简答与计算题复习资料：
1、反应器设计的基本内容有哪些？反应器设计的基本方程有哪些？
2、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者的关系。
3、间歇釜式反应器中进行一级不可逆反应，在相同的操作时间下采用大釜比用小釜所达到的转化率要高。这种说法是否正确？
4、简述停留时间分布密度函数E(t)及停留时间分布函数F(t)的含义。
5、简述建立非理想流动的流动模型的步骤？
6、简述气—固相催化反应过程的宏观过程。
7、实际反应器流动状况偏离理想流动状况的原因有哪些？
8、固定床反应器按催化剂床是否与外界进行热量交换可分为哪两大类？单段绝热反应器适用哪些场合？
1、设有反应D B A +→，其反应步骤表示如下：
（1）σσA A ?+ （2）D B A +→σσ （3）σσ+?B B
若（1）为速率控制步骤，试推导其动力学方程。
2、对气-固催化反应A + B = C ，其可能的反应机理如下：
（1）σσA A ?+
（2）σσB B ?+
（3）σσC B A ?+ （控制步骤）
（4）σσ+?C C
试导出其速率方程表达式。
3、在银催化剂上进行乙烯氧化反应：2422422+→C H O C H O
简化作 22()()2()+→A B R
其反应步骤可表示如下：
（1）σ
σ+?A A （2）222σσ
+?B B （3）σσσσ+?+A B R
（4）σ
σ?+R R 若是第（3）步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。
4、在一反应体积为3m 3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应：
h C h
C A A ?=?→??=?→?+32Q 3P kmol/m 2.0r Q 2A kmol/m 6.1r P B A
r P 及r Q 分别为产物P 及Q 的生成速率，P 为目的产物。反应用的原料为A 及B 的混合液，其中C A0＝2 kmol/m 3，每小时处理混合液6 m 3。求：反应器出口A 、P 、Q 的浓度，P 的收率及总选择性。
5、等温下进行1.5级液相不可逆反应： A→B+C ，反应速率常数等于h kmol m ?5.15.1/5，A 的浓度为2 kmol/m 3 的溶液进入反应装置的流量为1.5 m 3/h 。试分别计算下列情况下A 的转化率达到95％时所需的反应体积：
（1）一个连续釜式反应器？
（2）两个等体积的连续釜串连釜式反应器？
（3）保证总反应体积最小的前提下，两个连续釜式反应器并联？
6、原料以0.5m 3/min 的流量连续通入反应体积为20m 3的全混流反应器，进行液相反应：
1222→=→=A A
D R A R
r k C R D r k C
C A ,C R 为组分A 及R 的浓度。r A 为组分A 的转化速率，r
D 为D 的生成速率。原料中A 的浓度等于0.1kmol/m 3，反应温度下，k 1=0.1min -1，k 2=1.25m 3/kmol.min,试计算反应器出口处A 的转化率及R 的收率。
7. 拟设计一等温反应器进行下列液相反应：
122,2,+→=→=R A B
S A A B R r k C C A S r k C
目的产物为R ，且R 与B 极难分离。试问：
（1） 在原料配比上有何要求？
（2） 若采用活塞流反应器，应采用什么样的加料方式？
（3） 如用间歇反应器，又应采用什么样的加料方式？
8、氨水（A ）与环氧乙烷（B ）反应以生产一乙醇胺(M)，二乙醇胺(D)及三乙醇胺，反应如下：
12332422222224222
22224223()()()+??→+??→+??→k k k NH C H O H NCH CH OH
H NCH CH OH C H O HN CH CH OH HN CH CH OH C H O N CCH CH OH
反应速率方程为：
112233,,===A B M B D B r k C C r k C C r k C C
该反应系在等温下进行，目的产物为一乙醇胺。
（1） 请你提出原料配比的原则，并说明理由。
（2） 选定一种合适的反应器型式和操作方式。
（3） 根据（2）的结果，说明原料加入方式。
（4） 反应时间是否有所限制？为什么？
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
第一章绪论 1. 说明聚合反应工程基础研究内容 ①以工业规模的聚合过程为对象,以聚合反应动力学和聚合体系传递规律为基础; ②将一般定性规律上升为数学模型,从而解决一般技术问题到复杂反应器设计,放大等提供定量分析方法和手段; ③为聚合过程的开发,优化工艺条件等提供数学分析手段.简而言之:聚合反应工程研究内容为:进行聚合反应器最佳设计;进行聚合反应操作的最佳设计和控制. 第二章化学反应工程基础 1.间歇反应器、连续反应器 间歇反应器：物料一次放入，当反应达到规定转化率后即取出反应物，其浓度随时间不断变化，适用于小规模，多品种，质量不均。 连续反应器：连续加料，连续引出反应物，反应器内任一点的组成不随时间而改变，生产能力高，易实现自动化，适用于大规模生产。 2. 平推流、平推流反应器及其特点： 当物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一位原体积中的流体均以同样的速度向前移动，此时在流体的流动方向上不存在返混，这种流动形态就是平推流。 具有此种流动型态的反应器叫平推流反应器。 特点：①在稳态操作时，在反应器的各个截面上，物料浓度不随时间而变化， ②反应器内物料的浓度沿着流动方向而改变，故反应速率随时间位置而改变，及反应速率的变化只限于反应器的轴向。 3. 理想混合流、理想混合流反应器及其特点： 反应器中强烈的搅拌作用使刚进入反应器的物料微元与器内原有物料微元间瞬时达到充分混合，使各点浓度相等，且不随时间变化，出口流体组成与器内相等这种流动形态称之为理想混合流。 与理想混合流相适应的反应器称为理想混合流反应器。
特点：①反应器内物料浓度和温度是均一的，等于出口流体组成②物料质点在反应器内停留时间有长有短③反应器内物质参数不随时间变化。 5. 容积效率：指同一反应在相同的温度、产量、和转化率的条件下，平推流反应器与理想混合反应器所需的总体积比 7.返混：指反应器中不同年龄的流体微元间的混合 8、宏观流体、微观流体 宏观流体：流体微元均以分子团或分子束存在的流体； 微观流体：流体微元均以分子状态均匀分散的流体； 9.宏观流动、微观流动 宏观流体指流体以大尺寸在大范围内的湍动状态，又称循环流动； 微观流体指流体以小尺寸在小范围内的湍动状态 11.微观混合、宏观混合P70 微元尺度上的均匀化称为宏观混合； 分子尺度上的均匀化称为微观混合。 1.按物料的相态、结构形式、操作方式和流体流动及混合形式分类，反应器可分为那几类？ 按物料相态来分：均相反应器、非均相反应器； 按结构形式来分：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等； 按操作方式来分：间歇反应器、连续反应器、半连续反应器 按流体流动及混合形式来分：平推流反应器（或称活塞流、柱塞流、理想置换反应器）、理想混合流反应器（或称完全混合反应器）、非理想流动反应器
1 绪论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+ 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）反应的选择性； （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： 0.629Y S 0.961196.11% X 0.720==== （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 2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4 .27x =69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH: %1002 21004.27?+ +--y x y x =6.983%
空气： %1002 210023279.54?+ +-- y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+ +++y x y x =34.87% HCHO: %10022100?+ +y x x =17.26% CO 2: %1002 2100?+ +y x y =0.6983% 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： 23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 24924CO 8H C H OH 3H O +?+ 222CO H O CO H +?+ 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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 放空气体 Akmol/h 原料气和冷凝分离后的气体组成如下： 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
实验十四 连续流动反应器中的返混测定 4学时 A 实验目的 本实验通过单釜与三釜反应器中停留时间分布的测定，将数据计算结果用多釜串联模型来定量返混程度，从而认识限制返混的措施。本实验目的为 (1) 掌握停留时间分布的测定方法。 (2) 了解停留时间分布与多釜串联模型的关系。 (3) 了解模型参数n 的物理意义及计算方法。 B 实验原理 在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一 一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。 物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数f ()t 和停留时间分布函数F ()t 。停留时间分布密度函数f ()t 的物理意义是：同时进入的N 个流体粒子中，停留时间介于t 到t+dt 间的流体粒子所占的分率N dN 为f ()t dt 。停留时间分布函数F ()t 的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t 的物料的分率。 停留时间分布的测定方法有脉冲法，阶跃法等，常用的是脉冲法。当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量Q 的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。 由停留时间分布密度函数的物理含义，可知 ()()Q dt t C V dt t f ?= (1) ()?∞ =0 dt t VC Q (2) 所以 ()() ()() ()dt t C t C dt t VC t VC t f ??∞ ∞ = = (3) 由此可见()t f 与示踪剂浓度()t C 成正比。因此，本实验中用水作为连续流动的物料，
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
化学反应工程习题（第五章） 5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 2223C H HCl C H Cl +? ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式： (1) 2 (/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++ (4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++ 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：（1） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσσσ+?+ （控制步骤） C C σσ?+ （2） 11A A σσ+? 22 122111 B B A B C C C σσσσσσσσ+?+→+?+（控制步骤） （3） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσ+→+ （控制步骤） （4） B B σσ+? A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ?+ 5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2 ++ ?+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，2 92O p m m H g =。 24()C H p m m H g 70 100 195 247 315 465 5 010(/) r m ol hr g ??催化剂 3.9 4.4 6.0 6.6 7.25 5.4 注：1mmHg=133.322Pa
化学反应工程是建立在生产和科学实验基础上的一门学科，它不仅有完整的理论体系，而且具有一些独特的实验研究方法。化学反应工程实验应达到如下教学目的： 加深对化学反应工程专业知识的理解与运用，学习并掌握各种仪器设备的安装、使用，熟悉化学反应工程中所学的原理，熟练掌握反应停留时间的测定和各种反应器的校正、使用。 连续流动反应器中的返混测定 通过单釜与三釜反应器中停留时间分布的测定，将数据计算结果用多釜串联模型来定量返混程度 掌握停留时间分布的测定方法；了解停留时间分布与多釜串联模型的关系；了解模型参数N的物理意义及计算方法。 反应精馏制备技术 设计反应精馏实验装置，将分离过程、传热过程与化学反应在精馏塔内有机耦合了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程；掌握反应精馏的操作；能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析；了解反应精馏与常规精馏的区别；学会分析塔内物料组成的方法。培养学生的开放性思维和动手能力。 反应精馏法是将化学反应过程与精馏分离过程同时进行生产产品的操作。由于物理过程与化学过程同时存在，使过程更加复杂。 在实验教学过程中注重激发学生的学习热情和兴趣，采用引导、启发、讨论、讲授多种方式结合的方法，理论与科研的成果和需要结合。 在讲课中检查学生是否预习实验讲义，在实验过程中考察他们的动手能力和解决问题能力，要求他们认真记录和处理数据，完成实验报告并对实验现象进行讨论，对他们进行综合考核和评分。以平时成绩为主。 视实验条件成熟与否，部分实验采用上机模拟或改用仿真实验系统进行。以达到实验教学要求为目标，拓宽学生的认识，提高学生解决工程问题的能力，适应规模日益扩大且过程日益复杂的现代化工系统对计算机模拟和优化的需求在连续流动反应器中进行化学反应时，反应进行的程度除了与反应系统本身的性质有关外，还与反应物料在反应器中停留时间长短有密切关系。停留时间越长，则反应越完全。停留时间通常是指从流体进入反应器开始，到其离开反应器为止的这一段时间。显然对流动反应器而言，停留时间不象间歇反应器那样是同一个值，而是存在一个停留时间分布。造成这一现象的主要原因是流体在反应器内流速分布的不均匀，流体的扩散，以及反应器内的死区等。停留时间分布的测定不仅广泛应用于化学反应工程及化工分离过程，而且应用于涉及流动过程的其它领域。它也是反应器设计和实际操作所必不可少的理论依据。
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 第二章化学反应工程基础 1.说明聚合反应工程的研究内容及其重要性。 研究内容：①以工业规模的聚合过程为对象，以聚合反应动力学和聚合体系传递规律为基础； ②将一般定性规律上升为数学模型，从而解决一般技术问题到复杂反应器设计，放大等提供定量分析方法和手段；③为聚合过程的开发，优化工艺条件等提供数学分析手段。 简而言之：聚合反应工程研究内容为：进行聚合反应器最佳设计；进行聚合反应操作的最佳设计和控制。2.动力学方程建立时，数据收集方式和处理方式有哪些？收集方式：化学分析方法，物理化学分析方法处理方式：积分法，微分法。3.反应器基本要求有哪些 ①提供反应物料进行反应所需容积，保证设备一定生产能力；②具有足够传热面积；③保证参加反应的物料均匀混合4.基本物料衡算式，热量衡算式 ①物料衡算：反应物A流入速度-反应物A流出速度-反应物A反应消失速度-反应物A积累速度=0（简作：流入量-流出量-消失量-积累量=0） ②热量衡算：随物料流入热量-随物料流出热量-反应系统与外界交换热量+反应过程的热效应-积累热量=05.何谓容积效率？影响容积效率的因素有哪些 工业上，衡量单位反应器体积所能达到的生产能力称之为容积效率，它等于在同一反应，相同速度、产量、转化率条件下，平推流反应器与理论混合反应器所需总体积比：η=Vp/Vm=τp/τm。影响因素：反应器类型，反应级数，生产过程中转化率有关6.何为平推流和理想混合流？ ①反应物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一微元体积中流体均以同样速度向前移动，此种流动形态称平推流；②由于反应器强烈搅拌作用，使刚进入反应器物料微元与器内原有物料元瞬时达到充分混合，使各点浓度相等且不随时间变化，出口流体组成与器内相等此流动形态称理想混合流。7.实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件？ ①Qr=Qc，Qr体系放出热量；②dQc/dT>dQr/dT，Qc除热量；③△T=T-Tw 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 实验3 连续流动反应器中的返混性能测定 一、实验目的 1. 掌握停留时间分布的测定方法。 2. 了解脉冲法示踪剂测定反应器内示踪剂浓度随时间的变化关系。 3. 了解停留时间分布与多釜串联模型的关系及模型参数的计算方法。 二、实验原理 在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。在反应器设计、放大和操作时，需要知道反应器内返混程度的大小，返混程度一般很难直接测定，通常采用示踪剂停留时间分布测定来研究。经研究发现相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，但返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。 停留时间分布的测定有脉冲法和阶跃法等，常用的是脉冲法，当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量的示踪剂，同时开始在出口流体中检测示踪剂浓度的变化。 000 ()()()()()()()()()()t dF t F t E t E t dt t dtmKCl dt c t Qc t dt mE t dtE t m Qc t dt Qc t dt ∞∞==+===???停留时间分布可用分布函数()F t 和停留时间分布密度函数()E t 来表示，两者的关系为： 0()()t F t E t dt =? ()()dF t E t dt = 停留时间分布密度函数()E t 的物理意义是：同时进入的流体粒子中，停留时间介于t 到t dt +之间的流体粒子所占的分率为()E t dt 。停留时间分布函数()F t 的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t 的物料所占的分率为()F t 。 当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量m 的示踪剂，并开始在出口流体中检测示踪剂的浓度变化。 那么， ()()Q c t d t m E t d t = ()()Qc t E t m = ()m Qc t dt ∞=? 0() ()()c t E t Qc t dt ∞=? 可见()E t 与示踪剂的浓度()c t 成正比。本实验中用水作为连续流体，饱和KCl 作为示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。在一定的范围内，KCl 浓度与电导值成正比，可用电导值来表达示踪剂的停留时间变化关系。 三、实验装置与试剂 《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 第二章 均相反应动力学 1、有一反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，反应物转化掉80％，经过18min 后， 转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。 2 A A min 18A0min 8A0A A A0d d 2 19.019.0181)(21 8.018.081)(11kc t c kc kc x x c kt =- = -?== -?=-?= 为假设正确，动力学方程 3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应P A ?，初始反应时C A0=0.5mol/L ，C P0=0反应8min 后，A 的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。 解：p A A C k C k dt dC 21-=- 210021 22) 1(k k x C x C C C K k k Ae A Ae A Ae Pe ==-===即 根据一级可逆反应积分式 1212121min 08664.08 2ln 3 132ln 18ln 1 -==+∴+=-+= k k k k x x x k k t A Ae Ae 121 1m in 02888.0m in 05776.0--==∴k k P A p A A C C C k C k dt dC 02888.005776.021-=-=- 5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为V n k dt dn V r A A A =- =-1)(，在反应过程 中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导 )(A t p f dt dp =的表达式。 解：A t A A A t A A A A A A A A t A A t A A A t kp dt dp RT p k kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dt dp dt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)0 0======-=-=-=-=--=--=-+=得即 8、纯气相组分A 在一等温等容间歇反应器中按计量式P A 5.2?进行反应，实验测得如下 数据， 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 ∝ 分压p A /MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 用积分法求此反应的动力学方程式。 解：由于当∞→t 时，02.0=A p 常数，因此假设为一级可逆反应。 ）即，即，达到平衡时，020220 20220212 121210215 1 (5.125.25.125.25.210)(5.2101002 .02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2A A A A A A A A A A A Ae pe pe Ae A A p p A A p p k p k p k p k p k p k p p k p k dt dp k k p p k k RT p k RT p k MPa p p p c k c k dt dc p A e - =-=-+-=-?-=- ====∴ ==-=-=-=-→∞ 连续均相管式循环反应器中的返混实验 一、实验目的 在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度，转化率和收率，同时需使物料在反应器内有足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分返回到反应器的进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应，对于这种反应器循环比与返混之间的关系就需通过实验来测定，此研究是很有现实意义的。 本实验通过用管式循环反应器来研究不同循环比下的返混程度。掌握用脉冲法测停留时间分布的方法。改变不同的条件观察分析管式循环反应器中流动特征，并用多釜串联模型计算参数N 。 二、实验原理 在实际连续操作的反应器内由于各种原则，反应器内流体偏离理想流动而造成不同程度的逆向混合，称为返混。通常利用停留时间分布的测定方法来研究反应器内返混程度，但这两者不是完全对应的关系，即相同的停留时间分布可以由不同的流动情况而造成，因此不能把停留时间分布直接用于描述反应器内的流动状况。而必须借助于较切实际的流动模型，然后由停留时间分布的测定求取数学期望，方差，最后求取模型中的参数。 停留时间分布的表示方法有二种，一种称为分布函数，()F t =。 其定义是： ()1 0E F t dt =? 即流过系统的物料中停留时间小于t 的（或说成停留时间介于0—t 之间的）物料的百分率。 另一种称为分布密度E()t 。其定义即在同时进入的N 个流体粒子中其中停留时间介于t t dt +和间的流体粒子所占的分率/dN N 为E()t dt 。 E()()t F t 和之间关系 ()E()dF t t dt = 停留时间分布的测定方法是多种多样的。其中脉冲法最为简单。即当被测定的系统达到稳定后，在系统入口处瞬时注入，定量的示踪剂，同时开始在出口流体中检测示踪物的浓度变化。（本实验用电导仪来检测示踪物的浓度变化，因浓度与电导成正比关系，示踪剂为强电解质）。所以可得停留时间分布密度E()t 的关系，可求得平均停留时间τ 和停留时间分布的离散度2 t σ E()E()t t t t t τ?=?∑∑ 222E()E()t t t t t t σ τ?=-?∑∑ 同样，无因次方差为：2212θσστ =，以N 表示虚拟釜数，则21N θσ=，可以求取模型参数N 。 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___。 第八章 1 聚合反应器 ?从操作方式来看它能进行间歇、半连续、单釜和多釜连续操作，以满足不同聚合过程的要求。?反应釜一般带搅拌装置，且形式多样。 1.1 釜式聚合反应器（聚合釜） （1）釜体（2）搅拌装置基本结构4 （3）密封装置（4）传动装置 ?封头 （1）釜体端部法兰式结构：开式结构、釜盖重包括：上下封头、直立圆筒、接管、法兰、支座等 5量较轻，适用压力较低、容积较小的反应釜选用。 闭式、留人孔式结构： 闭式结构、无法兰、结构简单、造价较低，适用容积大的反应釜。 6 几种搅拌设备筒体的高径比H 1/D 1 种类罐内物料类型高径比一般搅拌罐液-固相、液－液相 1～1.3?筒体 7气－液相1～2聚合釜悬浮液、乳化液 2.08～ 3.85发酵罐类 发酵液 1.7～ 2.5 高径比较大？ 991010 反应釜材质：不锈钢、搪瓷 11 管道颜色标识 原料：灰色空气：蓝色氮气：黑色1313水：绿色热介质进出管：红色 产物放料管：灰色 1414 1515 传感器：测量反应物 的温度、压力或其它参数。 16 17 视镜 18 支座：小型用悬挂式支座，大型用裙式支座或支承式支座。 19 20 如何有效的排除聚合反应热，保持反应温度？ ①夹套冷却 夹套传热：饱和水蒸汽、热水、冷水、冷冻盐水、热导油等。 22 ?蒸汽加热和液体加热的方向？ ①夹套冷却 夹套传热：饱和水蒸汽、热水、冷水、冷冻盐水、热导油等。 压力MPa 温度 ℃压力 MPa 温度 ℃0010102002001335230.010102.00.200133.50.050111.00.300143.50.100120.00.400151.50.150 127.0 0.520 160.0 夹套附加内冷管冷却——大型聚合釜或要求低温操作 24 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B 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 =_______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。 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_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______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_______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_______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_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 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。 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______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应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_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。聚合反应工程基础
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