高等反应工程题库

高等反应工程试题,2011.10

计算题

1.某一级不可逆气-固催化反应,其反应速率为 -rA kcA 10 6mol/s.cm3

当cA 10 3mol/L0133MPa,400℃时,若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响,问催化剂历经如何改变。已知De=10-3cm2/s。

10 6

10 1s 1 解： -rA kcA 2 310 10

若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响，即

0.95, 1 RP 3k 0.1cm 1mm 1,即RP 110De

2.用直径为6mm的球形催化剂进行一级不可逆反应A→P+R。气相主体中A的摩尔分率为yA=0.5，操作压力p=0.10133MPa，反应温度T=500℃。已知单位体积床层的反应速率常数为0.333s-1，床层空隙率为0.5，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.00296cm2/s，外扩散传质系数为40m/h，试计算：

1）催化剂内部效率因子为多少？内扩散影响是否严重？

2）催化剂外表面浓度为多少？外扩散影响是否严重？

3）计算表观反应速率。

解：1） RPk0.333 0.3 4.51 0.5De(1 )0.00296

1 0.52 th

显然内扩散影响严

高等反应工程试题,2011.10

计算题

1.某一级不可逆气-固催化反应,其反应速率为 -rA kcA 10 6mol/s.cm3

当cA 10 3mol/L0133MPa,400℃时,若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响,问催化剂历经如何改变。已知De=10-3cm2/s。

10 6

10 1s 1 解： -rA kcA 2 310 10

若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响，即

0.95, 1 RP 3k 0.1cm 1mm 1,即RP 110De

2.用直径为6mm的球形催化剂进行一级不可逆反应A→P+R。气相主体中A的摩尔分率为yA=0.5，操作压力p=0.10133MPa，反应温度T=500℃。已知单位体积床层的反应速率常数为0.333s-1，床层空隙率为0.5，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.00296cm2/s，外扩散传质系数为40m/h，试计算：

1）催化剂内部效率因子为多少？内扩散影响是否严重？

2）催化剂外表面浓度为多少？外扩散影响是否严重？

3）计算表观反应速率。

解：1） RPk0.333 0.3 4.51 0.5De(1 )0.00296

1 0.52 th

显然内扩散影响严

第一章 绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。（化学反应的工程问题）

2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。（化学反应、工程问题）

3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反）

4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操作、连续式操作、半分批式） 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。（传质、传热、动量传递）

6. 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_______。（数学模型）

7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。（累积量=输入量-输出量） 8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。（D）

A．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_____

化学反应工程考博试卷一

一、(20分)以甲烷生产合成气这一复杂反应体系可以表示为〔(CO2, H2O, H2, CH4,

CO, N2)(H, C, N, O)〕，试确定该反应体系的独立反应数，并写出一组独立反应；如果已知反应体系的初始组成，请列出计算该体系在温度T （K）、

压力P （kPa）时平衡组成的计算步骤。

二、(20分)在两种不同粒度的球形催化剂上，测得某一级不可逆反应的表观反应

速率如下∶

dp=0.6cm robs=0.090 mol/(g cat·h) dp=0.3cm robs=0.162 mol/(g cat·h)

计算在这两种情况下，催化剂的内部效率因子各为多少？不存在内外扩散影响时，催化剂的本征反应速率为多大？(可以使用温度集总模型处理)。

三、(20分)在片状催化剂上，进行平行反应 k1 A R k2 A ———U R为目的产物。两个反应均为一级不可逆反应，催化剂失活时只对主反应产

生影响。已知k1/k2=4，ψ1=1。这里ψ1为依据反应速率常数k1、及催化剂粒度和有效扩散系数计算得到的Thiele模数，试计算下列

第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反）

4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操作、连续式操作、半分批式）

5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。（传质、传热、动量传递）

6. 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_______。（数学模型） 7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。（累积量=输入量-输出量）

8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指___D____。 A．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是__A_____。 A. 能量传递

一、是非题：（正确的打“√”，错误的打“×”）

1．对化学反应来说，温度越高，反应速率越大，因此高温操作，可使反应器体积最小。（× ） 2．多个PFR串联或多个CSTR串联，其流型仍为活塞流或全混流。 （ × ） 3．对于零级反应，由于反应速率与反应物浓度无关，因此催化剂内扩散阻力对宏观反应速率无影响。 （ × ） 4．在进行均相反应动力学实验时，既可以在间歇反应器中进行，也可以在连续流动反应器中进行，但由于反应器操作方式不同，因此所得的反应动力学方程形式也是不同的。( × ) 5． 间歇釜式反应器改成连续操作后，由于省去了辅助时间，因此一定能提高产量。 （ × ）

6．在绝热式固定床反应器中进行一级不可逆反应，由于西勒（Thiele）模数与反应物浓度 无关，因此内扩散有效因子在床内为常数。 （ × ）

7．由于全混釜的停留时间分布比任意非理想流动反应器的都宽，因此(?t2)CSTR?(?t2)NFR。

第二章 均向反应动力学

1.在473K等温及常压下进行气相反应：

（1）A?3R （2）A?2S

rR?1.5CA rS?0.5CA

A （3）A?T T式中CA为反应物A的浓度（kmol/l），原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？

r?2.1C解：先求出总摩尔变化数?A，首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：

11rAR?rR?0.5CArAS?rS?0.25CAr?rT?2.1CA 32 AT总反应速率为：RA?rAR?rAS?rAT?2.85CA

以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：

0.50.252.1?A??3??2??1?0.4392.852.852.85

Py0.1013?0.5CA0?0A0??1.288?10?2kmol/l?3RT8.314?10?473初始浓度为：

CA0(1?XA)1.288?10?2?0.15CA???1.628?10?3kmol/l1??AyA0XA1?0.5?0.439?0.85则有：

RA?2.85CA?2.85?1.628?10?3?4.640?10?3kmol/(l.min)

??，已知c?0.5km

1 绪 论

1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：

2CH3OH?O2?2HCHO?2H2O 2CH3OH?3O2?2CO2?4H2O

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：

S?Y?0.629?0.9611?96.11%X0.720

（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），

当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为 组分 摩尔分率yi0 摩尔数ni0(mol) CH3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：

nA=nA0(1-XA)=7.672 mol

对于可逆放热反应如何选择操作温度？

1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；（②分）

2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；（②分）

3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。（

2.(5)简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？

通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。（①分）所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。（②分）根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。（②分

1、 反应进度 21、方差 2、 转化率 22、沟流 3、 关键组分 23、短路 4、 单程转化率与全程转化率 24、循环流 5、 收率

《化学反应原理》全解题库

专题1 化学反应与能量变化 第一单元 化学反应中的热效应

1.A下列说法错误的是 （ ） A．需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 B．放热的反应在常温下一定很容易发生

C．反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小 D．吸热反应在一定的条件下也能发生

2.A下列叙述中正确的是 ( ) A.在稀溶液中1mol酸和1mol碱完全反应所放出的热量,叫做中和热 B.在101kPa时1mol物质燃烧时的反应热叫做该物质的标准燃烧热 C.热化学方程式中,各物质前的化学计量数不表示分子个数

D.如果反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量,则发生的反应是放热反应。

3．A下列反应属于吸热反应的是 ( ) 酶 A. C6H12O6(葡萄糖aq)+6O2 6CO2+6H2O B