于液体中并形成淤浆状，这两种类型的浆态反应器在工业上均有采用。

二、选择题（每小题1分，共25分）
试题第1页（共3页）
三、简答题（每小题4分，共16分）
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）
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 ）→ cC （g ）
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、简述双膜理论？
四、计算题（每小题 13 分，共39分）
（摩尔比）：C 2H 4：15%, O 2 ：7%, CO 2 ：10%, H 2O ：0%, C 2H 4O ：0%，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。

假设H 2O 及C 2H 4O 为关键组分
24224242220.5322C H O C H O C H O CO H O
+→+→+
2、在一反应体积为3m 3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应：
h C h C A A ⋅=−→−⋅=−→−+32Q 3
P kmol/m 2.0r Q 2A kmol/m 6.1r P B A
r P 及r Q 分别为产物P 及Q 的生成速率，P 为目的产物。

反应用的原料为A 及B 的
混合液，其中C A0＝2 kmol/m 3，每小时处理混合液6 m 3。

求：反应器出口A 、P 、Q 的浓度，P 的收率及总选择性。

3、在反应体积为1 m 3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产1，2-丙二醇：
23223+→H COCHCH H O H COHCHOHCH
该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等于0.98h -1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m 3，环氧丙烷的最终转化率为90%。

（1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h ，则1，2-丙二醇的日产量是多少？ （2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2的日产量又是多少？
（3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？
4、在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应 A → 2R ，A A kC r =-kmol/m 3
·h ，k=9.52×
109exp[-7448.4/T] h -1，=0A C 2.3 kmol/m 3，=R M 60 g/mol ，=0R C 0 kmol/m 3
，若转化率
=A x 0.7，装置的生产能力为50000 kg 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t 0=0.75 h ）
5、有一个反应器测其方差
min 15,min 5.11222==t t σ，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B A A C kC r =-，
l mol C C B A /1200==，min /1⋅=mol l k ，求反应器的出口转化率？
6、有一管式反应装置经脉冲示踪法实验测得如下表所示的数：
0v =0.8 m 3/min ；m=80kg ；∴0C =80/0.8=100 kg/m 3
t(分) 0
2 4 6 8 10 12 14 16 C A （kg/m 3） 0 6.5
12.5 12.5 10
5.0
2.5
1.0
试根据表列数据确定该装置的有效容积V 、平均停留时间t 、方差2
t σ和2
θσ。

7 用多级全混流串联模型来模拟一管式反应装置中的脉冲实验，已知
971.82=t σ，187.62=t ，求
1）1） 推算模型参数N ；
2） 推算一级不可逆等温反应的出口转化率。