化學(xué)工程中化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題

本文格式為Word版，下載可任意編輯——化學(xué)工程中化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題化學(xué)反應(yīng)工程期末自測(cè)試卷

科目:化學(xué)反應(yīng)工程適用對(duì)象:化學(xué)工程與工藝本科

I.填空題1.(1)

化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究______________的科學(xué)。

2.(1)

P(主)AS(副)均為一級(jí)不可逆反應(yīng)，若E主假使平行反應(yīng)_______。

＞E副，提高選擇性SP應(yīng)

3.(1)

aA+bBpP+sS對(duì)于反應(yīng)，則rP?_______(?rA)。

4.(1)

全混流反應(yīng)器的移熱速率Qr=______________。

5.(1)

全混流反應(yīng)器的返混_______。

6.(1)

介于非凝集態(tài)與完全凝集態(tài)之間的混合態(tài)稱為_(kāi)______。

7.(1)

在軸向分散模型中，模型的唯一參數(shù)彼克萊準(zhǔn)數(shù)愈大軸向返混程度就_______。

8.(1)

氣-固相催化反應(yīng)的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)

?S?_______，它是表征內(nèi)擴(kuò)散影響的重要參數(shù)。

9.(2)

氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是靠_______結(jié)合的，而化學(xué)吸附是靠_______結(jié)合的。

10.(1)

絕熱床反應(yīng)器由于沒(méi)有徑向床壁傳熱，一般可以當(dāng)作平推流處理，只考慮流體滾動(dòng)方向上有溫度和濃度的變化，因此一般可用_______模型來(lái)計(jì)算。

11.(2)

目前描述固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型可分為_(kāi)______和_______的兩大類。

12.(3)

在流化床中為了傳熱或控制氣-固相間的接觸，常在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件，以垂直管最為常用，它同時(shí)具有_______，_______并甚至_______的作用。

13.(1)

描述流化床的鼓泡床模型，它相當(dāng)于

U0/Umf_______時(shí)，乳相中氣體全部下流的狀況，工

業(yè)上的實(shí)際操作大多屬于這種狀況。

14.(1)

雙膜模型把繁雜的相間傳質(zhì)過(guò)程模擬成_____________________的疊加，相間傳質(zhì)總阻力等于雙膜傳質(zhì)阻力的加和。

II.單項(xiàng)選擇1.(2)

全混流反應(yīng)器中有_______個(gè)穩(wěn)定的定常態(tài)操作點(diǎn)。

A.1B.2C.3D.4

2.(2)

一級(jí)連串反應(yīng)ACP,max?K1PK2S在全混流釜式反應(yīng)器中，則目的產(chǎn)物P的最大濃度

_______。

K1K2K2K2?K1CA0()CA0A.B.

[(K2/K1)1/2?1]2C.

CA0(K2K1K2)K2?K1CA0D.

[(K1/K2)1/2?1]2

3.(2)

軸向分散模型的物料衡算方程在_______式邊界條件下有解析解。

A.閉-閉B.開(kāi)-閉C.閉-開(kāi)D.開(kāi)-開(kāi)

4.(2)

反應(yīng)級(jí)數(shù)n=_______時(shí)微觀流體和宏觀流體具有一致的反應(yīng)結(jié)果。

A.0B.0.5C.1D.2

5.(2)

?d?dt?kdCi?md催化劑在使用過(guò)程中會(huì)逐漸失活，其失活速率式為，當(dāng)進(jìn)料中的雜質(zhì)吸附

極牢以及對(duì)產(chǎn)物無(wú)內(nèi)擴(kuò)散阻力時(shí)，d為_(kāi)______。

A.≈0B.=1C.→3D.≈1

6.(2)

催化劑顆粒擴(kuò)散的無(wú)因次擴(kuò)散模數(shù)

?S?RkVCSm?1/De值的大小反映了表面反應(yīng)速率與

_______之比。

A.擴(kuò)散速率B.外擴(kuò)散速率C.內(nèi)擴(kuò)散速率D.實(shí)際反應(yīng)速率

7.(2)

不屬于氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器擬均相二維模型的特點(diǎn)是_______。A.粒子與流體間有溫度差B.粒子與流體間無(wú)溫度差C.床層徑向有溫度梯度D.床層軸向有溫度梯度

8.(2)

不屬于氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器擬均相二維模型的特點(diǎn)是_______。A.粒子與流體間有濃度差B.粒子與流體間無(wú)濃度差C.床層徑向有溫度梯度D.床層徑向有濃度梯度

9.(2)

流化床反應(yīng)器中的操作氣速內(nèi)。

U0是根據(jù)具體狀況定的，一般取流化數(shù)

U0ut在_______范圍

A.0.1～0.4B.1.5～10C.10～15D.0.4～1.5

10.(2)

以下哪一項(xiàng)不屬于流化床反應(yīng)器按深度而分的第Ⅱ級(jí)模型的特點(diǎn)_______。A.各參數(shù)均為恒值B.參數(shù)值不隨床高而變C.參數(shù)值與氣泡大小無(wú)關(guān)D.參數(shù)值與氣泡大小有關(guān)

III.簡(jiǎn)答題1.(5)

對(duì)于可逆放熱反應(yīng)如何選擇操作溫度？

2.(5)

簡(jiǎn)述尋求停留時(shí)間分布的試驗(yàn)方法及其分類？

3.(5)

簡(jiǎn)述氣-液反應(yīng)的宏觀過(guò)程：A（g）+bB（l）→產(chǎn)物（l）？

4.(5)

簡(jiǎn)述固定床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)？

5.(5)

簡(jiǎn)述流化床反應(yīng)器的缺點(diǎn)？

6.(5)

簡(jiǎn)述氣-液相反應(yīng)器的設(shè)計(jì)所包含的內(nèi)容？

IV.計(jì)算題1.(10)

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：

CH3COOH1???CHk2?CO?H2O?1

?1CH3COOH2???CHk4?CO2

已知在916℃時(shí)

k1?4.65s,k2?3.74s，試計(jì)算：

1）99%的醋酸反應(yīng)掉的時(shí)間；(6分)

2）在此反應(yīng)條件下醋酸轉(zhuǎn)化成乙烯酮的選擇性。（4分）

2.(5)

P(主)AS(副)，其中rP平行反應(yīng)

CP0?CA0?0?2CA，

rS?CA2，已知

CA0?2.0mol/l，

，求在平推流反應(yīng)器中的

CP,max？

3.(10)

在一容積為2.5m3的間歇釜中進(jìn)行均相反應(yīng)A+B→P，為防止產(chǎn)物P在高溫分解，反應(yīng)維持在75℃等溫操作，

?rA?kCACBkmol/l?sk1?2.78l/kmol?s，，活化能

E?4.611kJ/mol。當(dāng)反應(yīng)物A和B的初始濃度均為CA0?CB0?4mol/l，A的轉(zhuǎn)化率

xA?0.80時(shí)，該間歇釜平均每分鐘可處理0.684kmol的反應(yīng)物A。今若把反應(yīng)移到一個(gè)管

內(nèi)徑為125mm的理想管式反應(yīng)器中進(jìn)行，若將溫度提升到85℃等溫操作，且處理量與所要

求達(dá)到的轉(zhuǎn)化率均與間歇反應(yīng)時(shí)一致，求所需的管式反應(yīng)器長(zhǎng)度。

4.(10)

應(yīng)用脈沖示蹤法測(cè)定一容積為12l的反應(yīng)裝置，進(jìn)入此反應(yīng)器的流體流速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下：t（min）0CA（g/l）0

試根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定E（t）曲線的方差

?2tv0?0.8l/min，

在定常態(tài)下脈沖的輸入80克的示蹤劑A，并同時(shí)測(cè)其出口物料中A的濃度CA隨時(shí)間的變化，

53

105

155

204

252

301

350

和

??2。

5.(5)

某一液相分解反應(yīng)，若已知其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為?rA?kCA，k?0.307min2?1，當(dāng)平均停留時(shí)

??0.211間為15min時(shí)，當(dāng)多級(jí)全混流模型可用時(shí)，其?，求其最終轉(zhuǎn)化率為多少？

化學(xué)反應(yīng)工程期末自測(cè)試卷答案

(3)

1.(1)

化學(xué)反應(yīng)的工程問(wèn)題

2.(1)

提高溫度

3.(1)

pa

UAv0?cPUAT4.(1)

T(1?)?(T0?mv0?cP)

5.(1)

最大

6.(1)

部分凝集態(tài)

7.(1)

愈小

8.(1)

RkVCSDem?1

9.(2)

范德華力、化學(xué)鍵力

10.(1)

擬均相一維

11.(2)

擬均相、非均相

12.(3)

傳熱、控制氣泡聚、減少顆粒帶出

13.(1)

＞6～11

14.(1)

串聯(lián)的穩(wěn)定的雙膜分子擴(kuò)散過(guò)程

1.(2)

B

2.(2)

B

3.(2)

D

4.(2)

C

5.(2)

A

6.(2)

C

7.(2)

A

8.(2)

A

9.(2)

A

10.(2)

C

1.(5)

1）對(duì)于放熱反應(yīng)，要使反應(yīng)速率盡可能保持最大，必需隨轉(zhuǎn)化率的提高，按最優(yōu)溫度曲線相應(yīng)降低溫度；（②分）2）這是由于可逆放熱反應(yīng)，由于逆反應(yīng)速率也隨反應(yīng)溫度的提高而提高，凈反應(yīng)速率出現(xiàn)一極大值；（②分）

3）而溫度的進(jìn)一步提高將導(dǎo)致正逆反應(yīng)速率相等而達(dá)到化學(xué)平衡。（①分）

2.(5)

通過(guò)物理示蹤法來(lái)測(cè)反應(yīng)器物料的停留時(shí)間的分布曲線。（①分）所謂物理示蹤是指采用一種易檢測(cè)的無(wú)化學(xué)反應(yīng)活性的物質(zhì)按一定的輸入方式參與穩(wěn)定的滾動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)觀測(cè)該示蹤物質(zhì)在系統(tǒng)出口的濃度隨時(shí)間的變化來(lái)確定系統(tǒng)物料的停留時(shí)間分布。（②分）根據(jù)示蹤劑輸入方式的不同大致分為四種：脈沖法、階躍法、周期示蹤法和隨機(jī)輸入法。（②分）

3.(5)

1）反應(yīng)物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達(dá)到氣液相平衡；②分2）反應(yīng)物氣相組分A從氣液相界面擴(kuò)散入液相，并在液相內(nèi)反應(yīng)；①分3）液相內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物向濃度下降方向擴(kuò)散，氣相產(chǎn)物則向界面擴(kuò)散；①分4）氣相產(chǎn)物向氣相主體擴(kuò)散。①分

4.(5)

凡是流體通過(guò)不動(dòng)的固體物料所形成的床層而進(jìn)行反應(yīng)的裝置都稱作固定床反應(yīng)器。（①分）1）催化劑在床層內(nèi)不易磨損；（①分）2）床層內(nèi)流體的滾動(dòng)接近于平推流，與返混式反應(yīng)器相比，用較少的催化劑和較小的反應(yīng)器容積來(lái)獲得較大的生產(chǎn)能力；（①分）3）固定床中的傳熱較差；（①分）4）催化劑的更換必需停產(chǎn)進(jìn)行。（①分）

5.(5)

1）氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態(tài)經(jīng)過(guò)床層，氣-固兩相接觸不夠有效；（①分）2）粒子運(yùn)動(dòng)基本上是全混式，因此停留時(shí)間不一。（①分）在以粒子為加工對(duì)象時(shí)，影響產(chǎn)品質(zhì)量的均一性，（①分）且粒子的全混造成了氣體的部分返混，影響反應(yīng)速率和造成副反應(yīng)的增加；（①分）

3）粒子的磨損和帶出造成催化劑的損失，并要設(shè)置旋風(fēng)分開(kāi)器等粒子回收系統(tǒng)。（①分）

6.(5)

首先是根據(jù)氣-液反應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征來(lái)選擇正確的反應(yīng)器型式，（②分）然后結(jié)合反應(yīng)器特性來(lái)確定能滿足給定生產(chǎn)任務(wù)的反應(yīng)器幾何尺寸。（③分）

1.(10)

解：設(shè)在時(shí)間t時(shí)乙烯酮和甲烷的濃度分別為x和y，初始為

dxdt?k1(CA0?x?y)CA0，則

①分

dydt?k2(CA0?x?y)d(x?y)?(k相加得

dt1?k2)(CA0?x?y)d(x?y)將其積分

CA0?(x?y)?(k1?k2)dt

lnCA0(x?y)?(k1?k2)t

CA0?1）當(dāng)轉(zhuǎn)化率為99%時(shí)

x?y?0.99CA0t?1ln14.65?3.741?0.99?0.549sSdxP?2）瞬時(shí)選擇性為

dyx?k1積分得

yk?4.6523.74S?x55.4%y?2.(5)

?P?rP?2?dCP解：

?rA2?CA?dCA對(duì)上式進(jìn)行積分得

CP???CA2C2?CdCAA0A①分

①分

②分

①分

①分

①分

②分

①分

①分

①分

當(dāng)CA?0時(shí)，產(chǎn)物P的濃度最大①分

CP,max?∴

3.(10)

?222?CA0dCA?2ln2?1.386mol/l②分

解：根據(jù)阿累尼烏斯公式

k?k0e?E/RT①分?E(1?1T1)lnk1k2故

RT2①分

求得k2?6.633l/mol?s①分由于

CA0?CB0?4mol/l，且為等摩爾反應(yīng)，故

22?rA?kCACB?kCA?kCA0(1?xA)??2dCAdt①分

在間歇反應(yīng)器中所需的反應(yīng)時(shí)間為：

t??1k

?CAdCA2CA0CA?1kCA(1?1CA0)?1kCA0(1?xA)?xA①分

帶入得t?151s?2.5min①分此反應(yīng)時(shí)間應(yīng)等于在理想管式反應(yīng)器中的停留時(shí)間，即??2.5min①分v0?FA0CA0?0.6840.004?171l/min①分

3V??v0?171?2.5?428l?0.428m①分

L?V管長(zhǎng)

4.(10)

?/4D2?35m①分

解：首先對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，此時(shí)應(yīng)滿足：

??0CAdt?Mv0?C0?800.8?100①分

??0CAdt?53[0?2(5?4?1)?4(3?5?2?0)]?100①分

∴試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)是滿足的。