2013天大反应工程试题

2013天大化学工程复试科目反应工程试题完整回忆

（8分）一、某气固相催化反应A+B→R的反应步骤如下：A+σ⇌Aσ；Aσ+B→R +σ。其中第二步为速率控制步骤，试推导该反应的动力学方程。

（8分）二、已知反应：A→P r P=k1c A；A→Q r Q=k2c A2。若P为目的产物，采取哪种反应器为好？操作方式如何？说明你的理由。

（16分）三、某闭式反应器的停留时间分布密度函数如下：

E(t) = 0 t<2.46 h

= e2.46-t t≥2.46 h

拟在该反应器中进行如下一级连串不可逆反应：A→P→Q。反应速率常数分别为k1= 0.4h-1，k2=0.1h-1。A的初始浓度为1kmol/m3。

（1） 求该反应器的平均停留时间t-以及无因次方差σθ2；

（2） 计算出口转化率；

（3） 估算P的收率。[个人想法：因返混较小，可用PFR估算之]

（15分）四、某气固催化反应固定床于常压恒温条件下进行如下一级不可逆反应：A→P。已知：反应温度T=773.15K，速率常数k w=0.5 m3/(kg·h)，催化剂颗粒密度1200 kg/m3，颗粒直径为0.6 cm，A的摩尔质量为60 g/mol，有效扩散系数De=3.5×10-3 cm2/s。

(1)求内扩散有效因子η；

(2)如果生产要求P的产量为20吨/天，A的转化率达90%，试计算催化剂的用量。

（18分）五、某间歇釜在绝热条件下进行如下液相反应：A+B→P r P=k10exp（-E1/RT）c A；A→Q r Q=k20exp（-E2/RT）c A2。各反应的反应热均为-40 kJ/mol，反应液的平均比热为1600 kJ/（m3·K）。已知反应的初始温度为80℃,反应物的初始浓度c A0=c B0=2 kmol/m3，c P0=c Q0=0。（1） 若要求A的转化率达80%，求此时的釜温；

（2） 计算反应器的大小以及P的收率。（不要求算出具体结果，写出用到的公式和思路）