化學(xué)反應(yīng)工程 試題

《化學(xué)反應(yīng)工程》試題一、填空題質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、動量傳遞和化學(xué)反應(yīng)稱為三傳一反.物料衡算和能量衡算的一般表達(dá)式為輸入-輸出=累積。著眼組分A轉(zhuǎn)化率xA的定義式為xA=(nA0-nA)/nA0?？偡磻?yīng)級數(shù)不可能大于3。反應(yīng)速率-rA=kCACB的單位為kmol/(m3·h)，速率常數(shù)k的因次為m3/(kmol·h)。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。反應(yīng)速率的單位為mol/L·s，速率常數(shù)k的因次為(mol)1/2·L-1/2·s。反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T的關(guān)系為，其活化能為83.14kJ/mol。某反應(yīng)在500K時的反應(yīng)速率常數(shù)k是400K時的103倍，則600K時的反應(yīng)速率常數(shù)k時是400K時的105倍。某反應(yīng)在450℃時的反應(yīng)速率是400℃時的10倍，則該反應(yīng)的活化能為（設(shè)濃度不變）186.3kJ/mol。非等分子反應(yīng)2SO2+O2==2SO3的膨脹因子等于-0.5。非等分子反應(yīng)N2+3H2==2NH3的膨脹因子等于–2/3。反應(yīng)N2+3H2==2NH3中（）=1/3（）=1/2在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級不可逆反應(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，反應(yīng)物A的出口濃度為CA0(1-xA)n，轉(zhuǎn)化率為1-(1-xA)n。在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級不可逆反應(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，反應(yīng)物A的出口濃度為，轉(zhuǎn)化率為。反應(yīng)活化能E越大，反應(yīng)速率對溫度越敏感。對于特定的活化能，溫度越低溫度對反應(yīng)速率的影響越大。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)。某反應(yīng)目的產(chǎn)物和著眼組分分別為P和A其收率ΦP的定義為(nP-nP0)/(nA0-nA)。均相自催化反應(yīng)其反應(yīng)速率的主要特征是隨時間非單調(diào)變化，存在最大的反應(yīng)速率。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)反應(yīng)動力學(xué)常采用的方法有速率控制步驟、擬平衡態(tài)。對于連續(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間變化。返混的定義：不同停留時間流體微團(tuán)間的混合。平推流反應(yīng)器的返混為0；全混流反應(yīng)器的返混為∞?？諘r的定義為反應(yīng)器有效體積與進(jìn)口體積流量之比。針對著眼組分A的全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程為。不考慮輔助時間，對反應(yīng)級數(shù)大于0的反應(yīng)，分批式完全混合反應(yīng)器優(yōu)于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級數(shù)>0時，多個全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果優(yōu)于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級數(shù)<0時，多個全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果差于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級數(shù)>0時，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果優(yōu)于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級數(shù)<0時，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果差于全混流反應(yīng)器。對反應(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、多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器其反應(yīng)器體積的大小關(guān)系為全混流＞多級串聯(lián)全混流＞平推流；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。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。主反應(yīng)級數(shù)大于副反應(yīng)級數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇平推流反應(yīng)器。主反應(yīng)級數(shù)小于副反應(yīng)級數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇全混流反應(yīng)器。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。主反應(yīng)級活化能小于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用低溫操作。主反應(yīng)級活化能大于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用高溫操作。停留時間分布密度函數(shù)的歸一化性質(zhì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。定常態(tài)連續(xù)流動系統(tǒng)，F(xiàn)(0)=0；F(∞)=1。定常態(tài)連續(xù)流動系統(tǒng)，F(xiàn)(t)與E(t)的關(guān)系。平均停留時間是E(t)曲線的分布中心；與E(t)的關(guān)系為。方差表示停留時間分布的分散程度；其數(shù)學(xué)表達(dá)式為。采用無因次化停留時間后，E(θ)與E(t)的關(guān)系為。采用無因次化停留時間后，F(xiàn)(θ)與F(t)的關(guān)系為F(θ)=F(t)。無因次方差與方差的關(guān)系為。平推流反應(yīng)器的=0；而全混流反應(yīng)器的=1。兩種理想流動方式為平推流和全混流。非理想流動的數(shù)值范圍是0~1。循環(huán)操作平推流反應(yīng)器循環(huán)比越大返混越大。循環(huán)操作平推流反應(yīng)器當(dāng)循環(huán)比β=0時為平推流；當(dāng)β=∞時為全混流。停留時間分布實(shí)驗(yàn)測定中，常用的示蹤方法為脈沖示蹤和階躍示蹤。脈沖示蹤法根據(jù)檢測到的濃度變化曲線可以直接得到E(t)曲線。階躍示蹤法根據(jù)檢測到的濃度變化曲線可以直接得到F(t)曲線。采用脈沖示蹤法測得的濃度CA(t)與E(t)的關(guān)系式為E(t)=CA(t)/C0。采用階躍示蹤法測得的濃度CA(t)與F(t)的關(guān)系式為F(t)=CA(t)/CA0。N個等體積全混釜串聯(lián)的停留時間分布的無因次方差=1/N。多級全混釜串聯(lián)模型當(dāng)釜數(shù)N=1為全混流，當(dāng)N=∞為平推流。全混流的E(t)=；F(t)=。平推流的E(t)=0當(dāng)、=∞當(dāng)；F(t)=0當(dāng)、=1當(dāng)。軸向分散模型中，Pe準(zhǔn)數(shù)越小返混越大。軸向分散模型中Peclet準(zhǔn)數(shù)的物理意義是代表了流動過程軸向返混程度的大小。對于管式反應(yīng)器，流速越大越接近平推流；管子越長越接近平推流。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徑比。對于平推流反應(yīng)器，宏觀流體與微觀流體具有相同的反應(yīng)結(jié)果。工業(yè)催化劑所必備的三個主要條件：選擇性高、活性好和壽命長?；瘜W(xué)吸附的吸附選擇性要高于物理吸附的吸附選擇性。化學(xué)吸附的吸附熱要大于物理吸附的吸附熱?；瘜W(xué)吸附常為單分子層吸附，而物理吸附常為多分子層吸附。操作溫度越高物理吸附越弱，化學(xué)吸附越強(qiáng)；在氣固相催化反應(yīng)中動力學(xué)控制包括表面吸附、表面反應(yīng)和表面脫附。氣固相催化反應(yīng)本征動力學(xué)指消除內(nèi)外擴(kuò)散對反應(yīng)速率的影響測得的動力學(xué)。氣固相催化反應(yīng)的本征動力學(xué)與宏觀動力學(xué)的主要區(qū)別是前者無內(nèi)外擴(kuò)散的影響。在氣固相催化反應(yīng)中測定本征動力學(xué)可以通過提高氣體流速消除外擴(kuò)散、通過減小催化劑顆粒粒度消除內(nèi)擴(kuò)散。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。固體顆粒中當(dāng)孔徑較大時以分子擴(kuò)散為主，而當(dāng)孔徑較小時以努森擴(kuò)散為主。氣固相催化串聯(lián)反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會使中間產(chǎn)物的選擇性下降。氣固相催化平行反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會使高級數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性下降。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。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的反應(yīng)速率。催化劑粒徑越大，其Thiele模數(shù)越大，有效系數(shù)越小；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)。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。固定床反應(yīng)器的主要難點(diǎn)是反應(yīng)器的傳熱和控溫問題。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。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。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。你們對于體積為VP外表面積為aP的顆粒其體積當(dāng)量直徑為、面積當(dāng)量直徑為、比表面當(dāng)量直徑為。固定床最優(yōu)分段的兩個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)算分析題在恒容條件下，反應(yīng)A+2B==R，原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3，計(jì)算當(dāng)CB=20kmol/m3時，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CA0-CA=(CB0-CB)/2得到：CA=60kmol/m3xA=(CA0-CA)/CA0=0.4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=20kmol/m3時，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA、xB及各組分的濃度。解：δB=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5n=n0(1+yB0δBxB)=n0(1-0.5xB)在恒壓條件下：V=V0n/n0=V0(1-0.5xB)CB=nB/V=nB0(1-xB)/[V0(1-0.5xB)]=CB0(1-xB)/(1-0.5xB)xB=8/9nA0-nA=(nB0-nB)/2xA=(nA0-nA)/nA0=(nB0-nB)/(2nA0)=(nB0-nB)/(2nB0)=0.5xB=4/9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=4.0mol/L，CR0=CS0=0，在間歇反應(yīng)器中恒容操作一定時間后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5mol/L，計(jì)算此時組分B和S的濃度。解：在恒容條件下：ΔCA1=CB0-CB；ΔCA2=CS；CR=(CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2得到：CS=(CA0-CA-CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1mol/LCB=CB0-CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4mol/L在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫2級、1級、0級均相反應(yīng)，分別求出轉(zhuǎn)化率由0至0.9所需的時間與轉(zhuǎn)化率由0.9至0.99所需時間之比。解：在間歇反應(yīng)器中：0級反應(yīng)：，1級反應(yīng)：，2級反應(yīng)：，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，試推導(dǎo)：以A組分轉(zhuǎn)化率xA表示的反應(yīng)速率方程；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：（1）（2）δA=(2-1)/1=1yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+0.5xA)xA=2n/n0-2=2P/P0-2在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫二級反應(yīng)A==B，反應(yīng)速率：當(dāng)CA0分別為1、5、10mol/L時，分別計(jì)算反應(yīng)至CA=0.01mol/L所需的時間。解：在間歇反應(yīng)器中可視為恒容反應(yīng)可視為：當(dāng)CA0=1mol/L時，t=9900s當(dāng)CA0=5mol/L時，t=9950s當(dāng)CA0=10mol/L時，t=9990slnk1/T試畫出反應(yīng)速率常數(shù)klnk1/T解：lnk與1/T作圖為一直線某氣相恒容反應(yīng)在400K時的速率式為：MPa/h，（1）試問反應(yīng)速率常數(shù)的單位是什么？（2）若速率式寫成kmol/(m3·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：(h·MPa)-1（2）m3/(kmol·h)等溫下在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級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)時間？若反應(yīng)為2級，則需多少反應(yīng)時間？解：一級反應(yīng)：二級反應(yīng)：液相自催化反應(yīng)A==B的速率方程為mol/(L·h)，在等溫間歇釜中測定反應(yīng)速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，經(jīng)過1小時后可測得反應(yīng)速率最大值，求該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k。解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA反應(yīng)速率最大時：，得到CA=0.5mol/L對反應(yīng)速率式積分得到，代入數(shù)據(jù)得到k=2.944L/(mol·h)對于氣相反應(yīng)：A→3P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表示的反應(yīng)速率方程。假定原料為50%A和50%惰性組分，氣體符合理想氣體。解：在恒容條件下δA=(3-1)/1=2yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+xA)xA=n/n0-1=P/P0-1對于氣相反應(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CA0。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：δA=(3-1)/1=2yA0=1等溫恒壓：v=v0(1+yA0δAxA)=v0(1+2xA)k1k1k2APS目的產(chǎn)物為P，反應(yīng)器體積為V，體積流量為v0，進(jìn)料為純A組分，濃度為CA0。（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，即最優(yōu)空時。解：全混流反應(yīng)器中對A組分作物料衡算對P組分作物料衡算：P的總收率：P的總選擇性：P的濃度達(dá)到最大需滿足：得到最優(yōu)空時：某一級氣相反應(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)1atmA和9atm惰性氣體。解：一級反應(yīng)：δA=(2-1)/1=1n=n0(1+δAyA0xA)=n0(1+yA0xA)P=P0(1+yA0xA)1atm純A：yA0=1P=P0(1+yA0xA)=1.393atm10atm純A：yA0=1P=P0(1+yA0xA)=13.93atm1atmA和9atm惰性氣體：yA0=0.1P=P0(1+yA0xA)=10.393atm某二級液相反應(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)時間為10min，問：（1）在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行時，空時τ為多少？（2）在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時，空時τ為多少？（3）若在兩個等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時，空時τ又為多少？解：（1）在平推流反應(yīng)器中：（2）在全混流反應(yīng)器中：（3）兩個等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中：第一個釜第二個釜由試差法計(jì)算得到：τ=51.5min自催化反應(yīng)A+R→2R其速率方程為：-rA=kCACR在等溫條件下進(jìn)行反應(yīng)，已知CA0和CR0，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；此最小反應(yīng)器總體積表達(dá)式；在FA0/(-rA)～xA圖上表示各反應(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)是兩個反應(yīng)器的分界點(diǎn)。CA+CR=CA0+CR0CR=CA0+CR0-CA=CM-CA反應(yīng)速率最大時，d(-rA)/dt=0CA=0.5CM①若CAf≥0.5CM，即，僅用一個全混釜即可②若CAf＜0.5CM，即全混釜體積：平推流體積：V=Vm+VPFA0FA0/(-rA)VPVmVPVmxAf0xAf0對于反應(yīng)速率方程為的液相反應(yīng)，為達(dá)到一定的生產(chǎn)能力，試討論當(dāng)n＞0、n=0和n＜0時，如何選擇型式（平推流或全混流）使反應(yīng)器體積最小，并簡單說明理由，并在圖上表示反應(yīng)器的體積。解：當(dāng)n=0時，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，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈正效應(yīng)，而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇平推流反應(yīng)器。當(dāng)n＜0時，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈負(fù)效應(yīng)，而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇全混流反應(yīng)器。n〈0FA/(-rA)xAFA/(-rA)n〈0FA/(-rA)xAFA/(-rA)FA/(-rA)n=0FA/(-rA)n=0n＞0xAxAxAxA一級等溫反應(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，（1）若反應(yīng)操作溫度相同，則Vm/Vp之值應(yīng)為多少？（2）若Vm/Vp=1，則全混流反應(yīng)器的操作溫度應(yīng)為多少？解：（1）（2）Vm/Vp=1，同樣得到：代入數(shù)據(jù)得到：Tm=440K等溫二級反應(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，若將兩個反應(yīng)器改換次序，問出口轉(zhuǎn)化率為多少？解：等溫二級反應(yīng)得到，平推流全混流：將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時的條件代入，計(jì)算得到：kCA0τ=61.53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等溫一級反應(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，若將兩個反應(yīng)器改換次序，問出口轉(zhuǎn)化率為多少？解：等溫一級反應(yīng)得到，平推流全混流：將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時的條件代入，計(jì)算得到：kτ=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全混流出口xA就是平推流進(jìn)口xA，計(jì)算平推流出口xA=0.99液相二級不可逆反應(yīng)A+B==C，CA0=CB0，在平推流反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)τ=10min時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，空時τ為多少？（2）若在兩個等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時，空時τ又為多少？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，初始濃度分別為和，試推導(dǎo)其在間歇釜中達(dá)到最大反應(yīng)速率時的時間和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，可使反應(yīng)器總體積最小，并用示意圖進(jìn)行表示。平行反應(yīng)：APrP=1SrS=2CATrT=CA2其中PAPrP=1SrS=2CATrT=CA2等溫一級不可逆串聯(lián)反應(yīng)ARS，進(jìn)料為純A濃度為CA0，連續(xù)操作空時為τ，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。APAPrP=k1CASrS=k2CA進(jìn)料為純A濃度為CA0，連續(xù)操作空時為τ，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。VmPFRCSTRVpv0VmPFRCSTRVpv0舉出與它有相同停留時間分布的另一種流動模型，這說明了什么問題。液相反應(yīng)R(主反應(yīng)R(主反應(yīng))rR=k1CA0.6CB1.2A+BS(副反應(yīng))rS=k2CA2.0CB0.2ABBAABAB①②③④從有利于產(chǎn)品分布的觀點(diǎn)，（1）將下列操作方式按優(yōu)→ABBAABAB①②③④試采用脈沖示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。試采用階躍示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。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)的停留時間分布密度函數(shù)E(t)和分布函數(shù)F(t)F(θ)和E(θ)分別為閉式流動反應(yīng)器的無因次停留時間分布函數(shù)和停留時間分布密度函數(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)（3）若反應(yīng)器為一非理想反應(yīng)器，試求：(a)F(∞)；(b)E(∞)；(c)F(0)；(d)E(0)；(e)；(f)丁烯在某催化劑上反應(yīng)的到丁二烯的總反應(yīng)為C4H8(A)==C4H6(B)+H2(C)假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：A+σAσAσBσ+CBσB+σ假定符合均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動力學(xué)方程：A吸附控制；B脫附控制；表面反應(yīng)控制。乙炔與氯化氫在HgCl2-活性炭催化劑上合成氯乙烯的反應(yīng)C2H2(A)+HCl(B)==C2H3Cl(C)其動力學(xué)方程式可有如下幾種形式：（1）（2）（3）試分別列出反應(yīng)機(jī)理和控制步驟氣固相催化反應(yīng)：A+B==C，其反應(yīng)機(jī)理如下：A+σAσB+σBσAσ+BCσCσC+σ假定符合Langmuir均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動力學(xué)方程：A吸附控制；C脫附控制；表面反應(yīng)控制。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+σ1＝Aσ1B+σ2＝Bσ2Aσ1+Bσ2→Rσ1+σ2(速率控制步驟)Rσ1＝R+σ1試用Langmuir均勻吸附模型導(dǎo)出該反應(yīng)的本征動力學(xué)方程。某氣固相催化反應(yīng)：A==R，其動力學(xué)方程式為（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)系式試列出氣固相催化反應(yīng)通常所經(jīng)歷的步驟，并區(qū)分動力學(xué)控制和傳遞控制。試敘述氣固相催化反應(yīng)中Thiel模數(shù)φs和有效系數(shù)η的物理意義；對于本征動力學(xué)的測定應(yīng)如何消除內(nèi)外擴(kuò)散的影響。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)其動力學(xué)方程（t與xB的關(guān)系）。提示：氣膜擴(kuò)散方程：；nB=ρmVc=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，若過程為非反應(yīng)核表面反應(yīng)控制，試采用縮核模型推導(dǎo)其動力學(xué)方程（t與xB的關(guān)系）。提示：表面反應(yīng)：；nB=ρmVc=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。QQQQrQgT123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：試(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。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)，標(biāo)明圖中各條線的名稱，根據(jù)最優(yōu)分段的要求畫出整個過程的操作線。TT0xATxAf0一級可逆反應(yīng)A==B，對不同控制步驟繪出反應(yīng)物A在催化劑顆粒內(nèi)部與氣膜中的濃度分布。其中：主體濃度為CAg；顆粒表面濃度為CAs；顆粒中心濃度為CAi；平衡濃度為CAe。主體氣膜粒內(nèi)主體氣膜粒內(nèi)CAgCAgRp0內(nèi)擴(kuò)散控制主體氣膜粒內(nèi)CAgCAgRp0外擴(kuò)散控制主體氣膜粒內(nèi)CAgCAgRp0動力學(xué)控制填空題（1）1957年，在荷蘭舉行的歐洲化學(xué)反應(yīng)工程會議上確定了化學(xué)反應(yīng)工程的研究對象和范疇。（2）化學(xué)反應(yīng)工程的兩次發(fā)展契機(jī)是石油工業(yè)大發(fā)展和計(jì)算機(jī)的興起。（2）為實(shí)現(xiàn)化學(xué)工程的放大任務(wù)，通常采用的放大技術(shù)有2種，分別是逐級經(jīng)驗(yàn)放大法和數(shù)學(xué)模型法。（3）作為跨學(xué)科領(lǐng)域的代表，聚合反應(yīng)工程、生化反應(yīng)工程和電化學(xué)反應(yīng)工程是當(dāng)前化學(xué)反應(yīng)工程發(fā)展的新興領(lǐng)域。（4）消除反應(yīng)器內(nèi)死區(qū)的方法有流體進(jìn)、出口位置的調(diào)整和設(shè)置擋板或者偏心攪拌。（5）活化能的大小直接反映了___反應(yīng)速率________對溫度的敏感程度。（6）全混流釜式反應(yīng)器最多可能有____3____個定常態(tài)操作點(diǎn)。（7）生成主產(chǎn)物的反應(yīng)稱為_____________，其它的均為_____________。（8）檢驗(yàn)串聯(lián)反應(yīng)是否有可逆反應(yīng)的方法是。（9）當(dāng)反應(yīng)速率用分壓表示時，其單位為。判斷題只有基元反應(yīng)，組分反應(yīng)級數(shù)與計(jì)量系數(shù)相等。對在一級不可逆反應(yīng)中，達(dá)到某一轉(zhuǎn)化率所需的時間與初始濃度無關(guān)。對平行的主、副反應(yīng)有相同級數(shù)。錯計(jì)量方程中的反應(yīng)物和產(chǎn)物摩爾數(shù)不相等時，體系總壓力會發(fā)生變化。錯由于化學(xué)反應(yīng)，每消耗1mol的組分A，所引起整個反應(yīng)體系摩爾數(shù)的變化量，稱為膨脹率錯間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程與PFR反應(yīng)器是相同的。對復(fù)合反應(yīng)選擇反應(yīng)器時，主要考慮主產(chǎn)物的收率。對并非每個定常態(tài)操作態(tài)均具有抗干擾性。對可逆放熱反應(yīng)