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1、化学反应工程期末复习题o 1.空间时间的定义是在进口条件下处理一个反 应器体积的流体所需要的时间，空间速度SV的 定义是在单位时间内投入单位有效反应器容积 内的物料体积,二者之间的关系是互为倒数。 o 2停留时间不同的物料之间的均匀化过程称为 返混，按返混情况不同反应器被分为四种类型 ，分别是完全不返混型反应器、充分返混型反 应器、部分返混型反应器和非理想流反应器。 o 3.对于反应2A+B = 3P+S，膨胀因子 A= ，膨胀率A= 。o 4反应器物料的停留时间分布曲线是通过物理示踪法测定的，目前采用示踪剂的主要输入方式有 阶跃输入法和脉冲输入法。 o 5.物料在反应器内停留时间是一个随机过
2、程，通常用二个函数及二个特征值予以描述；这二个函 数分别是停留时间分布函数F(t) 和停留时间分布 密度函数E(t) ，二个特征值则是平均停留时间 和停留时间分布的方差。 o 6. 设E()、F()分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数，为对比时间。若反应器为PFR，则 F(1)=1， E(1)=， F(0.5)=0， E(0.8)= 0。o 7气固相催化反应的7个步骤、3个过程，其中三个过程分别是_外扩散、_内扩散和化学动力学_过程。o 8固体催化剂由三部分组成，活性组分、助剂和载体。通常对活性组分的要求是具有_高的催化活性、选择性和抗毒性。 o 9若Wi是直径为di的粒
3、子所占的质量分数，则混合粒子的平均粒径_ 。o 10在流态化操作中，勾流和节涌是聚式流化床两种常见的不正常操作情况。 o 11按传热条件分类，反应器可分为等温_反应器、绝热反应器和非等温非绝热反应器。o 12.动力学方程表现的是化学反应速率与反 应物温度、浓度之间的关系。而建立动力学 方程常采用两种方法，分别是积分法和微分 法。 o 13.在循环反应器中，当循环比为0时，还 原为平推流反应器；当循环比时，变 为全混流反应器；当0a2 , b12时，28.反应物A的水溶液在等温CSTR中进行二级反 应，出口转化率为0.4，现改在等体积PFR中进 行，则出口转化率为 。 29.等温下进行一级不可逆
4、反应，为达到xA的转化 率，采用单个CSTR的体积与PFR的体积之比 为 ，进行二级不可逆反应，两者体积 之比为 。 30.可逆放热反应在不同转化率下的最佳温度不同 ，一般而言，转化率越高，最佳温度越 。 31.在气固相催化流化床反应器中，稀相段的作用 是保证流化床内因因气泡破裂而挟带的固体颗 粒重新回来浓相段 。o 二简答题 o 1.转化率、选择性、产率的定义各是什么？三 者的关系如何？ o 2何谓气固相催化本征动力学？ o 3兰格缪尔吸附模型、焦姆金吸附模型以及 弗鲁德里希吸附模型的主要区别是什么？分别 写出各种模型活化能与覆盖率的关系式。 o 4.PFR和CSTR反应器进行物料料衡算时,
5、为什么 前者取体积微元考察,后者用整个反应器容积 考察，分别写出两者的基本设计方程式。 o 5. CSTR中进行一级不可逆均相放热反应，请 作图分析给出全混釜的稳定和不稳定操作点， 并指出全混釜的热稳定性的必要条件。 o 6何谓催化剂的活性中心？在进行催化反应时，为什么催化剂具有高度选择性、易中毒？ o 7.简述双膜理论 o 8.用模型法解决化学反应工程的步骤是什么? o 9.催化剂的性能主要包括哪些?对催化剂性能影响最大的物理性质主要有哪些? o 10.什么是平均选择性？什么是瞬时选择性？分 别写出对于PFR和CSTR两类反应器平均选择性与瞬时选择性的关系式。o三证明题 o 1.对于一个反应
6、过程，o 其中，KA、KR分别是组分A和R的吸附平衡常数，Ks是反应平衡常数，PA、PR分别是组分A和R的平衡分压。o 对于一个可逆反应过程， ， o 如果存在两种活性中心1、2，分别仅吸附A和B，试推导当化学反应为控制步骤时：其中:kR、kR分别别表示正、逆反应应速率常数， KA、KB、KR、KS分别表示组分A、B、R、S的 吸附平衡常数，PA、PB、PR、PS分别表示组分A 、B、R、S的平衡分压，要求写出具体的推导 过程。 o 3对于等温、恒容下的基元反应，目的产物为P，设开始时各组分的浓度CA0，CP0=CS0=0，试证明当反应时间为时，P浓度最大；且 P61-624.自催化反应 (1
7、)、（2）均为基元反应，试证：最大反应速率对应的反应物A的浓度 CAoptP49-50o 5.试证：对于可视为一维拟均相平推流模型的 固定床反应器，有：U0、CA0 分别为组分A进入反应器时的流速、浓度， xA为组分A流过反应器的长度为l时，组分A的转化率。 B：床层空隙率。6.有一气固相催化反应应，试试根据所给给反应应式和 动动力学方程，推断反应应机理和控制步骤骤，反应应 式： A + B = C； 动动力学方程：其中，k为为反应应速率常数，KA、KB、KC、PA、PB 、PC分别为组别为组 分A、B、C的吸附平衡常数和平衡 分压压，要求写出具体的推导过导过 程。o 四、计算题 1.用醋酸与
8、丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，以少量硫 酸为催化剂，反应在100下进行。以A为考察组 分的动力学方程式为：(-rA)=kCA2，已知 k=17.4LkmoL-1min-1,物料密度为750kgm-3，且反 应前后不变，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离 损失），A的转化率为50时，试计算： (1)当每批操作的辅助时间为30min， 间歇反应器的有效容积； (2)活塞流反应器的有效容积； (3)全混流反应器的有效容积； (4)两釜全混流串联反应器，使第一釜中 A的转化率为32.3%，第二釜50%，反应器的总的有效容积。o 2A进行平行分解
9、反应，其速率式为 o R rR=1 kmolm-3min-1 o A S rS=2cA kmolm-3min-1 o T rT=cA kmolm-3min-1 o 其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmolm-3。试问在下述反应器进行等温操作时，预计 最大的cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。 低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流 反应器，可在极低的浓度下操作 注：全混流反应器的平均选择性等于其瞬时先择性o 3用纯水吸收CO、O2等气体中少量的 NH3，已知在操作温度(10)下NH3的亨利系 数HA=1.01kPaLmol-1；CO2，O2亨利系数 HA=1.01105
10、kPaLmol-1。试求 假定NH3，CO，O2在水中即液相中传质系数相 等，且kAG=4.0510-3 molcmkPa-1L-1s-1； kAL=0.01cms-1。 试求： （1）气膜和液膜阻力各为多少？ （2）应采用哪种形式的速率式？ （3）采用化学吸收是否都可用？为什么？o 4P69第15题5.均相气相反应A2R，其动力学方 程为-rA=kcA，该过程在185，500kPa下在一平推流反应器中进行，其中 k=10-2s-1，进料量FA0=30kmol/h，原料 含50惰性气体，为使反应器出口转 化率达80，该反应器体积应为多大?o 6. 平行液相反应 AP rP=1 AR rR=2c
11、A AS rS=cA2 已知cA0=2kmolm-3，cAf=0.2kmolm-3，求下列 反应器中，cP最大为多少? (1) 平推流反应 器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的 全混流反应器串联，cA1=1 kmolm-3。 o 7在一直径为2m，静床高为0.2m的流化床中，以 操作气速u=0.3ms-1的空气进行流态化操作，已知 数据如下： o dp=8010-6 m，P=2200 kgm-3，=2 kgm-3， =1.9010-2mPas，mf=0.5 o 求床层的浓相段高度Lf 。 o 已知：当2Re500时， o 逸出速度u o 当1Re200时，8. 在填料塔中用浓度为0.25molL-1的甲胺水溶液 来吸收气体中的H2S，反应式如下： H2S+RNH2HS-+RNH3+ (A) (B) (R) (S) 反应可按瞬间不可逆反应处理，在20时的数据如下： F=310-3molcm-2s-1；CT=55.5molL-1；pT=101.3kPa； kAL=0.03s-1；kAG=5.9210-7molcm-3kPa-1s-1； DAL=1.510-5cm2s-1；DBL=110-5cm2s-1； HA=11.65kPaLmol-1。为使气体中H2S浓度由110-3降到 110-6，求最小液气比和所需填料高度。
