化學(xué)反應(yīng)工程0411122期末A-答案

1、£海，彩枚4人考（勤奮、求是、創(chuàng)新、奉獻）20142015學(xué)年第2學(xué)期考試試卷主考教師：王遠強學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院班級姓名學(xué)號化學(xué)反應(yīng)工程課程試卷A參考答案及評分標準（本卷考試時間120分鐘）題號一二三四五六七八總得分題分1212201010101214100得分、不定項選擇題1、若外擴散阻力影響消除但存在內(nèi)擴散的情況下，當催化劑粒徑減小時，其顆粒內(nèi)部效率因子7 2一。增加不變減小其它2、能使內(nèi)擴散的影響加大的有。增加催化劑顆粒的粒徑增強催化劑的活性升高反應(yīng)溫度提高反應(yīng)的主體相濃度G降低反應(yīng)的主體相濃度G3、均相CSTRE應(yīng)器中S形放熱曲線，在高溫區(qū)的特征是；顆粒催化劑的S形放熱曲線，高

2、溫區(qū)的特征是。擴散控制動力學(xué)控制反應(yīng)物耗盡轉(zhuǎn)化率較小4、關(guān)于理想的間歇式反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器，下列描述錯誤的是。 三者同為理想反應(yīng)器，但理想的內(nèi)涵是不同的 理想的間歇式反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的內(nèi)涵是一樣的，都是反應(yīng)器內(nèi)溫度和組成相同。 理想的間歇式反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的理想的內(nèi)涵是不一樣的，雖都是反應(yīng)器內(nèi)溫度和組成處處相同，但前者隨著時間的變化溫度和組成可能都發(fā)生變化，而后者則不隨時間變化平推流和全混流反應(yīng)器都是連續(xù)流動式反應(yīng)器，前者的返混為零，后者為無窮大5、工業(yè)生產(chǎn)中對氣液反應(yīng)器需要有較高的生產(chǎn)強度，若反應(yīng)速度較快，反應(yīng)基本上是在界面近旁的反應(yīng)帶（液膜）中進行，要求反應(yīng)器應(yīng)具有

3、表面積較大，具有一定得液相傳質(zhì)系數(shù)，下列哪些反應(yīng)器不適用于此類反應(yīng)？。填料塔反應(yīng)器攪拌鼓泡反應(yīng)器流化床反應(yīng)器板式反應(yīng)器固定床反應(yīng)器考試試卷第1頁共6頁、填空題1、平行反應(yīng)主副反應(yīng)均為一級不可逆反應(yīng)，若主反應(yīng)活化能大于副反應(yīng)活化能，則目標產(chǎn)物的選擇性濃度無關(guān),僅是溫度的函數(shù)。2、反應(yīng)活化能就是反應(yīng)物分子“激發(fā)”為活化分子所需的能量，因此，活化能的大小是表征化學(xué)反應(yīng)進行難易程度的標志。3、當反應(yīng)級數(shù)為非零、非一級時,流體的微觀混合影響反應(yīng)的速率，當反應(yīng)級數(shù)大于一級時，宏觀混合速率大于（大于、等于或小于）微觀混合速率。4、非理想流動現(xiàn)象常包括滯留區(qū)的存在、存在溝路和短路、循環(huán)流、流體流速分布不均勻以

4、及擴散等。5、某二級不可逆氣-固相催化反應(yīng)，（Cb-Ces）/Cb=0.5（。為氣體主體相濃度，Gs為催化劑顆粒外表面濃度），則顆粒外擴散有效因子ni為0.25,外擴散影響程度較高。6、按雙膜論，在氣液反應(yīng)中，反應(yīng)物A在氣相，反應(yīng)物B在液相，若反應(yīng)為極快反應(yīng)，且Ql=Gl（Cbl為臨界濃度），則反應(yīng)面位置在液膜界面上，這時G表示A組分在液膜內(nèi)的界面濃度（下標i表小界面）。、簡述題1、簡述階躍法測停留時間分布的實驗方法及其對應(yīng)曲線？階躍法是當設(shè)備內(nèi)流體達到定態(tài)流動后，自某瞬間起連續(xù)加入示蹤物流，然后分析出口流c輸入曲線Q-C（«）響應(yīng)曲線體中示蹤物濃度隨時間的變化，以確定停留時間分布。

5、（3分）（2分）2、請說明返混定義、產(chǎn)生原因以及限制返混的措施。返混：具有不同停留時間物料的混合形成返混。（1分）返混產(chǎn)生的原因：（1）反應(yīng)器內(nèi)速度不均勻的物料混合，如流速分布；（2）反應(yīng)器中的環(huán)流，如攪拌漿的流速分布。（2分）限制返混的措施：（1）強化速度分布的均勻性（2）橫向分割（3）縱向分割（4）放置填料等。（2分）3、自催化反應(yīng)如何進行最優(yōu)反應(yīng)器組合？用圖示簡要說明。最優(yōu)的反應(yīng)器組合就是先用一個全混流反應(yīng)器，控制在最大速率點處操作，然后接一個平推流反應(yīng)器。Ca<Ca,OPT,CCST>TPFRCa>Ca,opt,Ccst<PFPFR返混有利，尤其是在開始階段，采

6、用CSTRS作（3分）分）4、CSTR中進行一級不可逆均相放熱反應(yīng)，如何判定操作點？如釜中進行某串聯(lián)反應(yīng)，要求控制的轉(zhuǎn)化率為不穩(wěn)定操作點對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)如何進行操作？（1分）圖中A和C為穩(wěn)定的操作點，B為不穩(wěn)定操作點，由于A點轉(zhuǎn)化率較點，實際中常在C點進行操作。CSTR的熱穩(wěn)定條件為：包<也即放熱速率應(yīng)小于移熱速率。（2分）dTdT如要求控制的轉(zhuǎn)化率為不穩(wěn)定操作點對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，此時為了滿足熱穩(wěn)定條件，必須提高冷卻介質(zhì)溫度，并相應(yīng)地增大UA,使移熱線上移。（2分）四、某化學(xué)反應(yīng)在450c時的反應(yīng)速率是400c時的10倍，求該反應(yīng)的活化能（設(shè)濃度不變）解：設(shè)該反應(yīng)物濃度為Ca,反應(yīng)級數(shù)為n,

7、反應(yīng)速率常數(shù)為k貝U反應(yīng)的速率（-17）=3=k0exp（-）CAn（2分）RT450c時，（Ta）i=k°exp（一盤）CAn（2分）723R400c時，（-a）2=k0exp（-）Ca”（2分）673R由題意：（"萬=exp（-）且=10（2分）（-rA）2673723R=E=186.3(kJ/mol)(2分)五、醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水，而副反應(yīng)生成甲烷和二氧化碳（反應(yīng)均為一級）CH3COOHtCH2=CO+H2O（主反應(yīng)）；CH3COOH巴TCH4+CO2（副反應(yīng)），已知在916C時的ki=4.65s-1,k2=3.74s_1,t=0時,乙烯酮和甲烷濃度均為0

8、。試計算：（1）99%的醋酸反應(yīng)掉所需的時間；（2）在此反應(yīng)條件下醋酸轉(zhuǎn)化成乙烯酮的選擇性。則有:解：設(shè)在時間為t時乙烯酮和甲烷的濃度分別為X和丫，醋酸的初濃度為Cao,dX-=k1（CA0-X-Y）（2分）；。一一丫）上面兩式相加可得：d（X+Y）=（k1+k2）（CAoX丫），積分得:-1lnCA0二tdtk1k2Cao-(X'Y)（1）當醋酸的轉(zhuǎn)化率為0.99時，應(yīng)有X+Y=0.99Cao,代入上式可得:11-t=ln=0.549（s）（5分）4.653.741-0.99（2）X+Y=0.99Cao；X/Y=k1/k2=4.65/3.74,聯(lián)解這兩個方程得到：X=0.549Cao

9、;Y=0.441Cao;醋酸轉(zhuǎn)化為乙烯酮的選擇性為：屋心"震二55"（52分）六、均相氣相反應(yīng)Z3P在185C,400kPa下在一個平推流反應(yīng)器中進行，其中k=10-2s-1。進料量Fa尸30kmol/h,A原料含50%有性氣，為使反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率達80%該反應(yīng)器體積應(yīng)為多大?3-1解：6A=1=2,yA0=0.5,根據(jù)k的單位判斷出反應(yīng)為一級反應(yīng)，（2分）1(A)=kCA,1-'XA1-'XA/c八、Ca=CaoE=CaF(2刀)-301000一八、Fao=Caoo=8.333(mol/s)(1分)3600FaoCao8.3334001000/8.314(

10、273.15185)=0.0793(m3/s)(1分)反應(yīng)器體積:08dxAVr-0=Cao'o0kCA=Cao'0。.8(1XaRXa0kCAo(1-Xa)0.0793X0.01_3(-0.8-2ln0.2)=19.18(m)(6分)七、有一醋酊水溶液，在25c條件下進行水解反應(yīng)，在Ig溫度下的速率方程為：（-rA）=0.158Ca,mol/(mincm3)。醋酉千初濃度為CA0=1.5父10"mol/cm3,進料流量為500cm3/min,現(xiàn)有兩個2.5L和一個5L的全混流反應(yīng)器，試回答下列問題：(1)用一個5L的全混流反應(yīng)器操作，轉(zhuǎn)化率是多少？(2)用兩個2.5

11、L全混流反應(yīng)器串連操作，轉(zhuǎn)化率是多少？(3)若用一個2.5L的全混流反應(yīng)器后串連一個2.5L的平推流反應(yīng)器，轉(zhuǎn)化率是多少？解：(1)一個5L的CSTR:>=Y1=Ca0-Ca=CA=CA0VR(rA)=1.5父1045000。.158cA(2分)-0(-rA)0500=Ca=5.814m10,(mol/cm3)=Xa="°一。八=0.612(2分)Ca0(2)兩個2.5L的CSTR串連：CC»CCA=竺=4.68父10(mol/cm3)(2分)=xA=A=0.688(2分)(1k/2)Ca0(3)先CSTR,后PFR4cCSTR:ggggj5-10-Ca1=

12、Cai=8.38x10(mol/cm3)(2分)5000.158CaiPFR:CA2=CA1e”“8.38父10,=3.803父10(mol/cm3)(2分)1.510，-0.380310"Xa=0.7461.510八、在球形催化劑上進行氣體A的分解反應(yīng)，該反應(yīng)為一級不可逆放熱反應(yīng)。已知催化劑顆粒直徑為0.3cm,氣體在顆粒中的有效擴散系數(shù)為4.5X10-5m,顆粒外表面氣膜傳熱系數(shù)為161kJ/(m2hK)，氣膜傳質(zhì)系數(shù)為310m/h,反應(yīng)熱效應(yīng)為-162kJ，氣相主體A的濃度為0.2mol/L,實驗測得A的表觀反應(yīng)速率為1.67mol/(minL)，試估算：(1)外擴散阻力對反應(yīng)速率的影響；(2)內(nèi)擴散阻力對反應(yīng)速率的影響；(3)外表面與氣流主體間的溫差。解：由題意得，(1) RA=1.67mol/(minL)=1.6760mol/(hL)=100.2mol/(hL)Ra=kga(CAbCs/(CAb-Cas)100