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文檔簡介
1、注:紅色底色為需注意的題目;黃色為無答案的題目注:紅色底色為需注意的題目;黃色為無答案的題目 1.對于熱效應(yīng)不大,反應(yīng)溫度的允許變化范圍又比較寬的情況,用單級反應(yīng)器 最方便。 2.氣固催化平行反應(yīng),若主、副反應(yīng)均為一級不可逆反應(yīng),且粒子等溫,則內(nèi) 擴(kuò)散不影響其選擇性,在粒子內(nèi)任意位置,反應(yīng)速率之比均為速率常數(shù)之比。 選擇題選擇題 1.在 V=100L/min 流量下對三只反應(yīng)器分別進(jìn)行示蹤實驗,測得如下數(shù)據(jù): 反應(yīng)器 A B C 體積(L) 1000 2000 3000 t2 (min) 50 100 250 則三只釜的反混大小順序(B) A. ABC B. ACB C. CBA D. CAB
2、 2. 乙苯在催化劑上脫氫反應(yīng)生成苯乙烯,經(jīng)過一段時間反應(yīng)后,苯乙烯生成量 不再增加,但乙苯仍大量存在,表明這是一個(B)反應(yīng)。 A慢速 B可逆 C自催化 D不可逆 3反應(yīng)器中等溫進(jìn)行著 AP(1)和 AR(2)兩個反應(yīng),當(dāng)降低 A 的濃度后,發(fā) 現(xiàn)反應(yīng)生成 P 的量顯著降低,而 R 的生成量略降低,表明( A ) A反應(yīng)(1)對 A 的反應(yīng)級數(shù)大于反應(yīng)(2) B反應(yīng)(1)對 A 的反應(yīng)級數(shù)小于反應(yīng)(2) C反應(yīng)(1)的活化能小于反應(yīng)(2) D反應(yīng)(1)的反應(yīng)速率常數(shù)大于反應(yīng)(2) 4在間歇反應(yīng)器中等溫進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)AR,當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)90時,所需 反應(yīng)時間為2h若反應(yīng)改在管式反應(yīng)器中進(jìn)行,空
3、時為2h,其它條件同間歇反 應(yīng)器,則轉(zhuǎn)化率為( B ) A 60 B. 90 C45 D75 兩個等體積的全混流反應(yīng)器進(jìn)行串聯(lián)操作,反應(yīng)為一級不可逆,則第一釜的 反應(yīng)速率-rA1與第二釜的反應(yīng)速率-rA2之間的關(guān)系為(A )。兩釜反應(yīng)溫度相 同。 A-rA1 -rA2 B-rA1 = -rA2 C-rA1 -rA2 D.不能確定何者為大 5四只相同體積的全混釜串聯(lián)操作,其無因次停留時間分布的方差值為( 2 B ) A 1.0 B. 0.25 C0.50 D0 6對一平行連串反應(yīng) ,P為目的產(chǎn)物,若活化能次序為: RA QPA )3( )2()1( E2E1a2 BalxA2 BxA1100,可
4、判別該反應(yīng)器返混( B ) A很大 B很小 C中等 D無返混 25.氣固催化反應(yīng)本征速率是指排除( C )阻力后的反應(yīng)速率。 A 外擴(kuò)散 B內(nèi)擴(kuò)散 C內(nèi)、外擴(kuò)散 D吸附和脫附 26.所謂固定床積分反應(yīng)器是指反應(yīng)物一次通過后,轉(zhuǎn)化率大于(B )的情況。 A10 B25 C40 D50 27.列管式固定床反應(yīng)器填充的催化劑為了消除壁效應(yīng)其粒徑應(yīng)小于反應(yīng)管徑的 (B)倍。 A100 B8 C3 D50 28.反應(yīng)器中等溫進(jìn)行著和兩個反應(yīng),當(dāng)降低 A 的濃 PA 1 RA 2 后,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)生成 P 的量顯著降低,而 R 的生成量略降低,表明 ( A ) A反應(yīng)(1)的反應(yīng)級數(shù)大于反應(yīng) (2) B反應(yīng)(
5、1)的反應(yīng)級數(shù)小于反應(yīng) (2) C反應(yīng)(1)的活化能小于反應(yīng) (2) D反應(yīng)(1)的反應(yīng)速率常數(shù)大于反應(yīng) (2) 29. 純二甲醚氣相分解反應(yīng) CH3OCH3C+3H2+CO 在恒溫恒壓下進(jìn)行,當(dāng)分 解率達(dá) 100時,反應(yīng)物系的體積為 ( D ) A與原體積相同 B為原體積的 1/3 C為原體積的 2倍 D為原體積的 3倍 兩個有效容積不等的全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作,進(jìn)行二級不可逆反應(yīng) ,出口轉(zhuǎn)化率要求一定,可采取兩種串聯(lián)順序:PA k (1)大釜在先,小釜在后,進(jìn)料流量為 Q01; (2)小釜在先,大釜在后,進(jìn)料流量為 Q02。 兩種情況下,進(jìn)料濃度、反應(yīng)溫度相同,則進(jìn)料流量 Q01,和 Q02
6、的比較為( D ) AQ01Q02 BQ01=Q02 C無確定關(guān)系 DQ01放熱速率 B移熱速率放熱速率隨溫度的變化率 D移熱速率隨溫度變化率xA2 BxA1=xA2 CxAlP,現(xiàn)有反應(yīng)器體積下, 出口轉(zhuǎn)化率為 45,若將反應(yīng)器體積增加一倍,則出口轉(zhuǎn)化率將為(D ), 操作條件均保持相同。 A90 B90 C45 D45 41.等溫一級不可逆液相反應(yīng),采用下列三種方案進(jìn)行: (1)一個分批式完全混合反應(yīng)器,容積 V1(僅考慮反應(yīng)時間所需), (2)一個平推流反應(yīng)器,容積 V2, (3)二個等體積全混流反應(yīng)器串聯(lián),總?cè)莘e為 V3。 上述三種情況反應(yīng)溫度、物料處理量及轉(zhuǎn)化率相同,則容積比較為(
7、B ) AV1V2V3 BV1=V2V3 CV2V1c B. bac C. cab D.cba 2.氣固催化反應(yīng) AP,催化劑顆粒外表面濃度 CAS和 Cps 與流體主體濃度 CAG和 CPG存在差異。當(dāng)過程為反應(yīng)控制時,則 CAS應(yīng) CAG(大于 小于 等于) ,Cps 應(yīng) CPG(大于 小于 等于) ;當(dāng)過程為 傳質(zhì)控制時,則 CAS (趨近于 CAG 趨近于 0 某一值) 3. 對零級和一級不可逆反應(yīng),宏觀流體的反應(yīng)速率 微觀流體的反應(yīng) 速率(大于 小于 等于) 對大于一級的不可逆反應(yīng),宏觀流體的反應(yīng)速率 微觀流體的反應(yīng)速 率(大于 小于 等于) 對小于一級的不可逆反應(yīng),宏觀流體的反應(yīng)速
8、率 微觀流體 的反應(yīng)速率(大于 小于 等于) 4一個全混流反應(yīng)器,其有效容積 v1=1m3,進(jìn)行一級不可逆反應(yīng),達(dá) 60轉(zhuǎn) 化率,進(jìn)料量為 Q0l,今改用兩只有效容積均為 0.5m3的全混流反應(yīng)器串聯(lián) 操作進(jìn)行同上反應(yīng),反應(yīng)溫度相同,轉(zhuǎn)化率要求不變,則進(jìn)料量 Q02將( ) A大于 Q0l B.小于 0.5Q0l C等于 Q0l D等于 0.5Q0l 5等溫零級不可逆液相反應(yīng),采用下列三種方案進(jìn)行: (1)一個 1m3的平推流反應(yīng)器,轉(zhuǎn)化率 xA1 (2)兩個 0.5m3的平推流反應(yīng)器并聯(lián),進(jìn)料流量平均分配,轉(zhuǎn)化率 xA2 (3)兩個 0.5m3的全混流反應(yīng)器串聯(lián),轉(zhuǎn)化率 xA3 上述三種情況
9、進(jìn)料總流速,進(jìn)料濃度和反應(yīng)溫度相同 xA1、xA2,和 xA3比 較為( ) AxA1xA2xA3 BxA1=xA2xA3 CxA1=xA2=xA3 D。xA1xA3xA2 6. 等溫液相反應(yīng):A R rRk1CA R 為目的產(chǎn)物 2RD rD=k2CR2; 現(xiàn)有如下四種方案可供選擇 (1)平推流反應(yīng)器高轉(zhuǎn)化率 (2)平推流反應(yīng)器低轉(zhuǎn)化率 (3)全混流反應(yīng)器低轉(zhuǎn)化率 (4)兩個等容積全混流反應(yīng)器串聯(lián),高轉(zhuǎn)化率。 從提高 R 的選擇性著眼,適宜選擇( ) A(1) B(2) C(3) D(4) 7. 氣體分子與固體表面間發(fā)生物理吸附時,其吸附熱一般在( ) A40200KJmol B大于 400
10、KJmol C825KJmol D4KJmol 以下 8 間歇釜中進(jìn)行各步均為一級不可逆串聯(lián)反應(yīng),等溫下進(jìn)SPA 2k1k 行,為了提高 p 的選擇性 ( ) A應(yīng)使 A 的轉(zhuǎn)化率接近 100 B應(yīng)保持高的轉(zhuǎn)化率 C應(yīng)保持較低的轉(zhuǎn)化率 D轉(zhuǎn)化率高低無妨 9. 對于氣膜擴(kuò)散控制的氣液反應(yīng),其宏觀反應(yīng)速率就等于( ) A氣膜擴(kuò)散速率 B液膜擴(kuò)散速率 C液相主體反應(yīng)速率 D取決于 B 和 C 是非題:(正確的打“” ,錯誤的打“” ) 1.用乙醇胺吸收某酸性氣體,該過程為中速反應(yīng),因而吸收采用板式塔較鼓泡 塔有利于氣體的吸收。 () 2.對于基元反應(yīng) 2A-P,因此反應(yīng)物 A 的反應(yīng)級數(shù)與化學(xué)計量系
11、數(shù)是相同的。 () 3.由于零級反應(yīng)中反應(yīng)速率與濃度無關(guān),故流體的混合態(tài)對反應(yīng)結(jié)果無影響。 () 4.對于一級氣固催化 A-P-S 反應(yīng), (P 為目的產(chǎn)物) ,由于擴(kuò)散阻力的存在, 使得 AS()NFR 2 t 2 t ( ) 39.單一反應(yīng)下等溫反應(yīng),已知在 CA1mol/L 時, (RA)= 2mol/L.s100 PA在在, 則當(dāng) CA2mol/L 時, (RA)= 4mol/L.s 。 ( ) 40. 對于混合的非極限情況,即宏觀混合和微觀混合并存時,即不能按微觀流體處理,也 能按宏觀流體處理。 ( ) 41. 已知一閉式反應(yīng)器的,該反應(yīng)器若用多釜串聯(lián)模型來描述,則模型參數(shù)1 . 0
12、 r a uL D N=5。 ( ) 42具有相同停留時間分布的兩個反應(yīng)器,進(jìn)行同一化學(xué)反應(yīng),若操作條件相同,反應(yīng)結(jié) 構(gòu)總是相同的。 ( ) 43達(dá)到單個分子尺度的微觀混合總是比達(dá)到流體微團(tuán)尺度的宏觀混合效果好。 ( ) 44所謂單一反應(yīng),就是基元反應(yīng)。 () 45冪級數(shù)動力學(xué)方程式中的反應(yīng)級數(shù)是根據(jù)化學(xué)計量方程中計量系數(shù)確定的。 ( ) 46.已知停留時間分布方差值10000min2可知其流型接近全混流。 () 2 t 47可逆放熱反應(yīng)的最優(yōu)溫度是指轉(zhuǎn)化率一定時,對應(yīng)于最大反應(yīng)速度的溫度。 ( ) 48在平推流反應(yīng)器內(nèi)等溫進(jìn)行一級不可逆液相反應(yīng),反應(yīng)器出中轉(zhuǎn)化率可達(dá) 40,若 使轉(zhuǎn)化率提高到
13、 80,在同樣操作條件下,則反應(yīng)器體積應(yīng)增加一倍。 ( ) 49 多級全混釜串聯(lián),串聯(lián)釜數(shù)增多,返混程度增大,釜數(shù)接近無窮多,返混程度接近全混 流。 () 50.氣固催化反應(yīng)的本征速率方程是指排除了吸附和脫附阻力后的速率方程。 () 51設(shè)計固定床反應(yīng)器應(yīng)采用排除了內(nèi)、外擴(kuò)散阻力后的反應(yīng)速率方程式。( ) 三、填空題 2.要使固定床反應(yīng)器所用催化劑量最少,對簡單不可逆反應(yīng),應(yīng)盡可能在 高溫 度下操作;對可逆放熱反應(yīng),應(yīng)盡可能在 最佳 溫度下操作;對可逆吸熱反 應(yīng),應(yīng)盡可能在 高溫 溫度下操作。 (1) C (2) A 4.某二級不可逆氣固催化反應(yīng),本征反應(yīng)活化能為 80kj/mol,當(dāng)過程為內(nèi)
14、擴(kuò)散 控制時,表觀反應(yīng)級數(shù)為 1.5 ,表觀反應(yīng)活化能為 40 kj/mol 4.1/(-RA)對 XA的曲線上存在極小值的情況是 可逆放熱 反應(yīng)和 自催化反 應(yīng)的特征。 5已知一實際流動反應(yīng)器,Pe=20,該反應(yīng)器若用多級混合模型描述,則模型 參數(shù) N= 10.53 。 6某不可逆反應(yīng),反應(yīng)活化能為 9.63104J/mol,問反應(yīng)溫度是 550時的反應(yīng)速率比反 應(yīng)溫度是 400時的反應(yīng)速率快 23 倍。 ( r550/r400=k550/k400=Aexp(-E/RT550)/Aexp(-E/RT400)=expE/R(1/T400-1/T550)=23(倍) ) 2一不可逆反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)溫
15、度從 150升高到 200時,反應(yīng)速率增加一倍,則該反應(yīng)的 活化能為 23.06kJ/mol 。 3一不可逆反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)溫度從 25升高到 35時,反應(yīng)速率增加一倍,則該反應(yīng)的活 化能為 52894 Jmol 。 molJE E TTR E k k /52894 2ln) 308 1 298 1 ( 314 . 8 2ln) 11 (ln 211 2 4一液相復(fù)合反應(yīng),均為基元反應(yīng)。在單一連續(xù)釜中等溫反應(yīng),已知該溫度 QA PA k k 2 1 下,,問當(dāng)最終轉(zhuǎn)化率為 80時,目的產(chǎn)物 P 的瞬時選擇性為: 0.75 21 3kk ,總選擇性為: 0.75 。 (若 k1=7k2,則.P 的瞬
16、時選擇性為 0.875,總選擇性為 0.875) 5對一閉式反應(yīng)器,已測知 Pe(Peclet 準(zhǔn)數(shù))為 10,若該反應(yīng)器用多級串聯(lián)模型來描述,則 模型參數(shù) N 為 5.56 。 6.等溫下進(jìn)行一級不可逆反應(yīng),為達(dá)到 xA的轉(zhuǎn)化率,采用單個 CSTR 的體積與 PFR 的體積 之比為 進(jìn)行兩級不可逆反應(yīng),兩者體積之比為 7. 液相反應(yīng): 從有利于產(chǎn)品分布的觀點,將下列接觸方式按優(yōu)劣順序排列為 2 4 3 1 若 k1k2,CA0CB0 ,寫出計算瞬時選擇率 的公式: 1/(1+C A0.4 ) 。 8.從反應(yīng)器停留時間分布測定中,求得無因次方差,反應(yīng)器可視為 全混流反應(yīng)98 . 0 2 器 ,
17、又若求得無因次方差,則反應(yīng)器可視為 活塞流反應(yīng)器 。02 . 0 2 9在 CSTR 中,物料平均停留時間為 1h,停留時間大于 10h 的物料粒子占全部物料粒子 的 0.0045 。 10在流化床中進(jìn)行固相加工反應(yīng),固體顆粒在反應(yīng)器中流動狀態(tài)可看成 CSTR,固體顆 粒平均停留時間為 1min,停留時間小于 1min 的固體顆粒占流出的全部顆粒的 63.2 。 11在 PFR 中,停留時間大于平均停留時間的流體粒子占全部粒子的 0 ,在 CSTR 中,停留時間大于平均停留時間的流體粒子占全部粒子的 36.8 。 12某氣相反應(yīng) A3B R,則膨脹因子為 -3 。 A 13. 采用無梯度反應(yīng)器
18、進(jìn)行氣固催化反應(yīng)本征動力學(xué)測定時,足夠高的轉(zhuǎn)速,可使 外擴(kuò)散 消除;足夠小的粒子,可使 內(nèi)擴(kuò)散 消除。 14.反應(yīng)物 A 的水溶液在等溫 PFR 中進(jìn)行兩級反應(yīng),出口轉(zhuǎn)化率為 0.5,若反應(yīng)體積增加到 4 倍,則出口轉(zhuǎn)化率為 0.8 。 16在 PFR 中進(jìn)行等溫二級反應(yīng),出口轉(zhuǎn)化率為 0.8,若采用與 PFR 體積相同的 CSTR 進(jìn) 行該反應(yīng),進(jìn)料流量 Q0保持不變,為達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率 0.8,可采用的辦法是使 CA0增大 5 倍。 17. 在多釜串聯(lián)中,可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度序列為隨反應(yīng)釜數(shù)增加而 降低 , 隨轉(zhuǎn)化率增加而 降低 。 18等溫下進(jìn)行一級不可逆反應(yīng),為達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率 xA
19、, 采用單個 CSTR 的體積與 PFR 的體積之比為 ,相同的進(jìn)行該反應(yīng),進(jìn)行二級不可逆反應(yīng),兩者的體 積之比為 。 19在一全混流反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆連串反應(yīng) ,P 為目的產(chǎn)物,QPA kk 21 已知原料中不含 P 和 Q。問最佳空時為 3.16h ,h.k,h.k 11 1001 21 ;P 的最大收率為 0.577 ;最大收率下所對應(yīng)的 A 的轉(zhuǎn)化率為 0.76 。 20. 在一活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆連串反應(yīng) ,P 為目的產(chǎn)物,QPA kk 21 已知原料中不含 P 和 Q。問最佳空時為 2.56h ,h.k,h.k 11 1001 21 ;P 的最大收率為 0.774 ;最
20、大收率下所對應(yīng)的 A 的轉(zhuǎn)化率為 0.774 。 21 一復(fù)合反應(yīng) 若 RPB QPBA k k 2 1 2 2 PBR BAQ CCkr CCkr 2 2 1 則目的產(chǎn)物 P 的瞬時選擇性 SP為 。 BA PBBA CCk CCkCCk 1 2 21 22在氣固催化反應(yīng)中,丹克勒(Damkoler)準(zhǔn)數(shù) Da 的物理意義為 ,n 級不可逆反應(yīng)的 Da = 。23. 某不可逆氣固催化反應(yīng),本征反應(yīng)活化能為 105Jmol,當(dāng)過程為內(nèi)擴(kuò)散控制時,表觀 活化能為 。 24均相 CSTR 反應(yīng)器中,放熱 S 形曲線與移熱直線一般有 3 個交點,高溫區(qū)交點的特征 是 ,中溫區(qū)交點的特征是 ,低溫區(qū)交
21、點的特征是 。 25.在 xAT 圖上畫出三段絕熱式固定床操作示意圖:一、二段段間采用原料氣冷激,二、 三段段間采用間接冷卻。 (畫出平衡曲線、最佳溫度曲線、各段操作線、段間冷激或冷卻線) 。 26某液相復(fù)合反應(yīng), 若 QBA PBA k k 2 1 2 2 5 . 05 . 1 2 5 . 15 . 0 1 BAQ BAP CCkr CCkr 為使目的產(chǎn)物 P 的選擇性高,應(yīng)選擇: 若采用間歇反應(yīng)釜,其加料方式為 B 一次性加入,A 連續(xù)滴加 ; 若采用管式反應(yīng)器,其進(jìn)料方式為 B 從反應(yīng)器進(jìn)口處加入,A 沿管長多處加入 。 27液相復(fù)合反應(yīng), 若 QBA PBA k k 2 1 2 2 2
22、5 . 0 2 5 . 02 1 BAQ BAP CCkr CCkr 為使目的產(chǎn)物 P 的選擇性高,應(yīng)選擇: (1)若采用間歇反應(yīng)釜,其加料方式為 A 一次性加入,B 連續(xù)滴加 ; (2)若采用管式反應(yīng)器,其進(jìn)料方式為 A 從反應(yīng)器進(jìn)口處加入,B 沿管長多處加入 ; (3)若 E1E2,則反應(yīng)溫度應(yīng)采用 高溫 。 28一氣固催化反應(yīng),若反應(yīng)機(jī)理為:RBA 2 (此步為速率控制步驟) RR RBA BB22 2 則本征反應(yīng)速率方程為: )1( RRBB BBAS PKPK PKPk r 一氣固催化反應(yīng),若本征反應(yīng)速率方程為:RBA )1)(1( BBRRAA BABAS PKPKPK PPKKk
23、 r 則該反應(yīng)可能的反應(yīng)機(jī)理為 。 29化學(xué)反應(yīng)速率可分為溫度效應(yīng)和濃度效應(yīng),對簡單反應(yīng)而言,溫度對反應(yīng)速率的影響 程度取決于 ;對復(fù)合反應(yīng)而言,選擇性對溫度的敏感程度取決于 。 30在間歇攪拌釜中,進(jìn)行一可逆放熱反應(yīng)時,其最佳反應(yīng)溫度的序列是 。 31在管式反應(yīng)器中,進(jìn)行一可逆放熱反應(yīng)時,其最佳反應(yīng)溫度的序列是 。 32在 BR 中等溫進(jìn)行一級不可逆反應(yīng),當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá) 95時,反應(yīng)時間為 2h;若反應(yīng)在 PFR 或 CSTR 中等溫進(jìn)行,溫度同 BR,空時均為 2h,則轉(zhuǎn)化率分別為: PFR: CSTR: 。 33三個平推流反應(yīng)器串聯(lián),進(jìn)行一液相均相反應(yīng),其流程如下圖所示。 xA0=0 xA1
24、 xA2 xA3 FA0 FA1 FA2 FA3 若反應(yīng)速率(-RA)=kCA2, 則 V2的計算式為: ; 若 xA1-xA0= xA2-xA1= xA3-xA2,則三個反應(yīng)器體積大小之間的關(guān)系為: V1(a)(c) A A B B (a) (b) B A A B (c) (d) 36.下列四種組合反應(yīng)器中,單個反應(yīng)器體積均相等,處理量也相同。 (如下圖所示) V1V2V3 V1 V3 V2 PFR PFR PFR PFR PFR (a) CSTR CSTR (b) CSTR CSTR (c) (d) (1)試比較返混程度大小次序為: (b)(c)=(d)(a) ; (2)當(dāng)進(jìn)行二級反應(yīng)時,
25、各組合反應(yīng)器最終轉(zhuǎn)化率高低次序為:(a)(c)(d)(b) 。 37.對一閉式反應(yīng)器進(jìn)行停留時間分布實驗測定,在 Q300L/min 下,得到 E(t)t 關(guān)系如 下圖所示。由于該圖放置已久,縱坐標(biāo)模糊不清。試根據(jù) E(t)函數(shù)性質(zhì)確定并計算: (1)E(t) -1/200(t-20) E(t) (2)F(t) -t2/400+0.1t (3)V 2 m3 (4)多級串聯(lián)模型參數(shù) N 2 0 10 20 t/min 38.下列幾種組合反應(yīng)器,經(jīng)脈沖示蹤測其停留時間分布,若用多釜串聯(lián)模型描述,試寫出 N 值或 N 值范圍。 (a) (b) (c) (d) 39活塞流反應(yīng)器, ,Pe ,返混程度
26、; 2 全混流反應(yīng)器, ,Pe ,返混程度 ; 2 非理想流動反應(yīng)器,介于 ;值越大,停留時間分布 ;返混程度 2 2 PFR PFR NFR PFR PFR 。 40CSTR 定常態(tài)熱穩(wěn)定性的必要條件為: 。 41. 在固定床反應(yīng)器中,進(jìn)行二級不可逆氣固催化反應(yīng),試比下列情況下催化劑有效系數(shù) 值的大小(a 處靠近反應(yīng)器的進(jìn)口,b 處靠近反應(yīng)器的出口) 。 (1)等溫操作,dP不變:ba (2)吸熱反應(yīng),絕熱操作:ba 在固定床反應(yīng)器中,進(jìn)行二級不可逆氣固催化反應(yīng),試比下列情況下催化劑有效系數(shù) 值 的大?。╝、c 處靠近反應(yīng)器的進(jìn)口,b 處靠近反應(yīng)器的出口) 。 (1)等溫操作,dP不變:Cb
27、a (2)吸熱反應(yīng),絕熱操作:Cba (3)dP由 3mm 改為 5mm、7mm,則 a3、a5、a7的大小次序為:a3a5a7 (均為 a 點位置,且假定溫度相等)。 42.在一臺 PFR 中進(jìn)行一平行反應(yīng),P 為目的產(chǎn)物,E1E2,兩反應(yīng)均為一級吸 QA PA k k 2 1 熱反應(yīng)。試比較在下列操作條件下,反應(yīng)器中各點的瞬時選擇性的大小。 (1)等溫操作:Sa=Sb=Sc (2)絕熱操作:SaSbSc 43要使固定床反應(yīng)器所用催化劑量最少,對簡單不可逆反應(yīng),應(yīng)盡可能在 溫 度下操作;對可逆放熱反應(yīng),應(yīng)盡可能在 溫度下操作;對可逆吸熱反應(yīng),應(yīng) 盡可能在 溫度下操作。 44一級不可逆氣固催化
28、反應(yīng),在不同條件下操作,粒內(nèi)外反應(yīng)物 A 濃度變化PA 情況如下圖所示: a)試判別圖中四種情況的宏觀動力學(xué)類別 本征動力學(xué)控制 內(nèi)擴(kuò)散控制 內(nèi)外擴(kuò)散和本征動力學(xué)同時控制 外擴(kuò)散控制 b)四種情況下的內(nèi)擴(kuò)散有效因子值的大小次序為: 04231 a b a b cccccccccczzcccc ccccccccccccccccc cccb a b 45可逆放熱反應(yīng),在四段 AP 絕熱式固定床中進(jìn)行,床層溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 如圖所示。試比較各段床層的 (1)進(jìn)出口溫差大小 4321 TTTT (2)催化劑用量多少 WlW2B (3)D、G、H 三點速率大小次序:HGD (4)圖上哪一點反應(yīng)速率最大
29、:F 47畫出活塞流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器、活塞流和 全混流反應(yīng)器串聯(lián)、全混流和活塞流反應(yīng)器串聯(lián)的 停留時間分布函數(shù)與分布密度函數(shù)。 48. 乙烷進(jìn)行熱裂解,其活化能為 314025J/mol。試問 650是的分解速率是 500是的分 解速率的倍。 49. A 和 B 按下式反應(yīng),其速率式為:2AR rR=k1CA2, R 的瞬間收率為。 A+BS rS=k2CACB 若 R 為目的產(chǎn)物,則配料時 A 和 B 的濃度應(yīng);若 E1E2,則反應(yīng)溫度應(yīng) 。 50.在 Q100 l/min 下對三只反應(yīng)器分別進(jìn)行示蹤實驗,測得數(shù)據(jù)如下: 反應(yīng)器A B C 反應(yīng)體積(l)1000 2000 3000 50
30、 100 150 2 t (1)三只反應(yīng)器返混程度大小順序為 (2)若在上述反應(yīng)器中均等溫進(jìn)行一級不可逆反應(yīng),k=12min-1,則各只反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率分別 為 xA= xB= xC= 51已知一閉式反應(yīng)器的,該反應(yīng)器若用多級全混釜模型來描述,則模型參05 . 0 r A uL D 數(shù) N 。 52在進(jìn)行示蹤實驗時,示蹤劑的選擇應(yīng)滿足以下條件: 53. 停留時間分布實驗測定的準(zhǔn)確性可用以下 方法來檢驗。 54在工業(yè)反應(yīng)裝置中反應(yīng)流體往往偏離兩種理想的流動模式,也就是說在反應(yīng)器出口的 反應(yīng)物料中存在明顯的 。 55氣固催化平行反應(yīng),若主、付反應(yīng)均為一級不可逆反應(yīng),且粒子等溫,則內(nèi)擴(kuò)散不影 響其選擇
31、性,在粒內(nèi)任意位置,反應(yīng)速率之比均為 。 56對于熱效應(yīng)不大,反應(yīng)溫度的允許變化范圍又比較寬的情況,用 反應(yīng)器最為方 便。 57. 關(guān)系為: 生成速率的消耗速率與、反應(yīng)針對 5222 ONONO , 5222 ONO 2 1 NO2 。 58以 lnk1/T 作圖,為一直線,有時在高溫區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)折或彎曲,其原因可能是: 。 59反應(yīng)速率常數(shù) k 與溫度的關(guān)系為,則反應(yīng)活化能為: 2 . 10 10000 lg T k 。 60某反應(yīng)在 500K 時的反應(yīng)速率常數(shù) k 是 400K 時的 1000 倍,則 600K 時的反應(yīng)速率常 數(shù)是 400K 時的 倍。 61.氣體分子在固體催化劑微孔中擴(kuò)散的
32、主要形式有 ,當(dāng) 時 , ,當(dāng) 時 ABe DD ,。 Ke DD 62.當(dāng)分子擴(kuò)散的平均自由程遠(yuǎn)大于催化劑微孔直徑時,分子在微孔中的擴(kuò)散為 擴(kuò)散,其擴(kuò)散系數(shù)與壓力的關(guān)系為 ,與溫度的關(guān)系為 。 63.下列反應(yīng)分別在 CSTR 中進(jìn)行,在動力學(xué)方程、進(jìn)料量、最終轉(zhuǎn)化率等均確定的情況下, 試選擇合適的操作溫度: a. ,(最優(yōu)溫度、最高允許溫度、較低溫度)ABA0 A H b. ,(最優(yōu)溫度、最高允許溫度、較低溫度)ABRS0 A H 64. 已知在某一體積為 200L 的反應(yīng)器進(jìn)行停留時間分布測定,在流量為 10L/min,條件 下測得停留時間分布函數(shù)的方差100min2,若用多級混合模型描述
33、,則模型參數(shù) N 2 t 65. 某一氣固催化復(fù)合反應(yīng)為平行反應(yīng),其本征速率分別為: 1 2 pv1A () r =k C v k AB 主 2 Sv2A S() r =k C v k A 副 為提高反應(yīng)選擇性應(yīng)選擇(大顆粒、細(xì)顆粒) , (大孔徑、小孔徑)的催化劑。 66. 均相反應(yīng) ABPS,CB02CA0,已知 A 的轉(zhuǎn)化率為 70%,B 的轉(zhuǎn)化率 。 67固定床內(nèi)進(jìn)行一級不可逆氣固催化放熱反應(yīng),絕熱操作,床內(nèi)催化劑有內(nèi)擴(kuò)散阻力, 此時床層進(jìn)口和出口的 值相對大小應(yīng)是 。 68. 某兩段間接換熱式氣固相催化反應(yīng)器進(jìn)行可逆放熱反應(yīng),各段進(jìn)出口轉(zhuǎn)化率與溫度符 合最佳分配原則,操作線見下圖。
34、(填,或) M 點反應(yīng)速率 N 點反應(yīng)速率 B 點反應(yīng)速率 C 點反應(yīng)速率 C 點反應(yīng)速率 P 點反應(yīng)速率 M 點反應(yīng)速率 D 點反應(yīng)速率 69. 某氣固催化反應(yīng) ABRS,已知 A,B,R,S 均吸附于同一類活性中心點,表面反應(yīng)為控制步驟 1) 試按 LH 機(jī)理推導(dǎo)該反應(yīng)的機(jī)理方程 2) 若反應(yīng)過程中 B 過量,A,B 吸附很弱,A 的轉(zhuǎn)化率很低時,此時表現(xiàn)為幾級反應(yīng)。 70. 氣固催化平行反應(yīng),若主、付反應(yīng)均為一級不可逆反應(yīng),且粒子等溫,則內(nèi)擴(kuò)散不影 響其選擇性,在粒內(nèi)任意位置,反應(yīng)速率之比均為 。 71對于熱效應(yīng)不大,反應(yīng)溫度的允許變化范圍又比較寬的情況,用 反應(yīng)器最為 方便。 72固定
35、床內(nèi)等溫進(jìn)行一級不可逆放熱反應(yīng),床內(nèi)催化劑有內(nèi)擴(kuò)散阻力,此時床層進(jìn)口和 出口處催化劑有效系數(shù) 值相對大小應(yīng)是 73. 要得到最大的目的產(chǎn)物 B,對反應(yīng): 試選取最佳的操作方式: 。 74.減少催化劑顆粒內(nèi)擴(kuò)散影響的主要措施有 減小催化劑顆?;蛘咛岣叻磻?yīng)物濃度 。 76.應(yīng)用雙膜理論,對下列情況分別繪出氣相及液相中反應(yīng)物濃度分布示意圖。 (1)苯與氯氣反應(yīng),1 , 1M (2)純氨氣與硫酸水溶液反應(yīng),硫酸濃度等于臨界濃度。 78. 在半徑為 R 的球形催化劑上,等溫進(jìn)行氣相反應(yīng)。試以反應(yīng)物 A 的濃度 CA AB 為縱座標(biāo),徑向距離 r 為橫座標(biāo),針對下列三種情況分別繪出反應(yīng)物 A 的濃度分布示
36、意圖。 (1)化學(xué)動力學(xué)控制 P187 6-1 類似 (2)外擴(kuò)散控制 (3)內(nèi)、外擴(kuò)散的影響均不能忽略 圖中要示出 CAG,CAS及 CAC的相對位置,它們分別為氣相主體、催化劑外表面、催化劑 顆粒中心處 A 的濃度,CAe是 A 的平衡濃度。 解:以反應(yīng)物 A 的濃度為縱座標(biāo) 四、問答題 1在固定床反應(yīng)器中,分別進(jìn)行一級和二級不可逆氣固催化反應(yīng),試比 a、b 兩處的 值 大小(a 處靠近反應(yīng)器的進(jìn)口,b 處靠近反應(yīng)器的出口) ,并說明理由。 (1)一級放熱反應(yīng),絕熱操作;ab (2)二級反應(yīng),等溫操作。a100s 的物料在總物料中 所占的比例,并判斷該分布密度是否正確? 7. 試述絕熱式和
37、換熱式氣固相催化反應(yīng)器的特點,并舉出應(yīng)用實例。 8試述多段間接換熱式和多段直接換熱式氣固相催化反應(yīng)器的特點,并舉出應(yīng)用實例。 9. 簡述絕熱溫升(或溫降)概念,在工廠實際生產(chǎn)中有何用途? 10. 在四段絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行 n 級不可逆放熱反應(yīng),各段的催化劑裝量相同,且 控制進(jìn)入各段的反應(yīng)物料溫度相等。若 n0,試問: (1)哪一段凈轉(zhuǎn)化率最大?哪一段最小?為什么? 第一段最大,第四段最小。 (2)若段間采用冷卻方法進(jìn)行降溫,試問哪一段間需加入的冷激劑量多?為什么? 因為第一段反應(yīng)量大于第二段反應(yīng)量,所以 1-2 段間要取走的熱量比 2-3 段間取走的 熱量要大,因此 1-2 段間需要的冷
38、激劑量比 2-3 段間需要的多。 (3)若 n0,對問題(1) (2)是否還能做出肯定性的回答?為什么? 11試分析下列說法是否正確?為什么? (1)在一絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行零級反應(yīng),熱效應(yīng)可忽略不計,則其轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)器長度的關(guān) 系是線性的。 (2)在一絕熱反應(yīng)器中,僅當(dāng)進(jìn)行一級反應(yīng)時,其反應(yīng)溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系才呈線性。 (3)多段絕熱反應(yīng)器最優(yōu)化的結(jié)果是各段的催化劑量相等。 12. 在等溫固定床反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆反應(yīng),床內(nèi)充填顆粒直徑為 6mm 的球形催化劑, 反應(yīng)組分在其中的擴(kuò)散系數(shù)為 0.02cm2/s,在操作溫度下,反應(yīng)速率常數(shù)為 0.1min-1。有人 建議改用 3mm 的球形催化劑
39、以提高產(chǎn)量,你認(rèn)為采用此建議能否增產(chǎn)?增產(chǎn)幅度有多大? 假定催化劑的理化性質(zhì)均不隨顆粒大小而改變,并且改換粒度后仍保持同一溫度操作。 解: 0.9995 ,01444 . 0 6 ,3 0.9995 ,02887 . 0 6 ,6 eA PP P eA PP P D kd mmd D kd mmd 所以,采用此建議產(chǎn)量的增加是極有限的。 13. 一臺 PFR 和一臺 CSTR 的串聯(lián)方式分別為: Q Q CSTR CSTR (a) (b) 在 Q100L/s 時,對(a)進(jìn)行脈沖示蹤,對(b)進(jìn)行階躍示蹤。問得到的 E(t)曲線是否相同? F(t)曲線是否相同?若在兩個系統(tǒng)內(nèi)分別進(jìn)行一級不可逆
40、反應(yīng),反應(yīng)條件相同,則出口轉(zhuǎn)化 率哪個大或相等?若進(jìn)行二級不可逆反應(yīng),則出口轉(zhuǎn)化率哪個大或相等? 14. 對于乙炔法氯乙烯生產(chǎn)工藝: HgCl2 C2H2 + HCl C2H3Cl 采用流化床反應(yīng)器串聯(lián)固定床反應(yīng)器的裝置已經(jīng)獲得成功,你認(rèn)為該裝置設(shè)計的基本考慮 是什么? 15.今有固定床、填料塔、板式塔、鼓泡塔、噴霧塔、流化床等各類反應(yīng)器可供選用,試判 斷下列各反應(yīng)宜采用何種反應(yīng)器?并簡述理由。 (1) 2NaOH(L) + CO2(G) Na2CO3 + H2O (氣液瞬間不可逆反應(yīng)) PFR PFR ZnCl2水溶液 (2) CH3OH(G) + HCl(G) CH3Cl + H2O (氣
41、液慢速反應(yīng)) Ag 催化劑 (3) 2CH3OH(G) + O2 (G) 2HCHO(G) + 2H2O(G) (氣固催化反應(yīng),催化 劑顆粒直徑 35mm) (4) 重質(zhì)油催化裂化反應(yīng) (催化劑快速失活) 16在流化床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件的目的是 在于打碎氣泡,改善氣固接觸,減小返混 17.現(xiàn)有下列反應(yīng): 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 PP CCekr P CCekr BP /RT188280 202 1 B 2 A /RT125520 101
42、 1 PB PBA 解: 17在排除了內(nèi)、外擴(kuò)散的影響下,兩個不可逆氣固催化反應(yīng)在組成各自一定的情況下, 測得其反應(yīng)速率與溫度的變化關(guān)系如圖中的曲線及所示,呈指數(shù)型式增加,先升 后降。則其速率控制步驟可逆是: 反應(yīng): ;因為 反應(yīng): ;因為 18液相 n 級不可逆反應(yīng),其和 CA具有圖示曲線關(guān)系,將此反應(yīng)分別在平推流和全混 A r 1 流兩種反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行起始濃度 C 加和終了濃度 CAf相同,反應(yīng)溫度也相同,試在圖上表示 兩種反應(yīng)器所需空時大小。 19.對動力學(xué)控制、液膜擴(kuò)散阻力控制及氣膜阻力控制的氣液反應(yīng),如何選擇吸收設(shè)備? 五、證明題 1. 平行反應(yīng): 其中 P 為目的產(chǎn)物,在等溫操作中,證明:采用 CSTR,CpmaxCA0;采用 PFR 操作,CpmaxCA0/(1+ CA0)。 2.證明一級反應(yīng)在等溫條件下轉(zhuǎn)化率達(dá) 99.9時所需的反應(yīng)時間為
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