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化工反应工程答案 第五章

化工反应工程答案 第五章
化工反应工程答案 第五章

5 停留时间分布与反应器

5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数,θ为对比时间。

(1) (1) 若该反应器为活塞流反应器,试求

(a ) (a ) F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器,试求

(a )F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器,试求

(a )F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)0∞

?()E d θ?(f)0∞

?()E d θθ?

解:(1)因是活塞流反应器,故符合理想活塞流模型的停留时间分布,由(5.33-5.36)式可得:

(a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0

(2) (2) 因是全混流反应器,故符合理想全混流模型的停留时间分布,由

(5.33-5.36)式可得:

(a )F(1)=1-e -1=0.6321 (b)E(1)=e -1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e -0.8

=0.5507 (d)E(0.8)= e -0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 (3) (3) 因是一个非理想流动反应器,故可得:

(a )F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)>1 (e)

∞?

()E d θ?

=1

(f) 0∞

?()E d θθ?

=1

5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布,得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下:

022

2313

≤??

=-≤≤??≥?

()t c t t t t

试求:

(1) (1) 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 (2) (2) 数学期望θ及方差2

θσ。

(3) (3) 若用多釜串联模型来模拟该反应器,则模型参数是多少? (4) (4) 若用轴相扩散模型来模拟该反应器,则模型参数是多少?

(5)若在此反应器内进行一级不可逆反应,反应速率常数k=1min -1,且无副反应,试求反应器出口转化率。

解:(1)由图可知C 0=C(∝)=1.0,而F(θ)=F(t)=C(t)/ C(∝),所以:

0208

2230812

1312

≤≤?

?

==-≤≤≤≤??≥≥?

,.()(),

..,.t F F t t t t ?θθθ

如下图所示:

由(5.20)式可得平均停留时间:

[]11

225∞=

=

=

+=?

?

?()()()().m in t tE t dt tdF t F t dF t

即为上图中阴影面积。由(5.5)式得:

21

230

3

??

==≤≤???

()() t dF t E t t dt t

所以:

008

25

0812

012

??

==≤≤???

.()().... E t E t ?θθθ

如右图所示:

(2)由于是闭式系统,故==/r t V Q τ,所以1=θ 由式(5.23)可得方差:

122

2

2

2

08

251001333

∞=

-=

-=?

?

..()..E d d θσθθθθ

θθ

(3)由(5.20)式可得模型参数N 为:2

1100133375===//.N θ

σ

(4) (4) 由于返混很小,故可用2

2≈/Pe θσ,所以:

2

22001333150≈==//.Pe θσ

(5)用多釜串联模型来模拟,前已求得N=75,应用式(3.50)即可计算转化率:

75

12511111109145

75?=-+=-+=./()/().N A X k N τ

同理,亦可用扩散模型即(5.69)式得X A =0.9146。两种方法计算结果相当吻合。

5.3用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布,得到离开反应器的示

(1) (2)若在该反应器内的物料为微观流体,且进行一级不可逆反应,反应速率常

数k=0.05s -1

,预计反应器出口处的转化率。

(3)若反应器内的物料为宏观流体,其它条件均不变,试问反应器出口处的转化率又是多少?

解:(1)由式(5.17)计算出反应器的停留时间分布,即: F(t)=C(t)/ C(∝)=C(t)/7.7

根据

10

1

=

=??

()t tdF t t

由右图可知,可用试差法得到t ,使两块阴影面积相等。由图试差得46=t s 。 (2)因进行的是一级反应,故可采用离析流模型预计反应器出口转化率。 由式(3.12)可得间歇反应器中进行一级不可逆反应时转化率与反应时间的关系:11005=--=-exp(exp(.)A X kt t )

代入离析流模型可得反应器出口处平均转化率:

[]1

1

1005∞

=

=

=--?

?

?()()exp(.)()

A A A X X E t dt X dF t t dF t (A )

采用图解积分法对(A )式进行积分,其中不同时间t 下的F(t)如上表所示,

[]1005--exp(.)t

845=.%A X

(3) (3) 由于是一级反应,所以混合态对反应速率无影响,故反应器出口

转化率#与微观流体时相同,即845=='

.%A A X X 。

5.4为了测定一闭式流动反应器的停留时间分布,采用脉冲示踪法,测得反

试计算:

(1) (1) 反应物料在该反应器中的平均停留时间t 和方差2

θσ。

(2) (2) 停留时间小于4.0min 的物料所占的分率。

解:(1)根据题给数据用(5.13)式即可求出E(t),其中m 可由(5.14)

式求得。本题可用差分法。

3566453213566453211305305305=

=+++++++=+++++++??==

==∑()(.)(.).()

()

()

()..m Q C t t Q t

Q Q

Q C t Q C t C t E t m Q ??

然后按照(5.20)和(5.21)式算出平均停留时间和方差。此处用差分法,即:

=

∑∑()()tE t t t E t t ?? (A )

2

2

2

=-∑()t t E t t t

σ? (B)

为了计算t 和2

θσ,将不同时间下的几个函数值列与下表中:

2

2

2

2

22

485209998848532692485333723372485301432===-====./..m in

...m in

/./..t t

t t θσσσ (2)以E(t)~t 作图(略),用图解积分法的:

40

400362

=

=?

.(.)().F E t dt

所以,停留时间小于4.0min 的物料占的分率为36.2%。

5.5已知一等温闭式液相反应器的停留时间分布密度函数E(t)=16texp(-4t),min -1,试求: (1) (1) 平均停留时间; (2) (2) 空时;

(3) (3) 空速;

(4) (4) 停留时间小于1min 的物料所占的分率; (5) (5) 停留时间大于1min 的物料所占的分率;

(6)若用多釜串联模型拟合,该反应器相当于几个等体积的全混釜串联? (7)若用轴向扩散模型拟合,则模型参数Pe 为多少?

(8)若反应物料为微观流体,且进行一级不可逆反应,其反应速率常数为6min -1,C A 0=1mol/l,试分别采用轴向扩散模型和多釜串联模型计算反应器出口转化率,并加以比较;

(9)若反应物料为宏观流体,其它条件与上述相同,试估计反应器出口转化率,并与微观流体的结果加以比较?

解:(1)由(5.20)式得:

40

1605∞∞-=

=

=?

?

().m in

t

t tE t dt t te

dt

(2)因是闭式系统,所以:

05==.m in t τ

(3) (3) 空速为空时的倒数,所以:

1

11205-===m in

.S ντ

(4)1

1

1

4440

1

1164409084

---=

=

=-+=?

?

?()().t

t

t

F E t dt te

dt te

e

dt 所以,停留时间小于1min 的物料所占的分率为90.84%。

(5)1110908400916-=-=()..F 。停留时间大于1min 的物料占9.16%。

(6)先计算方差:

2

2

2

2

220

241

3105

20

∞∞∞--=

-=-=

-∞ =-

-=?

?

?

()()().E d E d e

d e

θ

θθ

σ?θθθ?θθθ

θθθ

根据多釜串联模型参数与方差的关系得:

2112

05===.N θσ (7)因2

05=.θσ,所以返混程度较大,故扩散模型参数Pe 与方差关系应用:

22

221-=--()Pe

e P e P e θσ

采用试差法得:Pe=2.56。

(8)因是一级不可逆反应,所以估计反应器出口转化率既可用扩散模型,也可用多釜串联模型或离析流模型,其结果应近似。 采用多釜串联模型,由(3.50)式得:

2

011

1016116052-====++?.(/)(./)A A f N A C X C k N τ

所以有:1016084

=-=..Af X

采用扩散模型,前已得到Pe=2.56,所以:

05

05

14146052562385=+=+??=..(/)(./.)

.k Pe ατ

代入(5.69)式得:

2

2

22

114112225612385256123854238512385123852201415

??-+????=+-

---?????????

??

?

??-+????=?+----????????????=()()/()exp ()exp .(.).(.)./(.)exp (.)exp .A A C Pe Pe C ααααα

所以有:0

110141508585

=-

=-=..A Af A C X C

(9)用离析流模型,因一级不可逆反应,故间歇反应器的60-=()t

A A C t C e ,所

以:

64100

1616016

∞∞∞---=

=

?=

=?

?

?

()().t

t

t

A A A A C C t E t dt e

e

dt te

dt C C

反应器出口转化率为X A =0.84,计算结果同前题用多釜串联模型与扩散模型结果相近。

5.6微观流体在全长为10m 的等温管式非理想流动反应器中进行二级不可逆液相反应,其反应速率常数k 为0.266l/mol.s ,进料浓度C A0为1.6mol/l,物料在反应器内的线速度为0.25m/s,实验测定反应器出口转化率为80%,为了减小返混的影响,现将反应器长度改为40m ,其它条件不变,试估计延长后的反应器出口转化率将为多少?

解:当反应器长度L=10m 时,其空时为

01040025

0266160401702

=

=

=

==??=....r A V L s

Q

U

kC ττ

已知有X A =0.80 所以:1- X A =0.20。

由上述0A kC τ与1- X A

值,利用图5.23可查得:Da/UL=4。所以轴向有效扩散系

数:

2

440251010==??=./D a U L m s 当反应器长度改为40m ,其空时应为

40

160025=

=

='

'.L s

U τ

所以,002661601606810=??='...A kC τ

而反应器长度改变,轴向有效扩散系数Da 值不变,所以:

10025401==/'/./Da UL

再利用图5.23,由0'A kC τ与/'Da UL 值查得:1-X A =0.060。 所以反应器出口转化率应为:X A =1-0.060=0.94。

显然是由于反应器长度加大后,轴向返混减小,致使出口转化率提高。

5.7在一个全混流釜式反应器中等温进行零级反应A →B,反应速率r A =9mol/min.l,进料浓度C A0为10mol/l ,流体在反应器内的平均停留时间t 为1min,请按下述情况分别计算反应器出口转化率: (1) (1) 若反应物料为微观流体; (2) (2) 若反应物料为宏观流体。

并将上述计算结果加以比较,结合题5.5进行讨论。

解:(1)因是微观流体,故可用全混流反应器的物料衡算式(5.24),且又是闭式系统,1==m in t τ,所以:

0101

9--===A A A

A C C C R τ

解得:1=/A C m ol l 011110090=-=-=//.A A A X C C

(2)宏观流体且是零级反应,故只能用离析流模型(5.38)式,先确定式中C A (t)与t 的关系。在间歇反应器中:

9-=/m in .A

dC m ol l dt

积分上式得:

010*******

09?

-≤??=????

.. A A t t C C t 上式中t=10/9min 为完全反应时间。而全混流反应器的停留时间分布为:

11

=-=-()exp(/)exp(/)

E t t t t t ττ

代入(5.38)式中得:

10900

1

110090396

∞-=

=

--=?

?

/'(/)()(..)exp(/).A

A A X

C C E t dt t t t dt t

所以出口转化率0604='

.A X

由此可见,对于零级反应,其他条件相同,仅混合态不同,则出口转化率是不

同的。且宏观流体的出口转化率为0.604,低于同情况下微观流体的出口转化率。但习题5.5是一级反应,所以混合态对出口转化率没有影响。

5.8在具有如下停留时间分布的反应器中,等温进行一级不可逆反应A →P ,其反应速率常数为2min -1。

01?=?

-?()exp()E t t 1

1≥ t t

试分别采用轴向扩散模型及离析流模型计算该反应器出口的转化率,并对计算结果进行比较。

解:(1)用轴向扩散模型,故先确定模型参数Pe 。为此需确定该反应器的停留时间分布特征--t 与2

θσ。

2

2

2

2

2

12

2

22

2

2

22

12011154112025

∞∞∞∞∞=

=

-==

-=

--=

--

--=-====?

?

?

?

?

?

()exp().m in

()exp()exp()exp()m in

//.t

t

t tE t dt t t dt t E t dt t t t dt t

t t dt t t dt t t θσ

σσ

而2

2

2

2

1025

-=

-

-=().Pe

e

Pe Pe θσ

迭代解得:Pe=6.8。代入(5.69)式中,得:

12

12

141422681831=+=+??=//(/)(/.)

.k Pe ατ

所以有:

22

41831

00542

68681183111831118311183122?=

=????+-----+????

????

....(.)exp (.)(.)exp (.)A A C C

反应器出口转化率为:X A =1-0.0542=0.9458

(2)用离析流模型,对于一级反应:

2=-=-()()exp()

A A C t kt t C 歇

1

1

12113004511

-=

=

--=

-=?

?

?

()

()exp()exp()exp().A A A C t X E t dt t t dt t dt C

反应器出口转化率为:X A =1-0.04511=0.9549

上述两种计算方法极为近似,这是由于在反应器中进行的是一级不可逆反应,混合态对其无影响。

化学反应工程试题集及复习题

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 。

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化学反应工程试卷及答案

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专科分离工程试卷答案样本

专科《分离工程》 一、 ( 共46题,共150分) 1. 按所依据的物理化学原理, 传质分离过程能够分为________分离过程和 ________分离过程, 常见的平衡分离过程有________、 ________、 ________。( 5分) .标准答案: 1. 平衡;2. 速率;3. 精馏;4. 吸收;5. 闪蒸; 2. 表征表征能量被利用的程度有两类效率: ____________和____________。要降低分离过程的能耗, 提高其____________效率, 就应该采取措施减小过程的有效能损失。有效能损失是由____________引起的。 ( 4分) .标准答案: 1. 热效率;2. 热力学效率;3. 热力学;4. 过程的不可逆性; 3. 泡露点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算, 按规定哪些变量和计算哪些变量可分为如下四种类型: ________________________、 ________________________、 ________________________和 ________________________。 ( 4分) .标准答案: 1. 泡点温度计算;2. 泡点压力计算;3. 露点温度计算;4. 泡点压力计算; 4. 影响气液传质设备处理能力的主要因素有________、 ________、 ________和________。 ( 4分) .标准答案: 1. 液泛;2. 雾沫夹带;3. 压力降;4. 停留时间; 5. 多组分多级分离过程严格计算中围绕非平衡级所建立的MERQ方程分别是指 ________________________、 ________________________、 ________________________和________________________。 ( 4分) .标准答案: 1. 物料衡算方程;2. 能量衡算方程;3. 传递方程;4. 界面相平衡方程; 6. 常见的精馏过程节能途径有________________________________________、 ________________________________________、 ________________________________________。 ( 3分) .标准答案: 1. 单个精馏塔的调优节能;2. 精馏系统的综合优化节能;3. 精馏系统与整个工艺过程的综合优化节能; 7. 理想气体和理想溶液混合物传热速率________最小分离功, 非理想溶液混和物传热速率________最小分离功, 最小分离功的大小标志着________。 ( 3分) .标准答案: 1. 等于;2. 不等于;3. 物质分离的难易程度; 8. 假设相对挥发度与组成关系不大且不同组分的塔板效率相同, 经过对若干不同组分系统的精馏计算结果分析研究发现, ( )下组分的分配比接近于实际操作回流比下的组分分配比。 ( 2分) A.高回流比 B.低回流比 C.全回流 D.最小回流比 .标准答案: C 9. 在多组分混合物的吸收过程中, 不同组分和不同塔段的吸收程度是不同的。( )一般主要在靠近塔顶的几级被吸收, 在其余级变化很小。 ( 2分) A.轻关键组分 B.重关键组分 C.轻非关键组分 D.重非关键组分 .标准答案: C 10. 多组分精馏与多组分吸收过程均不能对所有组分规定分离要求, 而只能对分离操作中起关键作用的组分即关键组分规定分离要求, 其中多组分精馏过程最多只能有( )个关键组分, 多组分吸收过程最多只能有( )个关键组分。 ( 2分)

《化学反应工程》期末考试试题及答案..

一、单项选择题: (每题2分,共20分) 1.反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应,当降低A 的浓度后,发现反应生成P 的量显著降低,而R 的生成量略降低,表明(A ) A .反应(1)对A 的反应级数大于反应(2) B .反应(1) 对A 的反应级数小于反应 (2) C .反应(1)的活化能小于反应(2) D .反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作,其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B ) A . 1.0 B. 0.25 C .0.50 D .0 3.对一平行—连串反应R A Q P A ?→??→??→?) 3()2()1(,P 为目的产物,若活化能次序为:E 2 -r A2 B .-r A1 = -r A2 C .-r A1 < -r A2 D.不能确定何者为大 5. 已知一闭式反应器的1.0=r a uL D ,该反应器若用多釜串联模型来描述,则模型参数N 为 ( B )。 A . 4.5 B. 5.6 C .3.5 D .4.0 6.固体催化剂之所以能起催化作用,是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生( C)。 A .物理吸附 B .化学反应 C .化学吸附 D .质量传递 7.包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为( B ) A .堆(积)密度 B .颗粒密度 C .真密度 D .平均密度 8.在气固催化反应动力学研究中,内循环式无梯度反应器是一种( C )。 A .平推流反应器 B. 轴向流反应器 C. 全混流反应器 D. 多釜串联反应器 9.某液相反应,其反应式可写成A+C R+C 这种反应称为(B ) A .均相催化反应 B .自催化反应 C .链锁反应 D.可逆反应 10.高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜,对于其中的气相和液相的流动常可近似看成( B ) A .气、液均为平推流 B .气、液均为全混流 C .气相平推流、液相全混流 D .气相全混流、液相平推流 σ R R σσR σB σA σB σ σB A σ σA S k +?+?→?+?+?+) 此步为速率控制步骤 ( 222 3.间歇釜反应器中进行如下反应: P A → (1) -r A1 =k 1C A a1 S A → (2) -r A2=k 2C A a2 在C A0和反应时间保持不变下,降低反应温度,釜液中C P /C S 增大,表明活化能E1与E2的相对大小为 E1a2 。 A .al>a2 B .alE2 4.从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差 98.02=θσ,反应器可视为 全混流反应

反应工程总复习题(答案)

化学反应工程试题答案 一、单选题:(共60 小题,每题0.5分) 1、化学反应工程是研究如下问题的学科:(A ) A、化学反应器工程问题 B、化工单元操作 C、反应器特性 D、传递特性 2、化学反应工程研究的对象是:(A) A、化学反应器 B、单元操作 C、化工流程 D、化学工艺 3、连续操作的反应器的独立变量为(C) A、浓度 B、反应时间 C、反应器体积大小 4、理想混合的间歇反应器的独立变量为(B) A、反应速率 B、反应时间 C、反应空间 5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是:(C) A、反应物浓度 B、反应时间 C、反应空间 6、间歇操作的反应器所具有的特点包括:(A) A、参数随时间变化 B、参数随空间变化 C、累积量为零 D、累积量不为零 7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时,下面哪些量为零:(D) A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时,下面哪些量为零:(D) A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 9、稳定的定常态操作点符合如下条件:(A) A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 10、若CSTR 的某一操作点是稳定的定常态操作点,则该操作状态具有的特点是:(C) A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 11、在CSTR 中进行一级不可逆反应,最多可以有几个定常态操作点?(D) A、0 B、1 C、2 D、3 E、4 12、对于反应级数大于零的反应,下述情况哪种容积效果最高?(C)

A、单釜CSTR B、多釜CSTR C、PFR

化工分离工程复习题及答案..

化工分离过程试题库(复习重点) 第一部分填空题 1、分离作用是由于加入(分离剂)而引起的,因为分离过程是(混合过程)的逆过程。 2、分离因子是根据(气液相平衡)来计算的。它与实际分离因子的差别用(板效率)来表示。 3、汽液相平衡是处理(汽液传质分离)过程的基础。相平衡的条件是(所有相中温度压力相等,每一组分的化学位相等)。 4、精馏塔计算中每块板由于(组成)改变而引起的温度变化,可用(泡露点方程)确定。 5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为(设计)型计算和(操作)型计算。 6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为(分配组分)。 7、吸收有(轻)关键组分,这是因为(单向传质)的缘故。 8、对多组分吸收,当吸收气体中关键组分为重组分时,可采用(吸收蒸出塔)的流程。 9、对宽沸程的精馏过程,其各板的温度变化由(进料热焓)决定,故可由(热量衡算)计算各板的温度。 10、对窄沸程的精馏过程,其各板的温度变化由(组成的改变)决定,故可由(相平衡方程)计算各板的温度。 11、为表示塔传质效率的大小,可用(级效率)表示。 12、对多组分物系的分离,应将(分离要求高)或(最困难)的组分最后分离。 13、泡沫分离技术是根据(表面吸附)原理来实现的,而膜分离是根据(膜的选择渗透作用)原理来实现的。 14、新型的节能分离过程有(膜分离)、(吸附分离)。 15、传质分离过程分为(平衡分离过程)和(速率分离过程)两大类。 16、分离剂可以是(能量)和(物质)。 17、Lewis 提出了等价于化学位的物理量(逸度)。 18、设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc即设计变量数=独立变量数-约束关系 ) 19、设计变量分为(固定设计变量)与(可调设计变量)。 20、温度越高对吸收越(不利) 21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设(萃取剂回收段)。 22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为(V = SL)。 23、精馏有(两个)个关键组分,这是由于(双向传质)的缘故。 24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面,即(通过一定压力梯度的动量传递),(通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合)和(通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合)。 25、通过精馏多级平衡过程的计算,可以决定完成一定分离任务所需的(理论板数),为表示塔实际传质效率的大小,则用(级效率)加以考虑。 27、常用吸附剂有(硅胶),(活性氧化铝),(活性炭)。 28、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时,恒沸剂从塔(顶)出来。

化学反应工程期末考试试题及答案(整理)

4?从反应器停留时间分布测定中 ,求得无因次方差「二 _ 0.98 ,反应器可视为 XXX 大学 化学反应工程 试题B (开)卷 (答案)2011 — 2012学年第一学 期 一、单项选择题: (每题2分,共20分) 1.反应器中等温进行着 A T P (1)和A T R (2)两个反应,当降低 A 的浓度后,发现反 应生成P 的量显著降低,而 R 的生成量略降低,表明 () A .反应(1)对A 的反应级数大于反应 (2) B .反应(1)对A 的反应级数小于反应 C .反应(1)的活化能小于反应 (2) D .反应(1)的反应速率常数大于反应 2 一为() 2?四只相同体积的全混釜串联操作,其无因次停留时间分布的方差值 A . 1.0 B. 0.25 C . 0.50 A (1) > A ⑶ > D . 0 P —-(2), Q 3. 对一平行一连串反应 为了目的产物的收率最大, A .先高后低 B.先低后高 C .高温操作 4. 两个等体积的全混流反应器进行串联操作, 与第二釜的反应速率-広2之间的关系为( A . -r Ai > -r A2 B . -r Ai 则最佳操作温度序列为( ,P 为目的产物,若活化能次序为:E 2

2011年反应工程A卷参考答案

《化学反应工程》期末考试试题A 卷参考答案 一、填空(每空3分,共24分) 1、在轴向分散模型中,模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就 愈小 。 2、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠__分子引力__结合的,而化学吸附是靠__化学键__结合的。 3、在等温活塞流反应器中进行一级均相反应,反应器体积不变,进口浓度C A0从1mol/L 增加到2mol/L ,如果出口转化率不变,则进料体积流量V 0必须 不变 ; 4、活化能的大小直接反映了___反应速率 _____对温度的敏感程度。 5、对于等温下进行串联反应S P A k k ?→??→? 21,在达到相同转化率的情况下,平推流反应器的效果 优于 全混流反应器。 6、用阶跃示踪法测停留时间分布时,通入示踪物5秒后测得F(t)=0.8,这说明通过该反应器的流体中80%的停留时间为 小于等于5秒 ,20%停留时间为 大于5秒 。 二、选择题(每题3分,共24分) 1、对于反应级数n >0的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用__A 。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 2、全混流反应器停留时间分布特征值方差2θσ为 B 。 A 、0 B 、1 C 、t D 、∞ 3、气相反应2423CO H CH H O +?+,进料时无惰性气体,CO 与2H 以1∶2摩尔比进料,则膨胀因子c o δ= A 。 A . -2 B. -1 C. 1 D. 2 4.反应级数n= C 时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 2 5、对于单一反应组分的平行反应((A S A P →→主),副),其瞬间收率A ?随A C 增大而单调下降,则最适合的反应器为 A 。 A.全混流反应器 B. 全混流串接平推流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 平推流反应器 6. 阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为 B 。 A. E (t )曲线 B. F (t )曲线 C. I (t )曲线 D. y (t )曲线 7、反应物A 的水溶液在等温全混流反应器中进行两级反应,出口转化率为0.4,若改为等体积的活塞流反应器中进行,则出口转化率为 C 。

化工反应工程答案_第二章

2反应动力学基础 2.1在一体积为4L 的恒容反应器中进行A 的水解反应,反应前 A 的含量为 12.23% (重 量),混合物的密度为1g/mL ,反应物A 的分子量为88。在等温常压 试求反应时间为的的水解速率 解:利用反应时间与组分A 的浓度变化数据,作出Q ?t 的关系曲线,用镜 面法求得t=3.5h 时该点的切线,即为水解速率。 切线的斜率为 器 °- 125mOl/Lh 由(2.6 )式可知反应物的水解速率为 2.2 「A dC A dt °.125mol / l.h F A dF A 故反应速率可表示为: F A °(1 X A ) Q °C A °(1 X A ) Q °C A°dX A 「A Q 0C A0 dX A dV R C A0 dX A d(V R /Q 。) dX A /d(V R /Q °) 0.65 °.°4 0.34 故CO 的转化速率为 1.79 C A0 P A0 RT 0.1013 0.03 6.38 10 4mol/l 在一管式反应器中常压300C 等温下进行甲烷化反应: CO 3H 2 CH 4 H 2O 催化剂体积为10ml ,原料气中CO 的含量为3%其余为N,H 2气体,改变进口原 料气流量Q 0进行实验,测得出口 CO 的转化率为: 试求当进口原料气体流量为 50ml/min 时CO 勺转化速率。 解: 是一个流动反应器,其反应速率式可用(2.7 )式来表示 dF A dV R 用X A ?V R /Q 。作图,过V R /Q 0=0.20min 的点作切线,即得该条件下的 值 a 。

r A C AO d —A 6.38 10 4 1.79 1.14 10 3mol /l.min d (V R / Q o ) 2.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为: r k w y COSOf kmol/kg h 式中y cO 和 y 为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率,0.1MPa 压力及700K 时反 应速率常数 k W 等于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30n i /g ,堆密度为 1.13g/cm 3,试计算: 1) ( 1)以反应体积为基准的速率常数 k V o (2) (2)以反应相界面积为基准的速率常数 k g o (3) (3)以分压表示反应物系组成时的速率常数 k g o (4) (4)以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数 k c o 解:利用(2.10)式及(2.28 )式可求得问题的解。注意题中所给比表面 的单位换算成nVm 3。 (1)k v b k w 1.13 103 0.0535 60.46kmol/m 3 .h — A 1 —A 解得—=82.76% b 3k w 1.78 b 30 103 (1 )0.45 0.0535 '0.1013, (8.31 10 3 700).45 6 2 10 6kmol /m .h °1508kgg 5 c, )45 0.0535 0.333(7^7)0.45(4^) 0.1 kmol kg .h 2.4在等温下进行液相反应A+4C+D 在该条件下的反应速率方程为: r A 0.8C A .5c B .5mol /l min 若将A 和B 的初始浓度均为3mol/l 的原料混合进行反应,求反应 4min 时A 的 转化率。 解: 1.5mol/l 「A 由 ( 2.6 ) 由题中条件知是个等容反应过程,且 , 故可把反应速率式简化,得 O.8C A .5CB .5 0.8C A 0.8C A 0(1 式可知 A 和 B 的初始浓度均相等,即为 — A )2 dC A dt 代入速率方程式 c d —A A0 dt 化简整理得 d —A 「A d C AO (1 —A ) c C A0 dt d —A dt 2 2 O.8C AO (1 —A ) (1 —A ) 积分得 0.8C A0dt 0.8C A°t w n k w

化工分离工程考试答案

2013化工分离过程期中考试试题答案 一、填空题(每空1分,共20分) 1. 传质分离过程分为(平衡分离过程)和(速率分离过程)两大类。 2. 分离作用是由于加入(分离剂)而引起的,因为分离过程是(混合过程)的逆过程。 3. 汽液相平衡是处理(传质分离)过程的基础,相平衡的条件是(各相温度压力相等, 各组分在每一相中的化学位相等)。 4. 当混合物在一定的温度、压力下,进料组成 乙和相平衡常数K 满足 ( K i Z 1, z K i 1 )条件即处于两相区,可通过(物料平衡和相平衡)计算 求出其平衡汽液相组成。 5. 精馏塔计算中每块板由于(组成)改变而引起的温度变化,可用(泡露点方程)确定。 6. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为(设计)型计算和(操作)型计算。 7. 最低恒沸物,压力降低使恒沸组成中汽化潜热(小)的组分增加。 8. 萃取精馏中塔顶产品不合格时,经常采取(增加萃取剂用量)或(减小进料量)的措 施使 产品达到分离要求。 9. 吸收有(1个)关键组分,这是因为(单向传质)的缘故。 10. 吸收剂的再生常采用的是(用蒸汽或惰性气体的蒸出塔)、(用再沸器的蒸出塔)和(用 蒸馏塔)。 二、单项选择题(每小题1分,共10分) 1. 吸收属于(A ) A.平衡分离;B.速率分离;C.机械分离;D.膜分离。 C 2. 计算溶液泡点时,若 K i X i 1 0,则说明(C ) 1 A.温度偏低; B.正好泡点; C.温度偏高。 3. 如果体系的汽相为理想气体,液相为非理想溶液;则相平衡常数可以简化表示为(D ) 4. 汽液相平衡K 值越大,说明该组分越(A ) A.易挥发; B.难挥发; C.沸点高; D.蒸汽压小 5. 如果塔顶采用全凝器,计算塔顶第一级的温度可以利用方程( A.泡点方程; B.露点方程; C.闪蒸方程; D.相平衡方程。 6. 计算在一定温度下与已知液相组成成平衡的汽相组成和压力的问题是计算 (B )A. 泡点温度;B.泡点压力;C.等温闪蒸;D.露点压力。 7. 精馏中用HN 表示(C ) A.轻关键组分; B.重关键组分; C.重非关键组分; D.轻非关键组分。 8. 以下描述中,不属于萃取精馏中溶剂的作用的是( D ) A. K i L i V i B. K i P S C. K i D. K i ?R s i i

化学反应工程期末考试试题及答案

《化学反应工程》试题 XXX大学化学反应工程试题B(开)卷 (答案)2011—2012学年第一学期 一、单项选择题:(每题2分,共20分) 1.反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应,当降低A的浓度后,发现反应生成P的量显著降低,而R的生成量略降低,表明(A ) A.反应(1)对A的反应级数大于反应(2) B.反应(1) 对A的反应级数小于反应(2) C.反应(1)的活化能小于反应(2) D.反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作,其无因次停留时间分布的方差值为( B ) A. 1.0 B. 0.25 C.0.50 D.0 3.对一平行—连串反应,P为目的产物,若活化能次序为:E2 -r A2 B.-r A1 = -r A2 C.-r A1 < -r A2 D.不能确定何者为大 5. 已知一闭式反应器的,该反应器若用多釜串联模型来描述,则模型参数N为( B )。 A. 4.5 B. 5.6 C.3.5 D.4.0 6.固体催化剂之所以能起催化作用,是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生( C)。 A.物理吸附 B.化学反应 C.化学吸附 D.质量传递 7.包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为( B ) A.堆(积)密度 B.颗粒密度 C.真密度 D.平均密度 8.在气固催化反应动力学研究中,内循环式无梯度反应器是一种( C )。 A.平推流反应器 B. 轴向流反应器 C. 全混流反应器 D. 多釜串联反应器 9.某液相反应,其反应式可写成A+C R+C这种反应称为(B ) A.均相催化反应 B.自催化反应 C.链锁反应 D.可逆反应 10.高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜,对于其中的气相和液相的流动常可近似看成( B ) A.气、液均为平推流 B.气、液均为全混流 C.气相平推流、液相全混流 D.气相全混流、液相平推流 二、填空题(每题5分,共30分) 1.一不可逆反应,当反应温度从25℃升高到35℃时,反应速率增加一倍,则该反应 的活化能为 52894 J/mol 。

化学反应工程第二章

第二章均相反应动力学基础 均相反应均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。 在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的,要求: ①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度 一、计量方程 反应物计量系数为负,生成物计量系数为正。 计量方程表示物质量之间关系,与实际反应历程无关; 计量系数只有一个公因子; 用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应,反之称为复合反应。 二、化学反应速率 单位时间、单位反应容积内组分的物质的量(摩尔数)的变化称之为该组分的反应速率。 反应物: 生成物: 对于反应 三、化学反应速率方程 r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。 3 2223NH H N =+032223=--N H NH A A A dn r Vd d t C dt =- =-R R R dn r Vdt dC dt == A B S R A B S R αααα+=+S A B R A B S R r r r r αααα= = = A A A B r [k (T)][f( C ,C ,)] =

有两类;双曲函数型和幂函数型。 k-化学反应速率常数; a(b)-反应级数。 (1)反应级数 (i) 反应级数与反应机理无直接的关系,也不等于各组份的计量系数; (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度; (iii) 反应级数是由实验获得的经验值,只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。 (2)反应速率常数k [k]: s -1 ·(mol/m 3)1-n E :是活化能,把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E 愈大,通常所需的反应温度亦愈高,反应速率对温度就愈敏感。 k 0 —指前因子,其单位与反应速率常数相同; E — 化学反应的活化能,J/mol ; R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。 a b A A B r kC C =2 2 2 0.5 12H Br HBr HBr Br k c c r c k c = + exp[]E k k RT =-01 ln ln E k k R T =-? lnk 1/T

化工分离工程试题答卷及参考答案

MESH方程。 一、填空(每空2分,共20分) 1. 如果设计中给定数值的物理量的数目等于 设计变量,设计才有结果。 2. 在最小回流比条件下,若只有重组分是非分 配组分,轻组分为分配组分,存在着两个 恒浓区,出现在精镏段和进料板 位置。 3. 在萃取精镏中,当原溶液非理想性不大时, 加入溶剂后,溶剂与组分1形成具有较强正 偏差的非理想溶液,与组分2形成 负偏差或理想溶液,可提高组分1对2的 相对挥发度。 4. 化学吸收中用增强因子表示化学反应对传质 速率的增强程度,增强因子E的定义是化学吸 收的液相分传质系数(k L)/无化学吸收的液相 分传质系数(k0L)。 5. 对普通的N级逆流装置进行变量分析,若组 分数为C个,建立的MESH方程在全塔有 NC+NC+2N+N=N(2C+3) 个。 η; 6. 热力学效率定义为= 实际的分离过程是不可逆的,所以热力学效 率必定于1。 7. 反渗透是利用反渗透膜选择性的只透过 溶剂的性质,对溶液施加压力,克服溶 剂的渗透压,是一种用来浓缩溶液的膜 分离过程。 二、推导(20分) 1. 由物料衡算,相平衡关系式推导图1单 级分离基本关系式。 ——相平衡常数; 式中: K i ψ——气相分 率(气体量/进料量)。 2. 精馏塔第j级进出物料如图1,建立

三、简答(每题5分,共25分) 1.什么叫相平衡相平衡常数的定义是什么 由混合物或溶液形成若干相,这些相保持物理平衡而共存状态。热力学上看物系的自由焓最小;动力学上看相间表观传递速率为零。 K i =y i /x i 。 2.关键组分的定义是什么;在精馏操作中, 一般关键组分与非关键组分在顶、釜的 分配情况如何 由设计者指定浓度或提出回收率的组分。 LK绝大多数在塔顶出现,在釜中量严格控制; HK绝大多数在塔釜出现,在顶中量严格控制; LNK全部或接近全部在塔顶出现; HNK全部或接近全部在塔釜出现。 3.在吸收过程中,塔中每级汽、液流量为 什么不能视为恒摩尔流 吸收为单相传质过程,吸收剂吸收了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增加,气体的流量相应的减少,因此气液相流量在塔内都不能视为恒定。 4.在精馏塔中设中间换热器为什么会提高 热力学效率 在中间再沸器所加入的热量其温度低于塔 底加入热量的温度,在中间冷凝器所引出的 热量其温度高于塔顶引出热量的温度,相对 于无中间换热器的精馏塔传热温差小,热力 学效率高。 5.反应精馏的主要优点有那些 (1)产物一旦生成立即移出反应区;(2)反应区反应物浓度高,生产能力大;(3)反应热可由精馏过程利用;(4)节省设备投资费用;(5)对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。 四、计算(1、2题10分,3题15分,共35分) 1. 将含苯(mol分数)的苯(1)—甲苯(2)混合物在下绝热闪蒸,若闪蒸温度为94℃,用计算结果说明该温度能否满足闪蒸要求 已知:94℃时P 1 0= P 2 0= 2. 已知甲醇(1)和醋酸甲酯(2)在常压、54℃ 下形成共沸物,共沸组成X 2 =(mol分率), 在此条件下:kPa P kPa p98 . 65 , 24 . 9002 1 = =求 该系统的活度系数。 3. 气体混合物含乙烷、丙烷、丁烷(均为摩尔分数),用不挥发的烃类进行吸收,已知吸收后丙烷的吸收率为81%,取丙烷在全塔的平均吸收因子A=,求所需理论板数;若其它条件不变,提高平均液汽比到原来的2倍,此时丙烷的吸 收率可达到多少。

化学反应工程期末考试真题

化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体,CO 与2H 以1∶2摩尔比进料, 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中,则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P (目的)→R + S ,目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时,该反应的反应级数n___B__。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副),其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降,则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n >0的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ,3 0/30.2m kmol C A =, 出口转化率 7.0=A x ,每批操作时间 h t t 06.20=+,装置的生产能力为50000 kg 产物R/天,R M =60,则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B , s l mol C r A A ?=-/01.0,当l mol C A /10=时,求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行,使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。

《化学反应工程》试题和答案基础部分

《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和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-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于£—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(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mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2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lnk 10000 102.其活化能为 T 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10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C时的10倍.则该反应的活化 能为(设浓度不变)mol 。 11. 非等分子反应2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中(& )= 1/3 (仏)二1/2 扁3 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G°. 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”。 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 匚些.转化率为nxA—。 1 (n 1)X A 1 (n 1)X A 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的定义为(n P-g)/ (n s- n s0)

化工分离工程考试答案

2013化工分离过程期中考试试题答案 一、填空题(每空1分,共20分) 1. 传质分离过程分为(平衡分离过程)和(速率分离过程)两大类。 2. 分离作用是由于加入(分离剂)而引起的,因为分离过程是(混合过程)的逆过程。 3. 汽液相平衡是处理(传质分离)过程的基础,相平衡的条件是(各相温度压力相等,各组分在每一相中的化学位相等)。 4. 当混合物在一定的温度、压力下,进料组成z i 和相平衡常数K i 满足 ( 1,1>>∑∑i i i i K z z K )条件即处于两相区,可通过(物料平衡和相平衡)计算求出其平衡汽液相组成。 5. 精馏塔计算中每块板由于(组成)改变而引起的温度变化,可用(泡露点方程)确定。 6. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为(设计)型计算和(操作)型计算。 7. 最低恒沸物,压力降低使恒沸组成中汽化潜热(小)的组分增加。 8. 萃取精馏中塔顶产品不合格时,经常采取(增加萃取剂用量)或(减小进料量)的措施使产品达到分离要求。 9. 吸收有(1个)关键组分,这是因为(单向传质)的缘故。 10.吸收剂的再生常采用的是(用蒸汽或惰性气体的蒸出塔)、(用再沸器的蒸出塔)和(用蒸馏塔)。 二、单项选择题(每小题1分,共10分) 1. 吸收属于(A ) A.平衡分离;B.速率分离;C.机械分离;D.膜分离。 2. 计算溶液泡点时,若∑=>-C i i i X K 101,则说明(C ) A. 温度偏低; B. 正好泡点; C. 温度偏高。 3. 如果体系的汽相为理想气体,液相为非理想溶液;则相平衡常数可以简化表示为 ( D ) A. L i i V i K φφ= B. s i i P K P = C. $$L i i V i K φ φ= D. s i i i P K P γ= 4. 汽液相平衡K 值越大,说明该组分越( A ) A.易挥发; B.难挥发; C.沸点高; D.蒸汽压小。 5. 如果塔顶采用全凝器,计算塔顶第一级的温度可以利用方程( B ) A.泡点方程; B.露点方程; C. 闪蒸方程; D.相平衡方程。 6. 计算在一定温度下与已知液相组成成平衡的汽相组成和压力的问题是计算( B ) A.泡点温度; B.泡点压力; C.等温闪蒸; D.露点压力。 7. 精馏中用HNK 表示( C ) A. 轻关键组分; B. 重关键组分; C. 重非关键组分; D. 轻非关键组分。 8. 以下描述中,不属于萃取精馏中溶剂的作用的是( D )

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