反應(yīng)工程期末考試試題

化學(xué)反應(yīng)過程簡(jiǎn)答填空名詞解釋任何化工生產(chǎn)，從原料到產(chǎn)品都可以概括為原料預(yù)處理，化學(xué)反應(yīng)過程和產(chǎn)物的后處理三個(gè)構(gòu)成部分，而化學(xué)反應(yīng)過程是整個(gè)化工生產(chǎn)的關(guān)鍵。工業(yè)反應(yīng)器中對(duì)反應(yīng)成果產(chǎn)生影響的重要物理過程是：1，由物料的不均勻混合和停留時(shí)間不一樣引起的傳質(zhì)過程；2，由化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)產(chǎn)生的傳熱過程；3，多相催化反應(yīng)中在催化劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散與傳熱過程。化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分類：1.按反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相態(tài)分類分為：eq\o\ac(○,1)均相反應(yīng)，包括氣相均相反應(yīng)和液相均相反應(yīng)；eq\o\ac(○,2)非均相反應(yīng)，包括氣-固相、氣-液相、液-固相、氣-液-固相反應(yīng)。2.按操作方式分類分為：間歇操作，持續(xù)操作和半持續(xù)操作。3.按反應(yīng)器型式來分類分為：管式反應(yīng)器，槽式反應(yīng)器和塔式反應(yīng)器。4.按傳熱條件分為：等溫反應(yīng)器，絕熱反應(yīng)器和非等溫絕熱反應(yīng)器。化學(xué)反應(yīng)工程的基本研究措施是數(shù)學(xué)模型法。反應(yīng)速率：?jiǎn)挝环磻?yīng)體系內(nèi)反應(yīng)程度隨時(shí)間的變化率。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：定量描述反應(yīng)速率與影響反應(yīng)速率原因之間的關(guān)系式。半衰期：反應(yīng)轉(zhuǎn)化率從0變成50%所需時(shí)間稱為該反應(yīng)的半衰期。建立動(dòng)力學(xué)方程的措施有：積分法、微分法、最小方差分析法。反應(yīng)器開發(fā)的三個(gè)任務(wù)：eq\o\ac(○,1)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性來選擇合適的反應(yīng)器型式；eq\o\ac(○,2)結(jié)合動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器兩方面特性來確定操作方式和優(yōu)化操作條件；eq\o\ac(○,3)根據(jù)給定的產(chǎn)量對(duì)反應(yīng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定反應(yīng)器的幾何尺寸并進(jìn)行評(píng)價(jià)。反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算所波及的基礎(chǔ)方程式就是動(dòng)力學(xué)方程式、物料衡算方程式和熱量衡算方程式。停留時(shí)間分布：在反應(yīng)器中，由于流動(dòng)狀況不一樣，物料微元體在反應(yīng)器中的停留時(shí)間也許是各不相似的，存在一種分布，稱為停留時(shí)間分布平均停留時(shí)間：各流體微元從反應(yīng)器入口到出口所經(jīng)歷的平均時(shí)間稱為平均停留時(shí)間。充足混合：指反應(yīng)器內(nèi)的物料在機(jī)械攪拌的作用下參數(shù)各處均一。間歇反應(yīng)器特性：eq\o\ac(○,1)由于劇烈攪拌、混合，反應(yīng)器內(nèi)有效空間中各未知的物料溫度、濃度都相似；eq\o\ac(○,2)由于一次加料，一次出料，反應(yīng)過程中沒有加料、出料，所有物理在反應(yīng)器中停留時(shí)間相似，無返混現(xiàn)象；eq\o\ac(○,3)出料構(gòu)成與反應(yīng)器內(nèi)物理的最終構(gòu)成相似；eq\o\ac(○,4)為間歇操作，有輔助生產(chǎn)時(shí)間。平推流反應(yīng)器：指通過反應(yīng)器的物料沿著同意方向以相似速度向前流動(dòng)，像活塞同樣在反應(yīng)器中向前平推。理想置換反應(yīng)器的特性：eq\o\ac(○,1)物料無返混，所有物料通過反應(yīng)器時(shí)間相似。eq\o\ac(○,2)在垂直于流動(dòng)方向上的同一截面，不一樣徑向未知的流體特性是一致的。eq\o\ac(○,3)在定常態(tài)下操作，反應(yīng)器內(nèi)的狀態(tài)只隨軸向位置變化，不隨時(shí)間變化。全混流反應(yīng)器特性：eq\o\ac(○,1)物料在反應(yīng)器內(nèi)充足返混；eq\o\ac(○,2)反應(yīng)器內(nèi)各處物料參數(shù)均一；eq\o\ac(○,3)反應(yīng)器的出口構(gòu)成與內(nèi)物料構(gòu)成相似；eq\o\ac(○,4)反應(yīng)過程中持續(xù)進(jìn)料與出料，是一定常態(tài)過程。循環(huán)反應(yīng)器的基本假設(shè)：反應(yīng)器內(nèi)為理想活塞流動(dòng)；管線內(nèi)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);整個(gè)體系處在定常態(tài)操作。PFR和CSTR的選擇：轉(zhuǎn)化率低的自催化反應(yīng)，CSTR優(yōu)于PFR；轉(zhuǎn)化率高的PFR較合適?？赡娣磻?yīng)速率總是隨轉(zhuǎn)化率升高而減少。可逆吸熱反應(yīng)速率總是隨溫度升高而加緊，而可逆放熱反應(yīng)按最佳溫度曲線操作時(shí)速率最大。平行反應(yīng)：反應(yīng)物能同步進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)。稱之為平行反應(yīng)連串反應(yīng)：指反應(yīng)產(chǎn)物能深入反應(yīng)成其他副產(chǎn)物的過程。連串反應(yīng)中，為了提高目的產(chǎn)物的收率，應(yīng)盡量使k1/k2比值增長(zhǎng)，使cA度增長(zhǎng)，cP濃度減少。反應(yīng)速率常數(shù)k與濃度無關(guān)，只有變化溫度可以影響k1/k2提高溫度對(duì)活化能大的反應(yīng)有利，若生成目的產(chǎn)物活化能較高，就應(yīng)升高溫度，反之減少溫度。簡(jiǎn)樸混合：假如本來在反應(yīng)器不一樣位置的物料是在同一時(shí)間進(jìn)入反應(yīng)器的，發(fā)生混合作用時(shí)，這種混合稱為簡(jiǎn)樸混合返混：假如本來在不一樣位置的物料是在不一樣步間進(jìn)入反應(yīng)器的，由于反應(yīng)時(shí)間不一樣，物料的濃度是不一樣的，兩者混合后混合物的濃度與物料的濃度不一樣，這種混合過程稱為返混。示蹤劑應(yīng)滿足的規(guī)定：eq\o\ac(○,1)示蹤劑與原物料是互溶的，但與原物料之間無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生；eq\o\ac(○,2)示蹤劑的加入必須對(duì)主流體的流動(dòng)形態(tài)沒有影響；eq\o\ac(○,3)示蹤劑必須是能用簡(jiǎn)便而又精確的措施加以確定的物質(zhì)；eq\o\ac(○,4)示蹤劑盡量選用無毒、不燃、無腐蝕同步價(jià)格又較低的物質(zhì)。（小編提醒，此題為簡(jiǎn)答題，考試題幾率為90%）對(duì)比時(shí)間：用時(shí)間與反應(yīng)器空時(shí)的比值作為自變量。非理想流動(dòng)模型有：凝集流模型；多極混合槽模型；軸向擴(kuò)散模型流體元：指流體流動(dòng)的最小獨(dú)立單元。分散流體：流體元是分子的狀況，即流體以分子狀態(tài)均勻分散于系統(tǒng)中的流體。也叫微觀流體微觀混合：微觀流體的流體元以分子狀態(tài)相混合，稱為微觀混合凝集：流體的分子匯集成微小的集團(tuán)存在于系統(tǒng)之中，這種局部分子匯集成團(tuán)的現(xiàn)象稱為凝集凝集流體：流體流動(dòng)的最小單元是凝集的分子集團(tuán)的流體，也叫宏觀流體宏觀混合：宏觀流體分子集團(tuán)的狀態(tài)相混合稱為宏觀混合模型法處理化學(xué)反應(yīng)工程問題的環(huán)節(jié)：eq\o\ac(○,1)小試研究化學(xué)反應(yīng)規(guī)律；eq\o\ac(○,2)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律合理選擇反應(yīng)器類型；eq\o\ac(○,3)大型冷模試驗(yàn)研究傳遞過程規(guī)律；eq\o\ac(○,4)運(yùn)用計(jì)算機(jī)或其他手段綜合反應(yīng)規(guī)律和傳遞規(guī)律，預(yù)測(cè)大型反應(yīng)器性能，尋找優(yōu)化條件；eq\o\ac(○,5)熱模試驗(yàn)檢查模型的等效性。催化劑反應(yīng)過程的特性：eq\o\ac(○,1)催化劑變化反應(yīng)歷程，變化反應(yīng)速率，其自身在反應(yīng)前后沒有變化。eq\o\ac(○,2)對(duì)可逆反應(yīng)，催化劑不會(huì)變化反應(yīng)物質(zhì)最終所能到達(dá)的平衡狀態(tài)。eq\o\ac(○,3)對(duì)任何一種可逆反應(yīng)，催化劑即會(huì)加緊正反應(yīng)速率，也必將以同樣的倍數(shù)加緊逆反應(yīng)速率。eq\o\ac(○,4)催化劑對(duì)反應(yīng)過程有良好的選擇性。多相催化反應(yīng)過程的七個(gè)環(huán)節(jié)：eq\o\ac(○,1)反應(yīng)組分從流體主體向固體催化劑外表面?zhèn)鬟f；eq\o\ac(○,2)反應(yīng)組分從外表面向催化劑內(nèi)表面?zhèn)鬟f；eq\o\ac(○,3)反應(yīng)組分在催化劑表面的活性中心上吸附；eq\o\ac(○,4)在催化劑表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；eq\o\ac(○,5)反應(yīng)產(chǎn)物在催化劑表面解吸；eq\o\ac(○,6)反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面向外表面?zhèn)鬟f；eq\o\ac(○,7)反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑的外表面向流體主體傳遞。固體催化劑包括：催化活性物質(zhì)、載體、助催化劑和克制劑一種好的固體催化劑必須具有高活性、高選擇性、高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)載體在催化劑中可以起到的作用有：eq\o\ac(○,1)提供有效表面和合適的孔構(gòu)造；eq\o\ac(○,2)使催化劑獲得一定的機(jī)械強(qiáng)度；eq\o\ac(○,3)提高催化劑的熱穩(wěn)定性；eq\o\ac(○,4)提供活性中心；eq\o\ac(○,5)與活性組分作用形成新的化合物；eq\o\ac(○,6)節(jié)省活性組分用量。制備固體催化劑，一般在干燥后來，都需要通過高溫煅燒，其目的是：eq\o\ac(○,1)除掉易揮發(fā)組分，保證一定化學(xué)構(gòu)成，從而使催化劑具有穩(wěn)定的活性；eq\o\ac(○,2)使催化劑保持一定晶型、晶粒大小、孔隙構(gòu)造和比表面積；eq\o\ac(○,3)提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。雙曲線型本征動(dòng)力學(xué)方程模型基本假設(shè)：在吸附-反應(yīng)-脫附三個(gè)環(huán)節(jié)中必然存在一種控制環(huán)節(jié)，該控制環(huán)節(jié)的速率便是本正反應(yīng)速率；除了控制環(huán)節(jié)外，其他環(huán)節(jié)均處在平衡狀態(tài)；吸附和脫附過程屬于理想過程，即吸附和脫附過程可用蘭格繆爾吸附模型加以描述計(jì)算題1-7.有一反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，通過8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉80％，通過18min后，轉(zhuǎn)化掉90％，求體現(xiàn)此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。1-14.在間歇攪拌槽式反應(yīng)器中，用醋酸與丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，反應(yīng)式為：反應(yīng)物配比為：A(mol):B(mol)=1:4.97，反應(yīng)在100℃下進(jìn)行。A轉(zhuǎn)化率達(dá)50％需要時(shí)間為24.6min，輔助生產(chǎn)時(shí)間為30min，每天生產(chǎn)2400kg醋酸丁酯（忽視分離損失），計(jì)算反應(yīng)器體積?；旌衔锩芏葹?50kg·m-3，反應(yīng)器裝填系數(shù)為0.75。1-23.反應(yīng)A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料進(jìn)料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，動(dòng)力學(xué)方程式為?rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反應(yīng)在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)出口轉(zhuǎn)化率為多少？(2)欲用全混流反應(yīng)器得到相似的出口轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)器體積應(yīng)多大?(3)若全混流反應(yīng)器體積VR=0.001m3，可到達(dá)的轉(zhuǎn)化率為多少?已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA飽和=0.02kmol·m-3，水溶液流量為10m3hr-1。2-3.一級(jí)反應(yīng)A→P，在一體積為VP的平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，已知進(jìn)料溫度為150℃，活化能為84kJ·mol-1，如改用全混流反應(yīng)器，其所需體積設(shè)為Vm，則Vm/Vp應(yīng)有何關(guān)系?當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.6時(shí)，假如使Vm=Vp，反應(yīng)溫度應(yīng)怎樣變化?如反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為n=2，1/2，?1時(shí)，全混流反應(yīng)器的體積將怎樣變化？2-4.在體積VR=0.12m3的全混流反應(yīng)器中，進(jìn)行反應(yīng)，式min，兩種物料以等體積加入反應(yīng)器中，一種含2.8kmolA·m，另一種含1.6kmolA·m中k1=7m3kmol-1min-1，mink2=3m3kmol-1min-1。設(shè)系統(tǒng)密度不變，當(dāng)B的轉(zhuǎn)化率為75％時(shí)，求每種物料的流量。2-6.平行液相反應(yīng)A→PrP=1A→RrR=2cAA→SrS=cA2已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反應(yīng)器中，cP最大為多少?(1)平推流反應(yīng)器；(2)全混流反應(yīng)器；(3)兩相似體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)，cA1=1kmol·m-3。解：2-7.自催化反應(yīng)A+P→2P的速率方程為：?rA=kcAcP，k=lm3kmol-1min-1，原料構(gòu)成為含A13%，含P1%（摩爾百分?jǐn)?shù)），且cA0+cP0=lkmol·m-3，出口流中cP=0.9kmol·m-3，計(jì)算采用下列多種反應(yīng)器時(shí)的空間時(shí)間(τ=VR/V0)。(1)平推流反應(yīng)器；(2)全混流反應(yīng)器；(3)平推流與全混流反應(yīng)器的最佳組合；(4)全混流反應(yīng)器與一分離器的最佳組合。2-10.A進(jìn)行平行分解反應(yīng)，其速率式為↗RrR=1kmol·m-3min-1A→SrS=2cAkmo