《化学反应工程》期末考试试题及答案

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 。 解： molJE E TTR E k k /52894 2ln) 308 1 298 1 ( 314. 8 2ln) 11 (ln 211 2    ， 2．一气固催化反应 RBA ，若本征反应速率方程为： 则该反应可能的反应机理为 σRRσ σRσBσAσ BσσB AσσA S k     ）此步为速率控制步骤 ( 22 2 3．间歇釜反应器中进行如下反应： PA  (1) －rA1＝k1CAa1 SA  (2) －rA2=k2CAa2 在 CA0和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中 CP/CS增大，表明活化能 E1 与 E2 的相 对大小为 E1a2 。 A．ala2 B．alE2，则反应温度应采用 高温 。 QBA PBA k k   2 1 2 2 25 . 0 2 5 . 02 1 BAQ BAP CCkr CCkr   2)1( RRBBAA BBAAS PKPKPK PKPKk r ＋  E(t) /min－1 2. 在四段绝热式固定床反应器中进行n级不可逆反应,各段的催化剂量相同,且控制进入各 段的反应物料温度相等.若 n0,试问 (1) 哪一段的净转化率最大?哪一段最小? (2) 若段间采用冷激方法进行降温,试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间 哪处需加入的冷激剂量多?为什么? 解:(1)虽然各段进口温度相等,在催化剂量相同的情况下,净转化率也按 1 至 4 段的顺 序递减,第一段最大,第二段次之, 第三段再次之，第四段最小. (2)因第一段反应量大于第二段反应量,所以 1-2 段间要取出的热量比 2-3 段间要取出 的热量大,因而 1-2 段间需要的冷激量也大于 2-3 段间需要的冷激剂量. 四、计算题： （第 1，2 题均为 12 分，第 3 题为 14 分，共 38 分） 1.在反应体积为1 m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产丙二醇-1，2： 23223 H COCHCHH OH COHCHOHCH 该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等于 0.98h-1，原料液中 环氧丙烷的浓度为 2.1kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率为 90%。 （1）若采用间歇操作，辅助时间为 0.65h，则丙二醇-1，2 的日产量是多少？ （2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2 的日产量又是多少？ （3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？ 解： （1） 一级不可逆反应： hmQ QttQV hx k t r Af /3/1 1)65. 035. 2()( 35. 2)9 . 01ln( 98. 0 1 )1ln( 1 3 0 000    31 0 1,,0.98,2.1/ ,0.9   rAAAA Vm rkCkhCkmol l X 丙二醇的浓度= 3 0 2.10.91.89/ AA CXkmol m 丙二醇的产量= AfA00 xCQ ＝1.89 1/3 0.63/15.15/日kmol hkmol (2) 采用定态下连续操作 0 0 0.9 1 (1)0.98(10.9)    Af r Af Q X Q V kX 所以 Q0=0.109m3/h 丙二醇的产量= 0.109 1.890.2058/4.939/日kmol hkmol （3）因连续釜在低的反应物浓度下操作，反应速率慢，故产量低。 2.对一闭式反应器进行停留时间分布实验测定，在 Q＝300L/min 下，得到 E(t)～t 关 系如下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据 E(t)函数性质确定并计算： （1）E(t) （2）F(t) （3）该反应器体积为多少？ （4）多级串联模型参数 N 为多少？ (5)无因次方差 2   为多少？ （6）轴向扩散模型参数 Pe 为多少？ 0 10 20 t/min 答： （1）E(t)＝ -1/200(t-20) (2）F(t)＝ -t2/400+0.1t （3）V＝ 2 m3 （4）多级串联模型参数 N＝ 2 (5)无因次方差 2 11 2   N （6） 2.56Pe 5 . 0)e-(1 Pe 2 - Pe 2 Pe- 2 2     3．某一级不可逆气固催化反应，在反应温度 150℃下，测得 kP=5s-1,有效扩散系数 DeA=0.2cm2/s。求： （1） 当颗粒直径为 0.1mm 时，内扩散影响是否已消除？ （2） 欲保持催化剂内扩散有效因子为 0.8，则颗粒直径应不大于多少？ 解： cm d d d D kd 1 (2) 1 D kd P P P eA PP eA PP 816. 0 68. 0 6 5 2 . 0 5 66 68. 0 8 . 0 3 1 3tanh 1 3 1 00833. 0 2 . 0 5 6 01. 0 6 )1(                   ＝试差，得 二、填空题 1、化学反应工程是一门研究 化学反应的工程问题 的科学。 2、化学反应速率式为  BACA CCKr  ，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 = )()(RT P 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Sp与 浓度 无关， 仅是 温度 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 平推流 反应器为宜。 5、对于恒容的平推流管式反应器 平均停留时间、反应时间、空时 一致。 6、若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_微观流体_。 7、流体的混合程度常用 调匀度S 、 流体的混合态 来描述。 8、 催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_物理 失活， 也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_化学_失活。 9、对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_0.1um _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 努森扩散 。 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，因此一般可用拟均相一维模型来计算。 11、对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的 关系为___1 2 12 ln E E EE R TT TT opteq opteq     ___________。 12、描述流化床的气泡两相模型，以0 U 的气速