反应工程综合题100(修订)

化学反应工程综合题100

1.某反应2A→R, 已知A的消耗速度（－r

A ）=kC

A

2, 试写出R的生成速度

r

R

=________________?

2.某等温平行反应：A→R r

R =k

1

C

A

2 (主反应)

A→S r

S ＝k

2

C

A

（付反应）

试问选用CSTR还是PFR对反应有利？为什么？

3.试证明同一反应在同样条件下达到相同的转化率，间歇式釜式反应器所需反

应器体积大于PFR所需反应器体积即:

(V

R )

间歇釜式

>(V

R

)

PFR

4.对等温反应A→P，（－r

A ）=kC

A

n, 若n<0，从生产能力大的角度考虑应选择CSTR

还是选择PFR好；若n>0, 又如何选择？为什么?

5.试说明如何用实验的方法测定催化剂内扩散有效因子？

6.PFR绝热操作时，T－T

=___________; 绝热温升λ＝___________;其物理意义_____________________?

7.何为反应器的热稳定性？

8.膨胀率ε

i 定义______________;膨胀因子δ

i

定义__________; 二者中间

的关系___________。

9．某平行反应: A→R r

R =k

1

C

A

k

1

=k

10

EXP(-E

1

/RT)(主反应)

A→S r

S ＝k

2

C

A

k

2

=k

20

EXP(-E

2

/RT)(付反应)

问：1）E

1>E

2

反应温度如何选择？

2）E

1

2

反应温度又如何选择？

10. 某等温等压气相反应 A → B + C 膨胀因子δA=_____，其物理意义为；

若A原料含50%惰性气体，膨胀率ε

A

=________。

11．某反应A →P在某反应器中进行，在同样条件下，A的消耗速度（－r

A

）越

大，所需要的反应体积V

R __________; 反之（－r

A

）越小，所需要的反应体积

V R __________，即V

R

∝（正比于）_______________。

12. 化学反应在反应器中进行，反应的最终结果是三传一反共同作用的结果。反应器设计计算是物料衡算式，热量衡算式，动量衡算式，动力学方程式的联立求

解。

13． 某二级不可逆液相反应A+B →C,已知C AO =C BO ,在间歇反应器中达到x A =0.99, 需反应时间10min 。

问：在PFR 和CSTR 中空时各是多少？ 14．流化床扩大段的作用回收固体催化剂粉末。 15．动力学方程积分式：

一级不可逆反应： t=______________________; 二级不可逆反应： t=______________________。 16．某液相反应A →P ，已知:

（－r A ）=kC A 2 [kmol/(L ?min)]

k=1.97 L/(kmol ?min) C A0=0.004 kmol/L

计算转化率x Af = 0.9, 0.95时，所需反应时间t=______,_____, (各为多少)？ 17． V R ∝1/（－r A ）请写出以下反应器V R 与（－r A ）的关系式：

间歇釜式__________________________________________; PFR_____________________________________________; CSTR___________________________________________。 18. 平行反应：A →R r R =k 1C A α1 (主反应)

A →S r S ＝k 2C A α2（付反应）

从提高目的产物R 的选择性、收率考虑，提高反应物浓度，有利于级数______的反应; 而降低反应物浓度，则有利于级数_____的反应。 19．某平行反应: A →R r R =k 1C A k 1=k 10EXP(-E 1/RT)(主反应)

A →S r S ＝k 2C A k 2=k 20EXP(-E 2/RT)(付反应)

从提高目的产物R 的选择性、收率考虑，提高反应温度T ，有利于活化能____的反应；而降低反应温度T, 则有利于活化能_____的反应。 20．流化床设置旋风分离器的作用回收固体催化剂粉末。

21．等温一级不可逆反应，催化剂为球型，请从西勒模数Φs 的定义式来说明，为什么西勒模数Φ越大，内扩散有效因子ξ越小？Φ越小，ξ→1 ？

22. 对管式反应器，采用什么样的措施可使它的流动更接近于活塞流？为什么？

23．对釜式反应器，采用什么样的措施可消除设备内的死角？

24．E(t)的单位___________；为什么把它称为停留时间分布密度函数？E(t)dt 表示具有停留时间__________________________所占的分率。

25．F(t)的单位________, 表示具有停留时间___________所占的分率。26．反应器按操作方式分为:___________,__________,____________操作。

27．PFR模型中，当t等于平均停留时间时(t=t

m )，E(t

m

)＝_________。

28. 间歇操作的釜式反应器，非生产时间主要包括________, __________,__________等。

29．内扩散有效因子ξ＝r

p /r

s

，r

p

为____________________________,

r

s

为______________________________。

30. 某气固相催化反应，本征动力学为二级不可逆反应，现在该反应为外扩散控制，试问该反应宏观动力学为_________级？

31. 某反应器停留时间分布测定求得无因次方差

θ

ζ=0.98,该反应器的流型接

近于；又若求得2

θ

ζ=0.01，该反应器可视为。

32. 气固相催化反应，消除内扩散和外扩散影响的措施是

和。

33. 何为壁效应？在何种条件下可消除壁效应？

34. 等温一级不可逆反应，催化剂为球型，催化剂的有效因子ξ＝_________________。

35. 在PFR中停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的___________ %；在CSTR中停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的__________%。

36. 简述气-固相催化反应全过程(7步)？

37. 球形催化剂一级不可逆反应，催化剂内扩散有效因子的计算式为。西勒模数θ越大，内扩散有效因子。38．全混流反应器热稳定性条件为，________________。39．如何评价固体催化剂的好坏，对固体催化剂的要求有哪些？

40．朗格缪尔理想吸附摸型的基本假设有哪些？

41．在气-固相催化反应动力学推导过程中用到控制步骤的概念，何为控制步骤？

42．固体催化剂的作用有哪些？

43．何为返混？间歇式釜式反应器有无返混？

44．PFR，CSTR，N个CSTR ζ

t 2= ______,_______,_________;ζ

θ

2=_______,_______,_________。

45. 催化剂活性组分的作用________________________________。

46．催化剂载体的主要作用_______________________________。

47．如何用图解法定性分析PFR，CSTR，N个CSTR生产能力的大小？

48．空时与空速的关系_________。

49．试定性分析PFR，CSTR，N个CSTR生产能力的大小

50．脉冲实验可以得到停留时间分布密度函数E（t）＝____________。51．CSTR反应器F(t)＝___________, E(t)=__________________。

52．在瞬间加入反应器的N个流体微元中，具有停留时间为t→t+dt的流体微元所占的分率为_____________；具有停留时间为____________的流体微元所占的分率为F(t)。

53．试写出CSTR反应器有效体积和空时计算式：

一级不可逆反应：V

R =__________; η

c

= __________。

二级不可逆反应：V

R =__________;η

c

= __________。

54．试写出PFR反应器有效体积和空时计算式：

一级不可逆反应：V

R =__________;η

p

= __________。

二级不可逆反应：V

R =__________;η

p

= __________。

55. 试写出间歇操作釜式反应器反应时间及反应器体积计算式，

一级不可逆反应：t= __________；

二级不可逆反应：t= __________；

V

R

=__________。

56．气固相催化反应，当可以消除外扩散和内扩散的影响时，得到的反应动力学是_______动力学。

57．气固相催化反应，当不能消除外扩散和内扩散的影响时，得到的反应动力学是_______动力学。

58．西勒模数θ的大小体现了催化剂颗粒的_______, 反应速度的_______,和传

质速度的______。

59. 转化率＝______________________,

选择性＝______________________, 收率＝_______________________________。

60．如何计算转化率，选择性和收率的大小。

61．流化床反应器的操作气速u应选择：u

mf < u

t

。

62．反应速度常数k=___________________。

63. 试写出气-固相催化反应宏观动力学过程的七个步骤：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

其中（3）、（4）、（5）为；当步骤（1）为控制步骤时其宏观动力学方程为级动力学。

64．气固相催化反应，消除内扩散影响的措施是，消除外扩散影响的措施是。

65．设E(θ)为流动反应器的停留时间分布密度函数，θ为对比时间。若该反应器为平推流反应器，则E(1.2)= ___E(1.0)=_________ E(0.5)=________。66．气固流化床中床层压降与气速关系曲线如图所示。随气速增加可观察到三个阶段，其中（A）为________阶段，（B）为________阶段；（C）点对应速度为________流化速度，（D）点对应速度为________速度。

Δ

50 空床流

速u 0 ㎝/s

67．何为返混？间歇釜式反应器有无返混？方差越大，表示返混______;方差越小，表示返混____________。

68．在固定床反应器中进行可逆放热反应，试标出单段绝热操作固定床反应器的最佳温度线和平衡线。

69．两个CSTR 反应器串联中进行不可逆一级反应：

第一个CSTR ：V R1= _____________________________，

η

c1

=______________________________；

第二个CSTR ：V R2= _____________________________，

η

c2

=_____________________________。

70．气体分子在固体催化剂微孔中扩散的主要形式有 ，和____________。

71．流化床反应器操作气速u 应大于 小于 ，流化数F n = ；当操作气速超过 后，床层压

降将基本保持不变。

72. 固定床反应器拟均相模型假设流体与催化剂具有相同的温度,相同的浓度。 73．气固相催化反应的本征动力学包括吸附、表面反应、脱附三个串联步骤。 74. 固定床反应器能否使用小颗粒的催化剂？使用小颗粒的催化剂会造成床层_________增大，为了降低压降，可使用_________流动反应器。

75. 设t 为停留时间，θ为对比时间, 请写出F(θ)与F(t), E(θ)与E(t), ζ

θ

2与ζ

t 2之间的关系：

____________________,____________________,________________________________。

76. CSTR F(t)=_______________, E(t)=_______________________。 77. 两个CSTR 反应器串联中进行二级不可逆反应：

第一个CSTR ：V R1= _____________________________，

η

c1

=______________________________；

第二个CSTR ：V R2= _____________________________，

η

c2

=_____________________________。

78．返混指____________________________________________，方差________,表示一个反应器返混越大，方差__________,表示一个反应器返混越小。 79．脉冲实验，平均停留时间t m =_______________________________________。 80．脉冲实验，方差ζt 2＝_____________________________________。 81. 固定床径向流动反应器的主要优点：_______,________,_________。 82．绝热式固定床反应器经常设置成多段绝热床，在段间进行换热或加入冷物料，目的是为了调节_____________________。

83．气体分子在固体催化剂微孔中的扩散,假设综合扩散系数D e ,有效扩散系数D eff ,二者的关系：D eff ＝_________________，D eff 与D e 相比，

________>___________。

84．对动力学方程的直接积分可得到达到一定转化率所需反应时间的计算式：

A A A 0

A A A 00

A A d d ()

()

x c c x c t c r r ==---?

?

例：间歇操作的液相反应A →R ，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物

浓度由c A0=1.3kmol ·m -3降到0.3 kmol ·m -3需多少时间?

c A /kmol ·m -3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0

(?r A )/kmol ·m -3mi n -1

0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042

解

A A A 0

-3

-3

A 0A f A A A 00

A A 1.3km ol m 0.3km ol m

d d ()

()

x c c c c x c t c r r =?=?==---?

?

图解积分

-3

A m kmol ?c

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 以1/(-r A )对C A 做图，曲线下从C Af ＝0.3到C A0＝1.3曲线下的面积即为定积分

A A A 0

A A A 00

A A d d ()

()

x c c x c t c r r ==---?

?

判断题

1．N 个CSRT 串联，N 越大；返混越大。

2．CSTR 中各处的反应速度相同，也不随时间变化。 3．间歇式釜式反应器中各处的反应速度相同。

4．PFR ，CSTR ，N 个CSTR ，其返混程度的大小顺序为：PFR>CSTR>N 个CSTR. 5．在PFR 内反应物的浓度始终高于CSTR 中的反应物浓度，所以，无论在反应器中进行何种反应，PFR 的生产能力始终大于CSTR 。 6．在平行反应中，升高温度有利于主反应。 7．返混指连续流动反应器中物料的混合。 8．当流体的ζ

θ

2值接近0时，则近似理想置换流动；ζ

θ2值接近1时，则近似

理想混合流动。

9．间歇操作釜式反应器与连续操作釜式反应器都不存在返混和停留时间分布问题。

10．流化床反应器的操作气速必须大于临界流化速度，同时要小于最大流化速度。

11．流化床反应器的传热效果比固定床反应器传热效果好。

12．流化床反应器使用的催化剂粒径比固定床反应器催化剂的粒径大。