3-1 在反应体积为3
1m 的间歇操作釜式反应器中,环氧丙烷的甲醇溶液
与水反应生成丙二醇
32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H
该反应对环氧丙烷为一级,反应温度下的速率常数为0.981
-h
,原料液
中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/3
m ,环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h ,一天24h 连续生产,试求丙二醇的日产量为多少? 解 3223
2COHCHOHCH H →+O H COCHCH H
( A ) ( B ) 一级反应
h x k C C k t Af Af A 35.29
.011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-==
h m h m t t V v /3
1)65.035.2(13
300=+=+=
丙二醇日产量=Af A x C v 0024
=天/12.159.01.23
1
24kmol =???
kmol k /g 76M B
=
丙二醇日产量天/kg 2.11149
2.11576Q =?= 3-2一个含
有A 和B 液体)/0.04mol
c /10.0c (B00L L mol A ==、 以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器,物料在最佳的条件下
进行反应A →2B+C 。已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ,
L mol c Af /04.0=。试求:在反应器内条件下,A 、B 和C 的反应速率?
解 空时
min 5min
/2100===L L
v V R τ
min
5/)04.01.0(00L mol C C r r C C Af
A Af Af
Af
A -=
-=
=-τ
τ
min /012.0?=L mol
min)/(024.02?==L mol r r Af Bf
min)/(012.0?==L mol r r Af Cf
3-3 一个液相反应: A+B →R+S
其中,min)/(71
?=mol L k ,min)/(32?=mol L k 。
反应是在一个容积为120L 的稳态全混流反应器中进行的,两条加料线,一个保持2.8mol/L 反应物A 的加料浓度,另一个保持1.6mol/L 反应物B 的加料浓度,两条线分别以等体积速率进入反应器,要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量?假设反应器内密度为常数。 解
S R 1k
2
k +??←+?
→?B A
因B 的浓度低,所以为指定组分,两条线混合后两组份的浓度各降一
半,因此,有:
%751x 0
0=-
=-=
B Bf B Bf
B Bf c c c c c
L mol c Bf /2.0=
L mol X C C c Bf B A Af /8.075.08.04.100=?-=-=
因此,
S R 1k 2
k +??←+?→
?B A 出口
初始 1.4 0.8 0 0 L mol c Af /8.0= 反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 L mol c Bf
/2.0=
min
/04.06.06.032.08.0721?=??-??=-=L mol c c k c c k r Sf
Rf Bf Af Bf
min 1504
.02.08.00=-=-=
Bf
Bf
B r c c τ
总加料速率min /8min 151200
L L
V v R
===τ
每条线加料流量min /42
0'
L v v ==
3-4 某液相二级反应
A+B →R+S ,其速率常数
)
/(92.93ks kmol m k ?=,在全混流反应器中进行,
L mol c c B A /200==,要使出口A 的转化率达0.875。求
(1)在单个全混釜中进行,进料体积为
ks m /278.03
,求全混釜体积?
(2)当进料体积流量不变,用两个相等体积的釜串联,求全混釜总体积。
解 1. ks m v /278.03
= L
mol x c c Af A Af /25.0)1(0=-= ,
L mol c Bf /25.0=
ks c kc x c r c c Bf
Af Af A Af
Af
A 823.225
.092.9875
.02200=??==
-=
τ 釜体积为 3
785.0823.2278.0m v V R =?==τ 2. 两釜串联 2
R
Ri
V V =
2
201
22
10121)1()1(A A A A A A A x kc x x x kc x --=-==ττ
875.02==Af A x x
725.01=∴A x
ks x kc A A A 483.0)
1(x 2
101
1=-=τ
134.0483.0278.00=?==i Ri v V τ 3
268.0134.022m
V V Ri R =?==
因此,采用两个等体积釜相串联,反应器的总体积减小近3倍。
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应:
A+R →P (目的) )]/([23
h m kmol c r A p ?= 2A →R ]/[5.03h m kmol c r A
R ?= 3
0/2m kmol c c B A == 试计算反应2h 时A 的转化率和产物P 的收率? 解 A+R →P (目的) A p c r 2= 2A →R A R
c r 5.0=
A p R A c r r r 32=+= ,
1
3-=h k 143.01
231
11=+?=+=τk x Af
3
2
=
=A p
p r r S %52.9143.03
2
=?==A p p x S Y
3-6 图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器,0=A ε,A 初始浓度为
2mol/L ,要求转化率为80%,()min /3?=L mol c r A A
,求每釜的空时
i τ和总反应空时。
解 图解法公式
Ai i
Ai i
Ai
c c r ττ1
1
1-
=
-,
式中左边为反应速率线,右边为釜间的操作线,两个釜有一个交点即为方
程的解,其垂直向下做横坐标的垂线垂点的浓度值就是该釜的出口浓度值。 A A
c r 3= , %80=Af x ,所以,出口浓度为C
Af
=0.4mol/L
以浓度C A 为横坐标,以反应速率为纵坐标,在坐标上绘A A c r 3=通过
原点的直线,当第一个釜入口为C A0=2mol/L 时,以它为起点,以-1/τi 为斜
率向左上方作直线与A A
c r 3=线相交于一点,用该点向下作垂线,求得第
一釜的出口浓度,再以该浓度为起点继续做平行第一条线的平行线,以此类推,要做出四条平行线,来调节平行线的斜率使第四釜的出口浓度正好等于C Af =0.4mol/L 即为结束,然后在坐标上求得平行线的斜率值就为-1/τi ,定出τi 值,总空时为4τi 。经画图求得斜率近为6,的空时为1/6min ,总空时为2/3min 。
注意:当相串联的反应釜体积不相等时,通过各釜的空时不等,直线的斜率就不等。
3-7 在等温操作下的间歇釜中进行某一级液相反应,13min 后反应物转化
了70%,若把此反应移到平推流反应器和全混流反应器中进行,达到相同的转化率所需的时空和空速为多少? 解 间歇釜
Af
A c c k t 0ln 1= ,
t=13min , 0030.0)1(A Af A Af
c x c c =-=
1
min 093.0-=∴k , A A kc r =
平推流
?
=A
x A
A
A r dx c 0
τ
?=-=-=A f
A c c A Af
A
A c c k kc dc 0min 13ln 10τ
全混流
()
min 09.251000=--=
-=
Af A Af
A Af
Af
A x kc c c r c c τ
3-8 在某一全混流反应器中进行均相液相反应A →R ,2
A A kc
r =,转
化率50.0=A
x ,其他值不变,
(1)若把反应器的体积增大到原来的6倍,转化率为多少?
(2)若反应在一个与其容积相同的平推流反应器中进行,转化率为多少?
解 A →R , 2
A A kc r = , 5.0=Af
x
(
)0
2
2
0002
1A Af A Af
A Af Af
A kc x kc x c r c c =-=
-=τ
0v V R
τ=
(1) R R V V 6'= ,此时 τ
τ6'
=
2
000'
12
)1(26A Af A Af A Af
Af
A kc x kc x kc r c c =-??=-=
τ
解得 %7575.0==Af x
(2) Rp Rm V V = , ττ=m
??=???? ??-=-==A
A f A x A c c A Af A A
A A m kc c c k dc kc r dx 000'2211110τ
03
1
A Af
c c = , %67.66=Af x
3-9 在555K 、0.3MPa 的平推流管式反应器中进行A →P 的气相反应。已知进料中含30%(摩尔分数)A ,其余为惰性物料,A 的加料流量为6.3mol/s ,
动力学方程为:)/(27.03
s m mol c r A
A ?= 为了达到95%的转化率,试求反应器的容积大小?
解 A →P (气相总摩尔数不变的反应) ,
)/(27.03s m mol c r A A ?=
平推流 ?
==0
ln 27.01A A f
c c Af
A A A c c r dc τ
95.0=Af
x
s x c c Af A A 09.11)
1(ln 27.0100
=-=∴τ
3600
/5.19555
314.83.0103.0m mol RT py RT p c A A A =???=== s m v /32.05
.193.63
==
3
55.3m v V R ==τ
3-10一级气相反应S R A 22+→在平推流管式反应器中进行,当空
速为1
min
1-时,纯A 进料的转化率为90%,求A 的转化率为95%时,该反
应器的单位体积进料量。 解 S R A
22+→(气相等压变摩尔数反应)
其膨胀率为:
212
212=-+=A ε 利用一级等压变容公式: Af A Af A x x k εετ--+-=)1ln()1(
代入%90,5.0min,1===Af A x ετ
90.05.0)90.01ln()5.01(1?--+-=?k 解得 1min 3-=k
同理
%95,5.0,min 321===-Af A x k ε
min 34.12=τ
又022v v V o R
ττ== o o v v 746.02=∴
单位反应器体积进料量为v 02/V R=1/τ2=0.746m 3/m 3
3-11 均相反应A →3R ,服从二级反应动力学,在0.5MPa 、623K 和
h m v /430=纯A 进料下,采用一内径为2.5cm 、长2m 的实验反应器能
获得
60%转化率。为设计工业规模的反应器,当处理量为
h m /3203
时,进料中含50%A 和50%惰性物,同样在0.5MPa 、623K 下反应,要达到80%转
化率,试问:需内径2.5cm 、长2m 的管子多少根?
解 此题为二级等压变容反应过程
()())1ln(1211220Af A A Af A Af
Af
A A x x x x c k -+++-+=
εεεετ
一根管子时: 21
131
=-=A ε , %601=A x
()()()1111
211
12
101
11ln 1211A A A A A A A A A x x
x x c k -+++-+=εεεετ
()4
.0ln 3226.024
.06.02122
??+?+?+=
905.4=。。。。。。 (1)
在进料含50%A 和50%惰性物
12
2
42
=-=A ε , %802=A x
()()()2222
2
22
22
202
21ln 1211A A A A A A A A A x x x x c k -+++-+=εεεετ
362.10=。。。。。。。 (2)
1
2
02010201==A A A A p p c c )
2()
1( , 473.0022011=A A c c ττ。
。。。。。。。 (3)
01
1
1
v V R =τ
,
02
1
0222v nv v V R R =
=τ
,
且
h m v h m v /320,4302301==
37.402nv v )3(01
02
=?∴式得 根338n =∴,并联阻力小较好。
3-12该体系为间歇等温恒容过程,反应前后分子数没有变化,因此可用浓度来表达,根据P i V=niRT 关系,变为
P i =CiRT 。假设该反应为一级,将其积分关系式变为:
A
A A A P P C C kt 0
0ln
ln ==
以lnP A0/P Ai 对反应时间t i 作图可得一条直线,其斜率为:k=0.0278s -1 ,该一级反应的动力学方程为:r A =0.0278C A
将该反应用于平推流反应器中,用类似的公式
Af
A Af A P P C C k 0
0ln
ln ==τ,可求出反应空时。
平推流反应条件为:初始分压P A0=0.1*0.8Mpa ,转化率为0.95,P Af =P A0(1-x A )=0.004 Mpa ,
所以空时为1/0.0278*ln0.08/0.004=107.76s=1.8min , 反应器体积为: V R =τF A0/C A0,
F A0=100mol/h,
C A0=P A0/RT=0.08/(8.314 *373)=25.8mol/m 3 所以,反应器体积为1.8*100*25.8=0.116 m 3
3-13
一个平推流管式反应器,R A ?的一级可逆反应 其反应速率
方程为:
R A A c c r 01.004.0-=,)min (1-?L mol
进料中含有L mol c A 1.00
=的A 水溶液。求:
(1) 平衡转化率;
(2) 在反应器中的实际转化率。 解:该反应为一级可逆反应,恒容过程
(1) 平衡转化率
当反应达平衡时
Ae
A c c k k k
=''+
又02.02.001.0,04.0==∴='= A Ae c c k k
mol/L
%80=-=∴
A Ae
A Ae c c c x
(2)
在反应器中转化率:
将R A A c c r 01.004.0-=,
)min (1
-?L mol 变为A 浓度关系式,即:
001
.005.0(01.004.0)0-=--=-=A A A A
A C C C c dt
dC r A 积分上式得:
002)001.005.0001.005.0(v v V C C Ln R A A ===--τ
整理上式有:
002
)25.111(v v V X Ln R Af ===-τ
)1(25
.11
2v Af
e X --=,即出口转化率与进料速率有关,进料速
率增大转化率下降。当v0=2L/min 时,转化率为0.506
3-14在一平推流反应器中进行下列反应: S R A k k ?→??→?2
1
反
应
均
为
一级反应,
反
应
温
度
下
,
,min 10.0,min 3.01
21
1--==k k 进料A 的浓度为0A c ,进料
流量为150min L
。试求目的产物R 的最高收率和最大选择性,以
及在最大收率时的反应体积。
解:对于一级连串反应的中间产物
R ,令
0=τ
d dY R
,则其收率计
算公式为:
(min)493.51
.03.0)1.03.0ln()ln()
(2121
1
21
21=-=
-=--=--k k k k e e k k k Y opt
k k R τττ
代入收率计算公式中
5775.0)(3
.01.03
.0493.51.0493.53.0=--=?-?-e e Y R
最佳转化率:
%
8.80192.011,65.11=-====---opt A k A A opt
x e e c c x opt τ
所
以
,
此
时
总
选
择性为
)
(2747.0%
47.71808.05775.03
m v V x Y S opt R R
R
R ===÷== τ
3-14
二级液相反应,反应物浓度为1L mol
,进入两个相串联全混流反
应器中,,5.02
1
=R R V V 在第一反应器出口A 的浓度为0.5,L mol 求第二个反应器出口A 的浓度。
解
根据已知条件列方程式为:
L
mol c L mol c L mol c kc c c r c c v V v V kc c c r c c v V A A A A A A Af A A R R A A A Af A A R 25.0,5.0,1221222
12121221
1
111=∴==-=-===-=-== ττ
3-15
有一个二级液相反应
,R A → 在一个全混流反应器后串联一个
平推流管式反应器中进行。进料中A 的浓度为4,L mol 在全混釜
出口处A 的浓度经测定为1,L mol
平推流管式 反应器的体积是
全混流反应器体积的3倍。试求,平推流管式反应器出口A 的转化率。
解
%
8.81,182.0,1,4)
11(132211221221
1
11121==∴==-=-===-=-==?A A A A A A c c Af
A
R R A A A Af A A R x L mol c L mol c L mol c c c k r dc v V v V kc c c r c c v V A A ττ
3-17下列反应
2
122
11,,A
B B A c c k r D B A c c k r R B A =→+=→+
(1) 若R 是目的产物,选哪种反应器和加料方式好,为什么? (2) 若D 是目的产物,选哪种反应器和加料方式好,为什么?
解(1)目的产物R 的瞬时选择率定义为:
A
B
c c r r S =='21 随A c 的
浓度降低R 的选择性提高,
若R 是目的产物,A c 低B c 高选择性高, 半连续式操作或平推流反应器,将B 一次加入或从入口加入,二A 物料连续慢慢分散加入。
(3)
目的产物D 的瞬时选择率定义为:
B
A
c c r r S ==''12
随B c 的浓度降低和A 的浓度提高,D 的选择性提高,
即,A c 高 B c 低的平推流管式反应器或半连续式操作,与上述加料相
反。
3-18有一个自催化反应
p
p A A +→+,其速率方程为
P A A c kc r = ,
反应温度下
min)
13?=kmol m k ,
,23m mol k c A = 处理量为
1)%1,%99(P A h kmol ,要求最总转
化率为90%。
(1)根据反应特征怎样确定反应器型式及组合?计算反应体积? (2)如果采用循环反应器,确定最佳循环比和它的体积。 解 :(1)本反应为自催化反应,因此选择全混釜串联管式反应器。(详见P56-57)
总浓度为C 0=C A0+C p0= C A +C p =2+0.2=2.02kmol/m 3
反应过程保持不变。当C A1=(C A0+C P0)/2=1.01kmol/m 3时 反应器总体积最小。
分别列出全混流和平推流反应器设计公式:
)]
([1)
(2010210221011
111121A A A A c c Af A
R A A A A A A A R C C C C c C Ln kC r dc v V C c kc c c r c c v V A A --=-==--=-==?ττ
代入上述数值后得:
L
V L V L h m C F v Ln v V v V R R A A R R 925.8093.1,825.897.0min
/25.8/495.02/99.0min 093.1)]2
.002.201.102.2(2.001.1[02.21min 97.0)
01.102.2(01.101
.122130
002211=?==?======--===--==ττ
总反应器体积为17L (2)循环反应器
对上式积分并整理得:
1
91.0)
11.0(1.9)1(]
)9.01(1)9.01(01.0)9.001.0(9.001.0[)1(99.00+++=-+-?++++=R R Ln
R R R Ln R C k A τ对右式求导并令其为
0,利用试差解得最佳循环比R 为15,将R=15代入上式中可求的最佳空时为:
L
V Ln C k R A 33.29)602/(100099.0556.3min,556.304.71
1591.0)
1151.0(1.9)115(99.00=???===+?+?+=ττ
])1(1)1(01.0)01.0(01.0[)1(99.022220A A A A A X R X R X X Ln R C k -+-?++++=τ
?
+---+=2210000)]
1()[1()1(A A x x R R A A A A A A R X C C X kC dx R F V
第一章习题 1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答:化学反应式中计量系数恒为正值,化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同,符号相反,对于产物二者相同。 2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么? 何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么? 答:如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物,该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义,仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值,决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-,有什么条件? 答:化学反应的进行不引起物系体积的变化,即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答:在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系,而这种关系仅是动力学方程的直接积分,与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程,请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B ?C A+C ? D (2)A+2B ?C B+C ?D C+D →E (3)2A+2B ?C
A+C ?D 解 (1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22 B A 1B C 22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程,即(?r A )=k P p A p B 2 ,求k P =?(假定气体为理想气体) 解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T
化学反应工程考试总结 一、填空题: 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递,“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ,轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe(或Ez / uL)。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ,其无 因次方差2θσ= 0 ,而全混流反应器的无因次方差2θσ= 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr ),该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→,各物质反应速率之间的关系为 (-r A):(-r B):r R= 1:2:2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+,则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解,在67℃时转化 50%需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒,该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能(可能/不可能)大于3。 14.对于单一反应,在相同的处理量和最终转化率条件下,选择反应 器时主要考虑反应器的大小;而对于复合反应,选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率; 15.完全混合反应器(全混流反应器)内物料的温度和浓度均一, 并且等于(大于/小于/等于)反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体,CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料,则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中,则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
福建农林大学考试试卷 ( A )卷 2012 ——2013 学年第 2 学期 课程名称: 化学反应工程 考试时间 120 min 化工 专业 2010 年级 班 学号 姓名 一、填空题每空1分,共20分) 2、化学反应速率式为β αB A C A C C K r =-,如用浓度表示的速率常数为C K ,用压力表示的速率常数P K ,则C K = 。 3、平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应,若主E >副E ,选择性S p 与 无关,仅 是 的函数。 4、对于反应级数n >0的反应,为降低反应器容积,应选用 反应器为宜。 5、对于恒容的平推流管式反应器 一致。 9、对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂,当微孔孔径在约_ _时,分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素,这种扩散称为 。 10、绝热床反应器由于没有径向床壁传热,一般可以当作平推流处理,只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化,因此一般可用 模型来计算。 16、不论是设计、放大或控制,都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称_ _。 17、一级连串反应A S P 在平推流反应器中,则目的产物P 的最大浓度 = m a x ,P C _______、 = opt t ______。、) 19、一级连串反应A S P 在间歇式全混流反应器中,则目的产物P 的最大浓度 = max ,P C _______、 = opt t ______。、) 21、理想反应器是指 。 24、平推流反应器的返混为____ ___。 31、当前用于描述气-液两相流相间传质的模型有两大类:一是按稳态扩散来处理的 _;一是按非稳态扩散处理模型,如_ _和_ _。
第7章化学反应工程习题答案 7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。 解:对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程* * +=A A B A P P C C αα10 ,式中A KH =α,其中K 为化学平衡常 数;0B C 为吸收剂中的活性组分浓度;0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度;A H -A 组分溶解度系数。从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下: 1.物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系,化学吸收呈渐近线关系,当分压较高时,气体溶解度趋近化学计量的极限,因此为了减低能耗,导致操作方式不同,压力较低宜采用化学吸收,压力较高宜采用物理吸收。 2.热效应不同,物理吸收热效应较小,每摩尔数千焦耳,而化学吸收可达数万焦耳。导致吸收剂的再生方式不同,物理吸收过程吸收剂减压再生为主,化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。 3.物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异,而化学吸收取决于A KH =α,由于化学反应特定性,吸收选择性不同。化学吸收选择性高于物理吸收。 7-2解释下列参数的物理意义:无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。 解:无因次准数M 的物理意义 通过液膜传递速率 液膜内的化学反应速率 增大因子β的物理意义为速率 单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率 液膜内有化学反应时通 液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率 对于一级不可逆反应211L AL L L k k D k k M ==δ 对于二级不可逆反应2 2L BL AL k C k D M = 7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应,假定液相上方水蒸气分压可不 计,试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。 解: 气模 液膜 P CO2,g P CO2,i C CO2,i C CO2,L
5-1 液相反应,反应速率,在一个CSTR 中进行反应时,一定的工艺条件下,所得转化率为0.50,今若将此反应移到一个比它大6倍的CSTR 中进行反应,其他条件不变,其能达到的转化率是多少? P A →()2 A A kc r =? 5-2 一级反应,在150℃等温PFR 中可得转化率0.6,现改用同样大小的CSTR 操作,处理量不变,要求转化率为0.7,问此时CSTR 应在什么温度下操作?已知反应活化能为83.7。 mol kJ / 5-3 已知一级反应在PFR 中进行反应时,出口转化率为0.9,现将该反应移到一个CSTR 中进行,若两种反应器的体积相同,且操作条件保持不变,问该反应在CSTR 的出口处转化率是多少? 5-4 一级反应,反应活化能为83.7,反应温度为150℃,在一管式反应器中进行,若其体积为,如改用CSTR ,其体积为,说明的表达式,若转化率为0.6和0.9,为使CSTR 的体积和PFR 的体积相同,则CSTR 应在什么温度下进行? P A →mol kJ /P V M V M P V V /M V 5-5 某液相反应,实验测得浓度—反应速率数据如下: P A → ()1/??l mol c A 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 ()([]min //??l mol r A ) 0.625 1 2 2.5 1.5 1.250.8 0.7 0.65若反应在CSTR 中进行,进口浓度l mol c A /20=,当出口浓度分别为、、时,进料体积流量为,求所需反应器体积,并讨论计算结果。 Af c l mol /6.0l mol /8.0l mol /1min /120l 5-6 在一个体积为300的反应器中,86℃等温下将浓度为3.2的反应物A 分解 l 3 /m kmol S P A +→ 该反应为一级反应,86℃下。最终转化率为98.9%,试计算A 的处理量。 1 08.0?=s k (1) 若反应器为间歇操作,且设辅助时间为1.5min / (2) 若反应器为CSTR ,并将结果与(1)比较; (3) 若A 的浓度增加一倍,其他条件不变,结果如何? 5-7 在体积为的反应器中进行液相等温反应,已知反应速率为,求: R V P A →()2A A kc r =?(1)当在CSTR 中的时, 若将此反应器改为同体积的PFR ,反应条件不变,则为多大? 50.0=Af x Af x (2)当在CSTR 中的时,若将此反应器增大10倍,则又为多大? 50.0=Af x Af x
1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应: 进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比),反应 后甲醇的转化率达72%,甲醛的收率为69.2%。试计算 (1) (1) 反应的选择性; (2) (2) 反应器出口气体的组成。 解:(1)由(1.7)式得反应的选择性为: (2)进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比), A P 出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为: n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P =18.96 mol n C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式,水(n W )、氧气(n O )和氮气(n N )的摩尔数分别为: n W =n W0+n P +2n C =38.30 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol 1. 1. 2其主副反应如 下: 由于化学平衡的限制,反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇,为了提高原料的利用率,生产上采用循环操作,即将反应后的气体冷却,可凝组份变为液体即为粗甲醇,不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空,大部分经循环压缩 原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h
100kmol 放空气 体 原料气和冷凝分离后的气体组成如下:(mol) 组分原料气冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 6.20%,均为 重量百分率。在操作压力及温度下,其余组分均为不凝组分,但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中,对1kg粗甲醇而言,其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2(摩尔比), 试计算: (1)(1)一氧化碳的单程转换率和全程转化率; (2)(2)甲醇的单程收率和全程收率。 解:(1)设新鲜原料气进料流量为100kmol/h,则根据已知条件,计算进料原料 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =9.554 又设放空气体流量为Akmol/h,粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N 2 作衡算 得: 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得: 100×10.42=B+9.554A (B) 联立(A)、(B)两个方程,解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中CO摩尔流量为
化学反应工程习题 第一部分:均相反应器基本理论 1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N 2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率;并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为 S R B A 2 121+=+的反应,其反应速率表达式为B A A C C r 5 .02=,试求反应速率B r =?;若反应的化学计量式写成S R B A +=+22,则此时反应速率A r =?为什么? 3、某气相反应在400 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h kPa /,问反应速率常数的单位是什么?若将反应速率方程改写为2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./,该反应速率常数k 的数值、单位如何? 4、在973 o K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应:C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时,系统中含丁烷为116kg ,当反应完成50%时,丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化, 试求下列项次的变化速率:(1)乙烯分压;(2)H 2的摩尔数;(3)丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应:A+B →C ,开始时A 与B 摩尔数相等,没有C ,1小时后A 的转化率为75%,当在下列三种情况下,2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉? (1)对A 为一级、B 为零级反应; (2)对A 、B 皆为一级反应; (3)对A 、B 皆为零级反应。 6、在一间歇反应器中进行下列液相反应: A + B = R A + R = S 已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3,C B0 = 4 kmol/m 3,C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3,C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度,并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3,C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行,且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。(1)试确定此反应的动力学方程;(2)计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间;(3)比较计算结果,你有什么体会?
《化学反应工程》习题答案 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ,速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 9. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 10. 反应N 2+3H 2==2NH 3中(2N r -)= 1/3 (2H r -)= 1/2 3NH r 11. 反应活化能E 越 大 ,反应速率对温度越敏感。 12. 对于特定的活化能,温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 13. 某平行反应主副产物分别为P 和S ,选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 14. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 15. 返混的定义: 不同停留时间流体微团间的混合 。 16. 平推流反应器的返混为 0 ;全混流反应器的返混为 ∞ 。 17. 空时的定义为 反应器体积与进口体积流量之比 。 18. 针对着眼组分A 的全混流反应器的设计方程为A A A r x F V -=0。 19. 不考虑辅助时间,对反应级数大于0的反应,分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 20. 反应级数>0时,多个全混流反应器串联的反应效果 优于全混流反应器。 21. 反应级数<0时,多个全混流反应器串联的反应效果 差于 全混流反应器。 22. 反应级数>0时,平推流反应器的反应效果 优于 全混流反应器。 23. 反应级数<0时,平推流反应器的反应效果差于 全混流反应器。 24. 对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为 全混流>多级串联全混流>平推流 ; 25. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为 全混流 + 平推流 。 26. 相同转化率下,可逆放热反应的平衡温度 高于 最优温度。
化学反应工程 一、填空题: 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指质量传递、热量传递 和动量传递,“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升高有利于活化能高 的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法 和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ,轴向扩散模型的唯一模 型参数为Pe(或Ez / uL)。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ,其无因次方差2θσ= 0 ,而全混流反应器的无因次方差2θσ= 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol? hr ),该反应为 2 级反应。 9.对于反应22 A B R +→,各物质反应速率之间的关系为(-r A):(-r B):r R=1:2:2 。 10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产物的串联反 应。 11.某反应的计量方程为A R S →+,则其反应速率表达式不能确定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解,在67℃时转化50%需要30 min, 而 在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒,该反应的活化能为 3.46×105(J / mol ) 。 13.反应级数不可能(可能/不可能)大于3。 14.对于单一反应,在相同的处理量和最终转化率条件下,选择反应器时主要考虑反应器 的大小;而对于复合反应,选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率;15.完全混合反应器(全混流反应器)内物料的温度和浓度均一,并且等于 (大于/小于/等于)反应器出口物料的温度和浓度。
《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ,速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000 lg +- =T k , 其活化能为 83.14kJ/mol 。 9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍,则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍,则该反应的活化能为(设浓度不变) 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中(2N r -)= 1/3 (2H r -)= 1/2 3NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为 C A0(1-x A )n ,转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为 A A x n x )1(11-+-,转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ,反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能,温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ,选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 19. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 20. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化,存在最大的反应速率 。 21. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 22. 对于连续操作系统,定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 23. 返混的定义: 不同停留时间流体微团间的混合 。
《化学反应工程》试题及答案
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《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ,速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ,速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000 lg +- =T k , 其活化能为 83.14kJ/mol 。 9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍,则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍,则该反应的活化能为(设浓度不变) 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中(2N r -)= 1/3 (2H r -)= 1/2 3NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为 C A0(1-x A )n ,转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为C A0,转化率为x A ,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为 A A x n x )1(11-+-,转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ,反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能,温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ,选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 19. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 20. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化,存在最大的反应速率 。 21. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 22. 对于连续操作系统,定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 23. 返混的定义: 不同停留时间流体微团间的混合 。
一、填空(40分) (1)气相反应A+3B→2C,则δ= δ= 。ΒA dC A?r?,前提是(2)反应速率常数有时可以表为。A dt (3)空间速度是指 ___________ , 空间时间是指 __________。 (4)反应具有最佳温度曲线, 最佳温度曲线是指 __________ 。 4.0克/cm5)多孔性球形颗粒10克,半径1cm,系由密度为(孔隙率3的材料制成。 则其孔容积V= ,θ= g 。假密度ρ= 2?0.218?,如果采用扩散模型,则)已知某非理想流动反应器其停留时间分布的方差 (6?Pe=_______,如果采用多级全混流模型,则m=_______ (7)催化剂微孔内的气体扩散有____扩散,____扩散、____扩散、 及____扩散等多种形式。。 L r?2C AL A C1mol/L, ,进料反应进行至,(8)复合反应=A02C2r?M AM x?0.5, s = 时。如果该反应在在固体催化剂中进行时,由瞬时选择性LA。于内扩散的影响,选择性会t?E(t)dt?F(?)?F(0)?)(9,,。 0. (10)内扩散效率因子ζ和Thiele模数Φ的数值通常有如下关系: 外扩散和化学动力学控制时ζ1,Φ值较; 内扩散强烈影响时ζ1,Φ值较。 (11)CO中温变换反应器属于固定床里的反应器。固定床按气体流动方向, 可以分为和反应器。 492-=/s, =1.5×1012)某一级不可逆的气液反应过程,已知k=10mm/s,D(LL则当k 时,该反应属于快反应,反应区主要在,工业上可选用 反应器或反应器;当k 时,该反应属于慢反应,这时反应区主 要在,工业上可选用或反应器。 L2r?1.0CC BAL L 13AB为主产物,则适+(,)对于平行反应2r?2.0CC M BAA CC 的要求是宜的操作条件对和。BA (14)返混是指
《化工设备设计基础》综合复习资料化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 容器按照壁厚大小分为__________和___________。 2. 双鞍座支承的卧式容器可简化为受均布载荷的算时则简化为梁。或。直径为 D 的圆形截梁;而直立的塔设备进行校核计 3. 矩形截面(长=b、宽=h)对 Z 轴的惯性矩公式为面对其对称轴的惯性矩为。 4. 计算内压操作塔设备筒体壁厚的依据是其对其应力。 应力,而进行直立设备校核计算时主要是针 5. 我国压力容器设计必须遵循的安全技术法规和标准为和。 6. 立式容器的支座有腿式支座、____________、____________和____________四种。 7. 对与封头相连的外压容器筒体而言,其计算长度应计入封头的直边高度及凸形封头____的凸面高度。 二、判断题 1.下列直立薄壁容器,受均匀气体内压力作用。哪些能用薄膜理论求解壁内应力?哪些不能?(1)横截面为正六角形的柱壳。(2)横截面为圆的轴对称柱壳。(3)横截面为椭圆的柱壳。(4)横截面为半圆的柱壳。(5)横截面为圆的锥形壳。 2.在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔,应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。 3.薄壁回转壳体中任一点,只要该点的两个曲率半径 R1=R2,则该点的两向应力相等。 4.因为内压薄壁容器圆筒的两向应力与壁厚成反比,当材质与介质压力一定时,则壁厚大的容器,壁内的应力总小于壁厚小的容器。 5.按无力矩理论求得的应力成为薄膜应力,薄膜应力沿壁厚均匀分布的。 三、简答题 1. 写出下类钢材牌号的含义 09MnNiDR 和 1Cr18Ni9Ti(符号和数字)。 2. 二力平衡条件是什么?什么叫二力杆? 3. 内压壁厚设计公式中为何引入焊缝系数?焊缝系数与哪些因素有关? 4. 什么叫长圆筒?什么叫短圆筒?用什么参数界定的? 5. 法兰公称压力的确定受到哪些因素的影响?为什么公称压力 PN 为 1.0MPa 的法兰,其最大允许操作压力比有时 1.0MPa 高而有时又比 1.0MPa 低? 6.设置加强圈的目的是什么?加强圈的类型有哪些? 7. 什么叫失稳?外压容器的稳定性条件是什么?
《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算:转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示,气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式(可逆、平行、连串、自催化)。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用(单组分吸附、解离吸附、混合吸附)。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率,分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布,t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器
1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义,变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混,返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律,平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析,反应器的选型,操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析,反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。
第一章 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应: 进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:(摩尔比),反应后甲醇的转化率达72%,甲醛的收率为%。试计算 (1)(1)反应的选择性; (2)(2)反应器出口气体的组成。 解:(1)由()式得反应的选择性为: (2)进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:(摩尔比),当 A P 醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为: n A =n A0 (1-X A )= mol n P =n A0 Y P = mol n C =n A0 (X A -Y P )= mol 结合上述反应的化学计量式,水(n W )、氧气(n O )和氮气(n N )的摩尔数分别为: n W =n W0 +n P +2n C = mol n O =n O0 -1/2n P -3/2n C = mol n N =n N0 = mol 1.1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇,其主副反应如
下: 由于化学平衡的限制,反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇,为了提高原料的利用率,生产上采用循环操作,即将反应后的气体冷却,可凝组份变为液体即为粗甲醇,不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空,大部分经循环压缩 Bkg/h 粗甲醇 100kmol 放空气体 原料气和冷凝分离后的气体组成如下:(mol ) 组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO H 2 CO 2 CH 4 N 2 粗甲醇的组成为CH 3OH %,(CH 3)2O %,C 3H 9OH %,H 2O %,均为重量百分率。在操作压力及温度下,其余组分均为不凝组分,但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中,对1kg 粗甲醇而言,其溶解量为CO 2 ,CO ,H 2 ,CH 4 ,。若循环气与原料气之比为(摩尔比),试计算: (1) (1) 一氧化碳的单程转换率和全程转化率; (2) (2) 甲醇的单程收率和全程收率。 解:(1)设新鲜原料气进料流量为100kmol/h ,则根据已知条件,计算进料原料
单选题 1. 对于反应级数n >0的不可逆气相等温反应,为降低反应器体积,应选用_______。(A) (A)平推流反应器 (B)全混流反应器 (C)平推流串接全混流反应器 (D)全混流串接平推流反应器 2. 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。(P22) (A )加料时间 (B )反应时间 (C)物料冷却时间 (D )清洗釜所用时间 3. 下列单位不属于反应速率的是_______。(P 13) (A)m ol/(g ﹒s) (B)m 3/s (C )mol/(m 2﹒s) (D )mol/(m 3﹒s) 4.反应 A B C →+,12.50 k s -=,则反应级数为_______。(P 13) A. 0 (B)1 (C)2 (D)3 5. 反应NaOH + HCl NaCl + H 2O ,已知mol s l k /1.0?=,则反应级数n=____ ___。(P 13) (A)0 (B)1 (C )2 (D)3 6. 气相基元反应 B A →2,进料时反应物A和稀释剂C 以等摩尔比加入,则膨胀率为_______。(P58) (A )-1 (B)-0.25 (C)0.25 (D)0.5 7. 下面反应器中不属于理想反应器的是_______。(P21) (A)间歇反应器 (B)全混流反应器 (C)平推流反应器 (D )膜反应器 8. 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。(B) (A)平推流反应器串联 (B)全混流反应器串联 (C )平推流反应器并联 (D )全混流反应器并联 9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ,0.01 /A A r C mol L s -=?,当C A0=1 mol /L时,求反应至CA0=0.01 mol/L所需时间t=_______秒。(P43)
单选题 1. 对于反应级数n >0的不可逆气相等温反应,为降低反应器体积,应选用_______。(A ) (A )平推流反应器 (B )全混流反应器 (C )平推流串接全混流反应器 (D )全混流串接平推流反应器 2. 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。(P22) (A )加料时间 (B )反应时间 (C )物料冷却时间 (D )清洗釜所用时间 3. 下列单位不属于反应速率的是_______。(P13) (A )mol/(g ﹒s) (B )m 3/s (C )mol/(m 2﹒s) (D )mol/(m 3﹒s) 4.反应 A B C →+,12.50 k s -=,则反应级数为_______。(P 13) A . 0 ( B )1 ( C )2 ( D )3 5. 反应NaOH + HCl NaCl + H 2O ,已知m o l s l k /1.0?=,则反应级数 n=_______。(P 13) (A )0 (B )1 (C )2 (D )3 6. 气相基元反应 B A →2,进料时反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入,则膨胀率为_______。(P58) (A )-1 (B )-0.25 (C )0.25 (D )0.5 7. 下面反应器中不属于理想反应器的是_______。(P21) (A )间歇反应器 (B )全混流反应器 (C )平推流反应器 (D )膜反应器 8. 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。(B ) (A )平推流反应器串联 (B )全混流反应器串联 (C )平推流反应器并联 (D )全混流反应器并联 9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ,0.01 /A A r C mol L s -=?,当C A0=1 mol/L 时,求反应至C A0=0.01 mol/L 所需时间t=_______秒。(P43) (A )400 (B )460 (C )500 (D )560
化学反应工程考试题
第一章 绪论 1.“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指__反应动力学__。 2.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。 “三传”指的是质量传递、流量传递、动量传递 3. 一级连串反应在全混流釜式反应器中,则目的 产物P 的最大浓度_____、 _ _。 4. 一级连串反应在平推流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度__、 ____。 5. 一级连串反应在间歇式全混流反应器中,则目 的产物P 的最大浓度_ 、 _。 6. 一级连串反应在平推流反应器中,为提高目的 产物P 的收率,应__降低__。 7. 化学反应速率式为 ,如用浓度表示的速率常数为, 用压力表示的速率常数为,则=__D__。 A. B. C. D. 8.反应,,则反应级数n=__B___。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 9.反应A + B → C ,已知,则反应级数n=___B____。 A S K 1 K 2 P =max ,P C 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A = opt τ2 11K K A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -= opt t 1 221) /ln(K K K K -A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -=opt t 1 221)/ln(K K K K -A S K 1 K 2 P 12/k k β αB A C A C C K r =-C K P K P K C K β α+-)(RT ) ()(βα+RT ) ()(βα-RT )()(βα+-RT C 4H 2C 2H 4 + H 2 1 0.2-=s k 1 15.0-=s k