《《化學(xué)反應(yīng)工程》試題及答案基礎(chǔ)部分要點(diǎn)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《化學(xué)反應(yīng)工程》試題及答案基礎(chǔ)部分要點(diǎn)（17頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、《化學(xué)反應(yīng)工程》試題庫(kù) 一、填空題 1. 質(zhì)量傳遞 、熱量傳遞、動(dòng)量傳遞和化學(xué)反應(yīng) 稱為三傳一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表達(dá)式為 輸入-輸出=累積。 3. 著眼組分 A 轉(zhuǎn)化率 xa的定義式為 XA=(nA0-nA)/nA0。 4. 總反應(yīng)級(jí)數(shù)不可能大于3。 5. 反應(yīng)速率-rA=kCACB的單位為kmol/(m 3 ? h),速率常數(shù)k的因次為 m3/(kmol ? h )。 6. 反應(yīng)速率-rA=kCA的單位為kmol/kg - h,速率常數(shù)k的因次為 m3/kg ? h 。 1 /2 1/2 1/2 7. 反應(yīng)速率-「a =kCA的單位為 mol/L - s,

2、速率常數(shù)k的因次為(mol) 」 ,s 。 8. 反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T的關(guān)系為ink=_l0000+1O2 ,其活化能為83.14kJ/mol 。 T 9. 某反應(yīng)在500K時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù) k是400K時(shí)的103倍，則600K時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù) k 時(shí)是400K時(shí)的 105倍。 10. 某反應(yīng)在450c時(shí)的反應(yīng)速率是 400c時(shí)的10倍，則該反應(yīng)的活化能為(設(shè)濃度不變) 11. .3kJ/mol 。 11 .非等分子反應(yīng)2SO2+O2==2SO3的膨脹因子6SO等于 -0.5 。 12 .非等分子反應(yīng)N2+3H2==2NH3的膨脹因子6H等于 23 。 2 13 .反應(yīng)

3、N2+3H2==2NH3 中(—IX)= 1/3 (―電)=1/2 rN/ 14 .在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)物初濃度為 CA0,轉(zhuǎn)化率為xa,當(dāng)反 應(yīng)器體積增大到n倍時(shí)，反應(yīng)物A的出口濃度為 CA0(1-XA)n ,轉(zhuǎn)化率為1-(1-XA)n q 15 .在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)物初濃度為 CA0,轉(zhuǎn)化率為XA,當(dāng)反 應(yīng)器體積增大到n倍時(shí)，反應(yīng)物A的出口濃度為 1-Xa ,轉(zhuǎn)化率為 nXA 。 1 (n -1)Xa 1 (n -1)Xa 16 .反應(yīng)活化能E越二J,反應(yīng)速率對(duì)溫度越敏感。 17 .對(duì)于特定的活化能，溫度越低溫度對(duì)反應(yīng)速率的影

4、響越 大。 18 .某平行反應(yīng)主副產(chǎn)物分別為 P和S,選擇性Sp的定義為(np-nP0)/ (ns-ns0) o 19 .某反應(yīng)目的產(chǎn)物和著眼組分分別為 P和A其收率①p的定義為 (np-np)/ (nAQ-nA) 20 .均相自催化反應(yīng)其反應(yīng)諫率的豐要特征是隨時(shí)間非單調(diào)變化：存在最大的反應(yīng)諫率 21 .根據(jù)反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常采用的方法有 諫率捽制步驟—、擬平衡態(tài) 。 22 .對(duì)于連續(xù)操作系統(tǒng)，定常態(tài)操作是指 溫度及各組分濃度不隨時(shí)間變化。 23 .返混的定義：不同停留時(shí)間流體微團(tuán)間的混合。 24 .平推流反應(yīng)器的返混為 0;全混流反應(yīng)器的返混為 8 。 25 .空時(shí)的

5、定義為反應(yīng)器有效體積與進(jìn)口體積流量之比。 26 .針對(duì)著眼組分 A的全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程為 工=其。 F A0 TA 27 .不考慮輔助時(shí)間，對(duì)反應(yīng)級(jí)數(shù)大于0的反應(yīng)，分批式完全混合反應(yīng)器優(yōu)壬全混流反應(yīng)器。 28 .反應(yīng)級(jí)數(shù)＞0時(shí)，多個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果 優(yōu)于全混流反應(yīng)器。 29 .反應(yīng)級(jí)數(shù)＜0時(shí)，多個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果 差于 全混流反應(yīng)器。 30 .反應(yīng)級(jí)數(shù)＞0時(shí)，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果 優(yōu)于 全混流反應(yīng)器。 31 .反應(yīng)級(jí)數(shù)＜0時(shí)，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果差壬 全混流反應(yīng)器。 32 .對(duì)反應(yīng)速率與濃度成正效應(yīng)的反應(yīng)分別采用全混流、 平推流、多級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器

6、其 反應(yīng)器體積的大小關(guān)系為 全混流》多級(jí)串聯(lián)全混流〉平推流; 33 .通常自催化反應(yīng)較合理的反應(yīng)器組合方式為 全混流 + 平推流 。 34 .相同轉(zhuǎn)化率下，可逆放熱反應(yīng)的平衡溫度 高于 最優(yōu)溫度。 35 .主反應(yīng)級(jí)數(shù)大于副反應(yīng)級(jí)數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇 平推流 反應(yīng)器。 36 .主反應(yīng)級(jí)數(shù)小于副反應(yīng)級(jí)數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇 全混流 反應(yīng)器。 37 .要提高串聯(lián)反應(yīng)中間產(chǎn)物 P收率，優(yōu)先選擇 平推流 反應(yīng)器。 38 .主反應(yīng)級(jí)活化能小于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用 低溫操作。 39 .主反應(yīng)級(jí)活化能大于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用 上溫操作。 40 .停留時(shí)間分布密度函數(shù)的歸

7、一化性質(zhì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式 [E(t)dt=1.0。 0 41 .定常態(tài)連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)， F(0)=0; F(8)= _L。 t 42 .定常態(tài)連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，F(xiàn)(t)與E(t)的關(guān)系F(t)= [E(t)dt。 0 0a 43 .平均停留時(shí)間t是E(t)曲線的 分布中心：與E(t)的關(guān)系為t =』tE(t)dt。 0 O0 44 .方差仃t2表示停留時(shí)間分布的 分散程度：其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 仃t2 = "t —t)2E(t)dt。 0 45 .采用無因次化停留時(shí)間后， E(。)與E(t)的關(guān)系為E(B) = tE(t)。 46 .采用無因次化停留時(shí)間后， F(0 )與F(t)的關(guān)

8、系為 F(9尸F(xiàn)(t) 。 47 .無因次方差仃12與方差%2的關(guān)系為仃2 =仃；/12。 48 .平推流反應(yīng)器的 aQ= —0—;而全混流反應(yīng)器的 a 0 = _1 49 .兩種理想流動(dòng)方式為 平推流和全混流 。 50 .非理想流動(dòng) 仃<2的數(shù)值范圍是 0~1 。 51 .循環(huán)操作平推流反應(yīng)器循環(huán)比越 大返混越大。 52 .循環(huán)操作平推流反應(yīng)器當(dāng)循環(huán)比 3= 0時(shí)為平推流：當(dāng)3 = 8時(shí)為全混流。 53 .停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，常用的示蹤方法為 脈沖示蹤 和 階躍示蹤 。 54 .脈沖示蹤法根據(jù)檢測(cè)到的濃度變化曲線可以直接得到 E⑴ 曲線。 55 .階躍示蹤法根據(jù)檢測(cè)到

9、的濃度變化曲線可以直接得到 F⑴ 曲線。 56 .采用脈沖示蹤法測(cè)得的濃度 Ca⑴與E⑴的關(guān)系式為 E6= C/t)/C。 57 .采用階躍示蹤法測(cè)得的濃度 Ca⑴與F⑴的關(guān)系式為 F(t)= CA(t)/ C竺 。 58 . N個(gè)等體積全混釜串聯(lián)的停留時(shí)間分布的無因次方差 仃&= 1/N 。 59 .多級(jí)全混釜串聯(lián)模型當(dāng)釜數(shù) N=二為全混流，當(dāng)N= 8為平推流。 t t 60 .全混流的 E⑴=1et; F(t)=1-et。 61 .平推流的 E(t)=0 當(dāng) t =f、=8當(dāng) t=t_; F(t尸 0 當(dāng) t t o 62 .軸向分散模型中，Pe準(zhǔn)數(shù)越

10、 小 返混越大。 63 .軸向分散模型中 Peclet準(zhǔn)數(shù)的物理意義是代表了流動(dòng)過程軸向返混程度的大小 。 64 .對(duì)于管式反應(yīng)器，流速越 大越接近平推流;管子越 長(zhǎng)越接近平推流。 65 .為使管式反應(yīng)器接近平推流可采取的方法有 提高流速和增大長(zhǎng)徑比 。 66 .對(duì)于 平推流 反應(yīng)器,宏觀流體與微觀流體具有相同的反應(yīng)結(jié)果。 67 .工業(yè)催化劑所必備的三個(gè)主要條件：詵擇性高 、活性好 和壽命長(zhǎng) 。 68 .化學(xué)吸附的吸附選擇性要 高于物理吸附的吸附選擇性。 69 .化學(xué)吸附的吸附熱要 大于物理吸附的吸附熱。 70 .化學(xué)吸附常為 單 分子層吸附,而物理吸附常為 多分子層吸附。

11、71 .操作溫度越高物理吸附 越弱 ，化學(xué)吸附 越強(qiáng); 72 .在氣固相催化反應(yīng)中動(dòng)力學(xué)控制包括 表面吸附、表面反應(yīng)和表面脫附 。 73 .氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)指消除 內(nèi)外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)諫率的 影響測(cè)得的動(dòng)力學(xué)。 74 .氣固相催化反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)與宏觀動(dòng)力學(xué)的主要區(qū)別是 前者無內(nèi)外擴(kuò)散的影響。 75 .在氣固相催化反應(yīng)中測(cè)定本征動(dòng)力學(xué)可以通過提高&>速 消除外擴(kuò)散、通過減小催 化劑顆粒粒度 消除內(nèi)擴(kuò)散。 76 .固體顆粒中氣體擴(kuò)散方式主要有 分子擴(kuò)散 和 努森擴(kuò)散 。 77 .固體顆粒中當(dāng)孔徑 較大時(shí) 以分子擴(kuò)散為主,而當(dāng)孔徑 較小時(shí) 以努森擴(kuò)散為主。 78 .氣固相催化串聯(lián)

12、反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會(huì)使中間產(chǎn)物的選擇性 下降。 79 .氣固相催化平行反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會(huì)使高級(jí)數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性 下降。 80 . Thiele模數(shù)的物理意義 反映了表面反應(yīng)速率與內(nèi)擴(kuò)散速率之比 。 81 .催化劑的有效系數(shù)為催化劑粒子實(shí)際反應(yīng)速率 /催化劑內(nèi)部濃度和溫度與外表面上的相 等時(shí)的反應(yīng)速率。 82 .催化劑粒徑越大，其 Thiele模數(shù)越大，有效系數(shù)越 小 ； 83 .氣固相非催化反應(yīng)縮核模型中氣相反應(yīng)物 A的反應(yīng)歷程主要有三步，分別是 氣膜擴(kuò) 散、 灰層擴(kuò)散 和 表面反應(yīng) 。 84 .自熱式反應(yīng)是指 利用反應(yīng)自身放出的熱量預(yù)熱反應(yīng)進(jìn)料 。 85 .固定床反應(yīng)器

13、的主要難點(diǎn)是 反應(yīng)器的傳熱和控溫問題。 86 .多段絕熱固定床的主要控溫手段有 段間換熱、原料氣冷激 和惰性物料冷激 。 87 .固定床控制溫度的主要目的是 使操作溫度盡可能接近最優(yōu)溫度線。 88 .固體顆粒常用的密度有堆密度、顆粒密度和真密度，三者的關(guān)系是 真密度＞顆粒密度 ＞堆密度。 89 .對(duì)于體積為 Vp外表面積為 ap的顆粒其體積當(dāng)量直徑為 3 6Vp小、面積當(dāng)量直徑為 、0P7彳、比表面當(dāng)量直徑為6ap/Vp。 90 .固定床最優(yōu)分段的兩個(gè)必要條件是前一段出口反應(yīng)速率與下一段進(jìn)口相等 和 每一段的操作溫度線跨越最優(yōu)溫度線。 二、計(jì)算分析題 1 .在恒容條件下，反應(yīng)

14、 A+2B==R ,原料氣組成為 CA0 = CB0=100kmol/m3,計(jì)算當(dāng) Cb =20 kmol/m3時(shí)，計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 xa、xb及各組分的濃度。 解：在恒容條件下： Xb=( Cb0- Cb )/ Cb0=0.8 由 Cao- Ca =( Cbo- Cb )/2 得到:Ca =60 kmol/m3 xa=( Cao- Ca )/ Cao=0.4 2 .在恒壓條件下，反應(yīng) A+2B==R ,原料氣組成為 CA0=CB0=100kmol/m3,計(jì)算當(dāng) Cb = 20 kmol/m3時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xa、xb及各組分的濃度。 解：8 b=(1-1-2)/2=-1; yB0=

15、0.5 n=n0(1+ yB0 Sb xb) = .(1-0.5 xb) 在恒壓條件下：V=Vo n/n0= Vo(1-0.5xb) Cb =nB/V= nB0(1- xb)/[ Vo(1-0.5xb)]= Cbo(1- xb)/ (1-0.5 xb) xb=8/9 nA0- nA =( nB0- nB )/2 xa=( nA0- nA )/ nA0=( nB0- nB )/(2 nA0)= ( nB0- nB )/(2 nB0)=0.5 xb=4/9 3 .串聯(lián)-平行反應(yīng) A+B==R , A+R==S ,原料中各組分的濃度為 CA0=2.0mol/L , Cb0=4.0 mo

16、l/L , Cr0=Cs0=0,在間歇反應(yīng)器中恒容操作一定時(shí)間后，得到 CA=0.3mol/L, Cr=1.5 mol/L,計(jì)算 此時(shí)組分B和S的濃度。 解：在恒容條件下： ACai= Cbo-Cb； ACa2= Cs ； Cr= (Cbo-Cb)-Cs； Cao-Ca= A Cai+A Ca2 得到：Cs=( Cao-Ca- Cr)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol/L Cb = Cbo- Cr-Cs=4.0-1.5-0.1=2.4 mol/L 4 .在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫 2級(jí)、1級(jí)、0級(jí)均相反應(yīng)，分別求出轉(zhuǎn)化率由0至0.9所需的 時(shí)間與轉(zhuǎn)化率由0.9至0.9

17、9所需時(shí)間之比。 解：在間歇反應(yīng)器中: Xa 2 . 「Cao dxA Xai _rA 0級(jí)反應(yīng): Xa 2 . t =CA0 i -■ - =kCA0(XA2 —XA1) Xai k t 0~0 .9 to.9~O.99 0.9 -0 =10 0.99—0.9 1級(jí)反應(yīng): XA 2 , 「CAL kCAoj-XA) 1ln1 k 1 一 XA1 一 Xa 2 t0~0.9 t0.9~0.99 lnU in 1 q.9 _I inZ09 二 1n 1 0.99 2級(jí)反應(yīng): XA2 dxA t =Ca0 9 :kC2o(1 -xA)

18、Xa i a 0 A J 1 —XA2 1 - XA2 t0-0.9 1 0.9 -1% —0 1 t0.9~0.99 T1199 -T^ 5 .在等溫恒容條件下進(jìn)行下列氣相反應(yīng)：A - 2R其反應(yīng)速率方程為 1 dnA , nA -rA = A =k A ,試推導(dǎo)： V dt V (D 以A組分轉(zhuǎn)化率xa表示的反應(yīng)速率方程； (2) 以總壓P表示的速率方程。 假定原料組分為 50%A和50%惰性氣體，氣體為理想氣體。 解：⑴吠心「 %=k(1 - Xa) dt (2) Sa=(2-1)/1=1 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0 8 a xa

19、) = n0(1+0.5 xa) XA=2n/n0-2=2P/P0-2 dP k(1.5P0 - P) dt 0 2 6.在間歇反應(yīng)器中進(jìn)彳r等溫二級(jí)反應(yīng) A==B ,反應(yīng)速率：—「a = 0.01CAmol/(L s)當(dāng)Ca0 分別為1、5、T0mol/L時(shí)，分別計(jì)算反應(yīng)至 CA=0.01mol/L所需的時(shí)間。 解：在間歇反應(yīng)器中可視為恒容反應(yīng)可視為: 蓍"A t =100C■-日 當(dāng) CA0=1mol/L 時(shí)，t=9900s 當(dāng) CA0=5mol/L 時(shí)，t=9950s 當(dāng) CA0=10mol/L 時(shí)，t=9990s 7. 試畫出反應(yīng)速率常數(shù) k與溫度T的關(guān)

20、系示意圖。 解: ln k = ln k0 Ink與1/T作圖為一直線 8. 某氣相恒容反應(yīng)在 400K時(shí)的速率式為: dpA 2 0.37 Pa MPa/h dt (1)試問反應(yīng)速率常 數(shù)的單位是什么？ ( 2)若速率式寫成—rA *kcA Vdt 3 kmol/(m ? h),試問此反應(yīng)的速 率常數(shù)為多少？ 解：(1)反應(yīng)速率常數(shù)的單位: n a ⑵— V dn 103 =CA 103 (h - MPa)-1 —PA 106 RT dPA 2 A =10 RT dt dnA Vdt PA -lO與RTC Vdt = 0.37 1

21、0“RTCA k =0.37 10, RT =0.37 10與 8.314 400 =1.2m3/( kmol ? h) 9.等溫下在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)不可逆液相分解反應(yīng) A==B+C , 在5min內(nèi)有50%的A 分解，要達(dá)到分解率為 75%,問需多少反應(yīng)時(shí)間？若反應(yīng)為 2級(jí)，則需多少反應(yīng)時(shí)間? 解：一級(jí)反應(yīng): dxA t — CA0 0 kCA0(1 - Xa) 「ln k 1 1, “ 、 —ln(1 - XA) 1 - Xa k 二級(jí)反應(yīng): 10.75 = t0.5 ln(1 —0.75) ln(1 -0.5) =10min

22、 XA dxA t = C A0 2 0 kC A0 (1 -Xa) Xa kCA0 1 一 Xa , , 0.75 1 -0.5 . t0.75 —— — 二15 min 1 -0.75 0.5 dCA 10.液相自催化反應(yīng) A==B的速率方程為一「a = = QaCb mol/(L ? h),在等溫間歇 dt 釜中測(cè)定反應(yīng)速率，CA0=0.95mol/L , CB0=0.05mol/L ,經(jīng)過1小時(shí)后可測(cè)得反應(yīng)速率最大值， 求該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù) ko 「 dC 解：Cb=Ca0 + Cb0-Ca=1-Ca - rA 一二kCA(1—

23、CA) dt 反應(yīng)速率最大時(shí)：d(—rA) = k。_2CA)dCA = 0,得到 Ca=0.5 mol/L 出 A出 對(duì)反應(yīng)速率式積分得到 kt = In (1 -Ca)Ca0 Ca(1 -Cao) ,代入數(shù)據(jù)得到 k=2.944 L/(mol h) 11.對(duì)于氣相反應(yīng)：A - 3P 示的反應(yīng)速率方程。假定原料為 解：在恒容條件下 -rA=CA0 其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA,試推導(dǎo)在恒容條件下以總壓 P表 50%A和50%惰性組分，氣體符合理想氣體。 dxA --A ^Cao(I-Xa) dt dxA —A =k(1 - xa) dt 8 a=(3-1

24、)/1=2 yA0=0.5 n=no(1+ yA0 8 a xa) = no(1+ xa) XA=n/no-1 = P/Po-1 dP --=k(2P0 -P) dt 12.對(duì)于氣相反應(yīng)：A-3P其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA,在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫恒壓 反應(yīng)。已知反應(yīng)器體積為 V,原料體積流量為 V0,初始濃度為Caoo試推導(dǎo)：其反應(yīng)器設(shè)計(jì) 方程，并以A組分轉(zhuǎn)化率xa表示成易積分的形式。假定原料為純 A,氣體符合理想氣體。 解：Sa=(3-1)/1=2 yA0=1 等溫恒壓：v=vo(1+ yA0 8 a xa) = vo(1+2xa) Ca =— FA0 (1 -

25、 Xa) _ c _1 _ Xa_ - Cao Vo(1 2Xa) 1 2Xa V F A0 Xa Xa dxA _ dxA 0-「A 0kCA xA 1 0 kCAo 1 2 2Xa A -x [1 — Xa ) dxA 13.在一全混流反應(yīng)器中進(jìn)行下列一級(jí)不可逆串聯(lián)反應(yīng)： k1 k2 A *P >S 目的產(chǎn)物為P,反應(yīng)器體積為 V,體積流量為Vo,進(jìn)料為純A組分，濃度為Caoo (1)各組分的濃度表達(dá)式； (2)導(dǎo)出產(chǎn)物P的總收率、選擇性表達(dá)式； (3)導(dǎo)出產(chǎn)物P濃度達(dá)到最大所需的空時(shí)，即最優(yōu)空時(shí)。 解：全混流反應(yīng)器中對(duì) A組分作物料衡算 1

26、kr Fao -Fa =V(-rA)vo (Cao 一 Ca) = Vk1CA Ca = 對(duì)P組分作物料衡算: Fp -Fpo =V「p VoCp =V(KCa -kzCp) Cp k1cA k1 -CA0 (1 k1 )(1 k2 ) CS = C A0 - CA _ Cp = CA0 Cao k1 CA0 卜七■ Cao 1kl. (1 k1 )(1 k2 ) (1 k1 )(1 k2 ) 1 1 k2. P的總收率: K np - nP0 CP ① p = = nA0 - nA Cao - Ca np - npo Cp 1 p的總

27、選擇性：Sp = =—=— ns - nS0 CS k2 dcp 1 p的濃度達(dá)到最大需滿足： p = 0得到最優(yōu)空時(shí)：T = J — d . .心 14.某一級(jí)氣相反應(yīng) A==2p,反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min-1,按下列條件進(jìn)行間歇恒容反應(yīng)，1min 后反應(yīng)器內(nèi)的總壓為多少？反應(yīng)條件： (1)1atm純A; (2) 10atm純A; (3)1atm A和9atm惰 性氣體。 解：一級(jí)反應(yīng)：dxA =k(1 -xa) xA =1 - e*t =1 - e05 = 0,393 6 a=(2-1)/1=1 n=no(1+ 8 a YaoXa尸 no(1+ YaoXa) p=po

28、(1+ YaoXa) (1) 1atm 純 A ： yA0=1 p=po (1+ yAoXA)=1.393atm (2) 10atm 純 A ： yA0=1 p=po (1+ yA0XA)=13.93atm (3) 1atm A 和 9atm 惰性氣體：yA0=0.1 p=po (1+ yA0XA)=10.393atm 15 .某二級(jí)液相反應(yīng) A+B==C ,已知在間歇全混釜反應(yīng)器中達(dá)到 xa=0.99需反應(yīng)時(shí)間為 10min,問：(1)在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí) 。為多少？ ( 2)在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行 時(shí)，空時(shí)。為多少？ ( 3)若在兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí) 。

29、又為多少？ 解:一管二kCA "乂二上丁二「 (1)在平推流反應(yīng)器中： 7=^— /二^ LL 0.99;.小 kCA0 1 -Xa ) 9.9 1-0.99 (2)在全混流反應(yīng)器中： T = xA——2 = 099——2 = 1000 min kCA0(1 - Xa) 9,9 (1-0.99) (3)兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中: 第一個(gè)釜0.5丁 = Xa 2 第二個(gè)釜0.57=一XA^一 kCA0(1 _ Xa1 ) kCAO (1 _ Xa2 ) 由試差法計(jì)算得到： r =51.5min 16 .自催化反應(yīng) A+R ―2R其速率方程為：-rA=kCACR (1)

30、 在等溫條件下進(jìn)彳T反應(yīng)，已知 Cao和Cro,要求最終轉(zhuǎn)化率為 XAf。為使反應(yīng)器體積 最小。試問：最合適的理想反應(yīng)器組合方式; (2) 此最小反應(yīng)器總體積表達(dá)式; (3) 在Fao/（-「a）?xa圖上表布各反應(yīng)器的體積。 解：（1）最合適的理想反應(yīng)器組合方式：全混釜反應(yīng)器串聯(lián)平推流反應(yīng)器 （2）反應(yīng)速率最大點(diǎn)是兩個(gè)反應(yīng)器的分界點(diǎn)。 Ca+Cr= Cao+Cro Cr= Cao+Cro-Ca= Cm-Ca -rA = kCA(CM - CA) 反應(yīng)速率最大時(shí)，d（-「A）/dt=0 Ca=0.5Cm C Cnc ①若CAf > 0.5Cm ,即XAf W~A——R

31、0 ,僅用一個(gè)全混釜即可 2cA0 Vm V0 (CA0 - CAf ) QaCr~~ VoXAf k(1 - XAf )(c A0 XAf CR0) ②若 CAf<0.5CM,即 xAf >CA0 -Cr0 2Cao 全混釜體積: Vm Vo(Cao Ca) 2Vo QaCr kcM (2Cao - Cm)= 2vo k(CA0 CR0) 2 (C A0 - Cro) 平推流體積: CAf dCA 0.5CM kCACR 、， V0 . Cro - CaoXaf Vp = ln k(CAO Cro) CAo(1-XAf) V=Vm+

32、Vp V Fao/(-「a) 17.對(duì)于反應(yīng)速率方程為 -rA =kCA的液相反應(yīng)，為達(dá)到一定的生產(chǎn)能力，試討論當(dāng) n=0和n<0時(shí)，如何選擇型式（平推流或全混流）使反應(yīng)器體積最小，并簡(jiǎn)單說明理由, n> 0、 并在處~ xA圖上表示反應(yīng)器的體積。 「rA 解：當(dāng)n=0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān)，故與反應(yīng)器型式無關(guān)。 當(dāng)n>0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈正效應(yīng), 混流型式，故選擇平推流反應(yīng)器。 當(dāng)n<0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈負(fù)效應(yīng), 混流型式，故選擇全混流反應(yīng)器。 而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全 而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全 n>0 FA

33、 rA n〈0 （1）若反應(yīng)操作溫度相同，則 操作溫度應(yīng)為多少？ 解：(1) Vm =-FA0- kC A0 Xa 1 - Xa = fjn」- kC A0 1 - Xa Vm =^^/ln Vp 1 -Xa 1 =2.94 1 - Xa (2) Vm/Vp=1 , k? 同樣得到：— xA 1 ——/ln =2.94 1 - Xa 1 - Xa E km = kce=m / E( 1 -1 ) kp=ke p eRTp Tm =2.94 代入數(shù)據(jù)得到：Tm=440K 19.等溫二級(jí)反應(yīng)，依次經(jīng)過體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器, 若將兩個(gè)反

34、應(yīng)器改換次序，問出口轉(zhuǎn)化率為多少？ 出口轉(zhuǎn)化率為0.99, 1 解：等溫二級(jí)反應(yīng)得到，平推流 kCA0 = —— 1 一 XAout 1 一 xAin 全混流：kCA0 = xAout - x” (1 — xAout ) 18. 一級(jí)等溫反應(yīng) A==P ,活化能為83140J/mol,在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 420K,反應(yīng)器體積為 Vp,如改為全混流反應(yīng)器， 其體積為Vm,為達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率 Xa=0.6, Vm/Vp之值應(yīng)為多少？ （ 2）若Vm/Vp=1 ,則全混流反應(yīng)器的 將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時(shí)的條件彳t入，計(jì)算得到： kCA0 T =6

35、1.53 全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器：先計(jì)算全混流出口 Xa=0.884 全混流出口 xA就是平推流進(jìn)口 xA,計(jì)算平推流出口 xa=0.986 20 .等溫一級(jí)反應(yīng)，依次經(jīng)過體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器， 出口轉(zhuǎn)化率為0.99, 若將兩個(gè)反應(yīng)器改換次序，問出口轉(zhuǎn)化率為多少？ 解：等溫一級(jí)反應(yīng)得到，平推流 k. = ln 1 XAin 1 - xAout 全混流: XAout - XAin 1 - XAout 將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時(shí)的條件彳t入，計(jì)算得到： kT =3.175 全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器：先計(jì)算全混流出口 Xa=0.760 全混

36、流出口 Xa就是平推流進(jìn)口 Xa,計(jì)算平推流出口 Xa=0.99 21 .液相二級(jí)不可逆反應(yīng) A+B==C , Cao=Cbo,在平推流反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng) t =10min時(shí) xa=0.99,問在相同溫度下為達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率，采用（ 1）在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí) t 為多少？ （ 2）若在兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí) 。又為多少？ 22 .在恒溫恒容下進(jìn)行下式所示的自催化反應(yīng)： A+R-2R,其速率方程為 Ta = QaCr , 初始濃度分別為 Cao和Cro ,試推導(dǎo)其在間歇釜中達(dá)到最大反應(yīng)速率時(shí)的時(shí)間和 A組分的 濃度，若采用連續(xù)操作，應(yīng)采用何種理想反應(yīng)器組合方式，

37、可使反應(yīng)器總體積最小，并用示 意圖進(jìn)行表示。 23 .平行反應(yīng): 其中P為目的產(chǎn)物，在等溫操作中，證明：采用全混流反 應(yīng)器最大產(chǎn)物濃度 Cpmax=CAO ；采用平推流反應(yīng)器最大產(chǎn)物 濃度 Cpmax= Cao/（1+ Cao）。 k1 , k2 24 .等溫一級(jí)不可逆串聯(lián)反應(yīng) A * R * S,進(jìn)料為純A濃度為Cao,連續(xù)操作空時(shí) 為。，試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度： （1）平推流反應(yīng)器；（2）全混流反應(yīng)器。 25 .等溫一級(jí)不可逆平行反應(yīng): S rS=k2CA 進(jìn)料為純A濃度為Cao,連續(xù)操作空時(shí)為 。，試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度： （1） 平推流反應(yīng)器；

38、（2）全混流反應(yīng)器。 26 .試分別在圖上畫出下列流動(dòng)模型的停留時(shí)間分布函數(shù) F⑴和停留時(shí)間分布密度函數(shù) E（t） vo PFR Vp Vm CSTR 曲線： 舉出與它有相同停留時(shí)間分布的另一種流動(dòng)模型，這說明了什么問題。 27 .液相反應(yīng) R(主反應(yīng))rR=kiCA0.6CB1.2 A+B f S(副反應(yīng))rs=k2CA2.0CB0.2 從有利于產(chǎn)品分布的觀點(diǎn)，(1)將下列操作方式按優(yōu)一劣順序排列，并說明理由。 (2)若 反應(yīng)活化能Ei>E2,應(yīng)如何選擇操作溫度？ 28 .試采用脈沖示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。

39、 29 .試采用階躍示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。 30 .畫出平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器、平推流和全混流反應(yīng)器串聯(lián)及全混流和平推流反應(yīng) 器串聯(lián)的停留時(shí)間分布密度函數(shù) E⑴和分布函數(shù)F⑴ 31 . F(。)和E(。)分別為閉式流動(dòng)反應(yīng)器的無因次停留時(shí)間分布函數(shù)和停留時(shí)間分布密度函 數(shù)。 (1)若反應(yīng)器為平推流反應(yīng)器，試求： (a)F(1); (b)E(1); (c)F(0.8); (d)E(0.8); (e)E(1.2) (2)若反應(yīng)器為全混流反應(yīng)器，試求： (a)F(1); (b)E(1); (c)F(0.8); (d)E(0.8); (e)E(1.2

40、) (3)若反應(yīng)器為一非理想反應(yīng)器，試求： (a)F(oo)； (b)E(oo)； (c)F(0)； (d)E(0)； (e) JE(日)d(^)； 0 32 . 丁烯在某催化劑上反應(yīng)的到丁二烯的總反應(yīng)為 C4H8(A)== C 4H6(B)+ H2(C) 假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行： A+ (T = A (T A 60 B b +C B (T U B+ (T 假定符合均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程： (1) A吸附控制； (2) B脫附控制； (3) 表面反應(yīng)控制。 33.乙快與氯化氫在HgCl 2-活性炭催化劑上合成氯乙烯的反應(yīng) C2H2 (A) + HCl

41、(B)== C 2H3Cl (C) 其動(dòng)力學(xué)方程式可有如下幾種形式： 2 (1)r =KPaPb — Pc/K)/(1 +KaPa +KbPb +KcPc) (2) r = kKA pA pB /(1 + KA pA + KB pB) (3) r =kKB papb/(1+Kb pb+Kc pc) 試分別列出反應(yīng)機(jī)理和控制步驟 34 .氣固相催化反應(yīng)：A+B==c ,其反應(yīng)機(jī)理如下： A+ (T U A (T B+ (T U B (T A (T +B。 c(T c (T U c+ (T 假定符合Langmuir均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程： (1) A吸附控制；

42、 (2) C脫附控制； (3) 表面反應(yīng)控制。 35 .在氣固相催化劑表面進(jìn)行下列氣相可逆反應(yīng)： A+B==R 其反應(yīng)機(jī)理為： A+ (T 1 = A (T 1 B+(T 2 = B b 2 A(T 1+ B b 2- R b 1+ b 2 (速率控制步驟) R (T 1 = R+ b 1 試用Langmuir均勻吸附模型導(dǎo)出該反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)方程。 36 .某氣固相催化反應(yīng)：A==R,其動(dòng)力學(xué)方程式為 —「A =kKApA/(1+KApA+KRpR)(以催化劑質(zhì)量為基準(zhǔn)) 試導(dǎo)出平推流式的等溫積分反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率 XA與W/FA0的關(guān)系式 37 .試列出氣固相催化反應(yīng)

43、通常所經(jīng)歷的步驟，并區(qū)分動(dòng)力學(xué)控制和傳遞控制。 38 .試敘述氣固相彳t化反應(yīng)中 Thiel模數(shù)屋和有效系數(shù)v的物理意義；對(duì)于本征動(dòng)力學(xué)的測(cè) 定應(yīng)如何消除內(nèi)外擴(kuò)散的影響。 39 .某非催化氣固相反應(yīng)： A(g)+2B(s)==R(g)+S(s),假定固體反應(yīng)物為球型顆粒，若過程為 氣膜擴(kuò)散控制，試采用縮核模型推導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)方程( t與Xb的關(guān)系)。提示：氣膜擴(kuò)散方程: 1 dnA 4 3 ? =% (Cag —Cas) ； nB= P mVc= qnrc Pm Sr dt 3 40 .某非催化氣固相反應(yīng)： A(g)+2B(s尸R(g)+S(s),假定固體反應(yīng)物為球型顆粒，若過

44、程為 非反應(yīng)核表面反應(yīng)控制，試采用縮核模型推導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)方程( t與Xb的關(guān)系)。提示：表面 1 dnA 4 3- 反應(yīng)：—仆 .=ksCAS ； nB= p mVc=二"c Pm Sr dt 3 1 c 41 .試列出氣固相非催化反應(yīng)中縮核模型的反應(yīng)歷程，并說明與縮粒模型的差別。 42 .試說明反應(yīng)器設(shè)計(jì)中產(chǎn)生放大效應(yīng)的原因；為提高放大的可靠性，應(yīng)如何應(yīng)用反應(yīng)工程 知識(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究。 43 .在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行不可逆放熱反應(yīng)，其放熱 和移熱線如下圖所示： t^(1)指明穩(wěn)定的定常態(tài)操作點(diǎn)，寫出熱穩(wěn)定性的判 據(jù)；(2)實(shí)際生產(chǎn)中如何進(jìn)行開、停車操作，并在圖中 畫出。 44 .采用中間冷卻的三段絕熱固定床進(jìn)行氣固相催化反應(yīng), 優(yōu)分段的要求畫出整個(gè)過程的操作線。 XA XAf 0 A在催化劑顆粒內(nèi)部與氣膜中的濃度 CAi；平衡濃度為 CAe 45 . 一級(jí)可逆反應(yīng) A==B ,對(duì)不同控制步驟繪出反應(yīng)物 分布。其中：主體濃度為CAg；顆粒表面濃度為 Cas；顆粒中心濃度為 CAg CAg CAg CAg Rp 0 *主 動(dòng)力學(xué)控制 內(nèi)擴(kuò)散控制 CAg CAg 外擴(kuò)散控制