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文檔簡(jiǎn)介
1、(勤奮、求是、創(chuàng)新、奉獻(xiàn))2014 2015學(xué)年第 2學(xué)期考試試卷主考教師: 王遠(yuǎn)強(qiáng) 學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 班級(jí) _ 姓名 _ 學(xué)號(hào) _化學(xué)反應(yīng)工程課程試卷A參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(本卷考試時(shí)間120分鐘)題號(hào)一二三四五六七八總得分題分1212201010101214100得分一、不定項(xiàng)選擇題1、若外擴(kuò)散阻力影響消除但存在內(nèi)擴(kuò)散的情況下,當(dāng)催化劑粒徑減小時(shí),其顆粒內(nèi)部效率因子2 。增加 不變 減小 其它 2、能使內(nèi)擴(kuò)散的影響加大的有 。增加催化劑顆粒的粒徑 增強(qiáng)催化劑的活性 升高反應(yīng)溫度 提高反應(yīng)的主體相濃度Cb 降低反應(yīng)的主體相濃度Cb 3、均相CSTR反應(yīng)器中S形放熱曲線,在高溫區(qū)的特征是 ;顆
2、粒催化劑的S形放熱曲線,高溫區(qū)的特征是 。擴(kuò)散控制 動(dòng)力學(xué)控制 反應(yīng)物耗盡 轉(zhuǎn)化率較小4、關(guān)于理想的間歇式反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器,下列描述錯(cuò)誤的是 。 三者同為理想反應(yīng)器,但理想的內(nèi)涵是不同的 理想的間歇式反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的內(nèi)涵是一樣的,都是反應(yīng)器內(nèi)溫度和組成相同。 理想的間歇式反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的理想的內(nèi)涵是不一樣的,雖都是反應(yīng)器內(nèi)溫度和組成處處相同,但前者隨著時(shí)間的變化溫 度和組成可能都發(fā)生變化,而后者則不隨時(shí)間變化 平推流和全混流反應(yīng)器都是連續(xù)流動(dòng)式反應(yīng)器,前者的返混為零,后者為無(wú)窮大5、工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)氣液反應(yīng)器需要有較高的生產(chǎn)強(qiáng)度,若反應(yīng)速度較快,反應(yīng)基本上是在界面近旁
3、的反應(yīng)帶(液膜)中進(jìn)行,要求反應(yīng)器應(yīng)具有表面積較大,具有一定得液相傳質(zhì)系數(shù),下列哪些反應(yīng)器不適用于此類反應(yīng)? 。填料塔反應(yīng)器 攪拌鼓泡反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 板式反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器二、填空題1、平行反應(yīng)主副反應(yīng)均為一級(jí)不可逆反應(yīng),若主反應(yīng)活化能大于副反應(yīng)活化能,則目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性 濃度 無(wú)關(guān),僅是 溫度 的函數(shù)。 2、反應(yīng)活化能就是 反應(yīng)物 分子“激發(fā)”為活化分子所需的能量,因此,活化能的大小是表征 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行難易程度 的標(biāo)志。3、當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)為 非零、非一級(jí) 時(shí),流體的微觀混合影響反應(yīng)的速率,當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)大于一級(jí)時(shí),宏觀混合速率 大于 (大于、等于或小于)微觀混合速率。4、非理想流動(dòng)現(xiàn)象常包括
4、 滯留區(qū)的存在 、存在溝路和短路、 循環(huán)流 、流體流速分布不均勻以及擴(kuò)散等。5、某二級(jí)不可逆氣-固相催化反應(yīng),(Cb為氣體主體相濃度,Ces為催化劑顆粒外表面濃度),則顆粒外擴(kuò)散有效因子1為 0.25 ,外擴(kuò)散影響程度 較高 。6、按雙膜論,在氣液反應(yīng)中,反應(yīng)物A在氣相,反應(yīng)物B在液相,若反應(yīng)為極快反應(yīng),且CBL=CBL*(CBL* 為臨界濃度),則反應(yīng)面位置 在液膜界面上 ,這時(shí)CAi 表示A組分在液膜內(nèi)的界面濃度 (下標(biāo)i表示界面)。三、簡(jiǎn)述題1、簡(jiǎn)述階躍法測(cè)停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其對(duì)應(yīng)曲線?階躍法是當(dāng)設(shè)備內(nèi)流體達(dá)到定態(tài)流動(dòng)后,自某瞬間起連續(xù)加入示蹤物流,然后分析出口流體中示蹤物濃度隨時(shí)
5、間的變化,以確定停留時(shí)間分布。(3分)(2分)2、請(qǐng)說(shuō)明返混定義、產(chǎn)生原因以及限制返混的措施。返混:具有不同停留時(shí)間物料的混合形成返混。(1分)返混產(chǎn)生的原因:(1)反應(yīng)器內(nèi)速度不均勻的物料混合,如流速分布;(2)反應(yīng)器中的環(huán)流,如攪拌漿的流速分布。(2分)限制返混的措施:(1)強(qiáng)化速度分布的均勻性(2)橫向分割(3)縱向分割(4)放置填料等。(2分)3、自催化反應(yīng)如何進(jìn)行最優(yōu)反應(yīng)器組合?用圖示簡(jiǎn)要說(shuō)明。最優(yōu)的反應(yīng)器組合就是先用一個(gè)全混流反應(yīng)器,控制在最大速率點(diǎn)處操作,然后接一個(gè)平推流反應(yīng)器。CA<CA,OPT,CSTR>PFR CA>CA,OPT,CSTR<PFR 返
6、混有利,尤其是在開(kāi)始階段,采用CSTR操作(3分)(2分)4、CSTR中進(jìn)行一級(jí)不可逆均相放熱反應(yīng),如何判定操作點(diǎn)?如釜中進(jìn)行某串聯(lián)反應(yīng),要求控制的轉(zhuǎn)化率為不穩(wěn)定操作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率,應(yīng)如何進(jìn)行操作?(1分)圖中A和C為穩(wěn)定的操作點(diǎn),B為不穩(wěn)定操作點(diǎn),由于A點(diǎn)轉(zhuǎn)化率較點(diǎn),實(shí)際中常在C點(diǎn)進(jìn)行操作。CSTR的熱穩(wěn)定條件為:,即放熱速率應(yīng)小于移熱速率。(2分)如要求控制的轉(zhuǎn)化率為不穩(wěn)定操作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率,此時(shí)為了滿足熱穩(wěn)定條件,必須提高冷卻介質(zhì)溫度,并相應(yīng)地增大UA,使移熱線上移。(2分)四、某化學(xué)反應(yīng)在450時(shí)的反應(yīng)速率是400時(shí)的10倍,求該反應(yīng)的活化能(設(shè)濃度不變)。解:設(shè)該反應(yīng)物濃度為CA,反
7、應(yīng)級(jí)數(shù)為n,反應(yīng)速率常數(shù)為k則 反應(yīng)的速率(2分)450時(shí),(2分)400時(shí),(2分)由題意:(2分)(2分)五、醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水,而副反應(yīng)生成甲烷和二氧化碳(反應(yīng)均為一級(jí)):CH3COOHCH2=CO + H2O(主反應(yīng));CH3COOHCH4 + CO2(副反應(yīng)),已知在916時(shí)的k1=4.65 s-1,k2=3.74 s-1,t=0時(shí),乙烯酮和甲烷濃度均為0。試計(jì)算:(1)99%的醋酸反應(yīng)掉所需的時(shí)間;(2)在此反應(yīng)條件下醋酸轉(zhuǎn)化成乙烯酮的選擇性。解:設(shè)在時(shí)間為t時(shí)乙烯酮和甲烷的濃度分別為X和Y,醋酸的初濃度為CA0,則有:(2分);上面兩式相加可得:,積分得:(1)當(dāng)醋酸
8、的轉(zhuǎn)化率為0.99時(shí),應(yīng)有X+Y=0.99CA0,代入上式可得:(5分)(2)X+Y=0.99CA0;X/Y=k1/k2=4.65/3.74,聯(lián)解這兩個(gè)方程得到:X=0.549CA0;Y=0.441 CA0;醋酸轉(zhuǎn)化為乙烯酮的選擇性為:。(52分)六、均相氣相反應(yīng)A3P在185,400kPa下在一個(gè)平推流反應(yīng)器中進(jìn)行,其中k=10-2s-1。進(jìn)料量FA0=30kmol/h,A原料含50%惰性氣,為使反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率達(dá)80%,該反應(yīng)器體積應(yīng)為多大?解:,根據(jù)k的單位判斷出反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng),(2分),(2分)(1分)(1分)反應(yīng)器體積:(6分)七、有一醋酐水溶液,在25條件下進(jìn)行水解反應(yīng),在該溫度下
9、的速率方程為:,。醋酐初濃度為,進(jìn)料流量為500,現(xiàn)有兩個(gè)2.5L和一個(gè)5L的全混流反應(yīng)器,試回答下列問(wèn)題: (1)用一個(gè)5L的全混流反應(yīng)器操作,轉(zhuǎn)化率是多少?(2)用兩個(gè)2.5L全混流反應(yīng)器串連操作,轉(zhuǎn)化率是多少?(3)若用一個(gè)2.5L的全混流反應(yīng)器后串連一個(gè)2.5L的平推流反應(yīng)器,轉(zhuǎn)化率是多少?解:(1)一個(gè)5L的CSTR: (2分) (2分)(2)兩個(gè)2.5L的CSTR串連: (2分) (2分)(3)先CSTR,后PFRCSTR: (2分)PFR:(2分)八、在球形催化劑上進(jìn)行氣體A的分解反應(yīng),該反應(yīng)為一級(jí)不可逆放熱反應(yīng)。已知催化劑顆粒直徑為0.3cm,氣體在顆粒中的有效擴(kuò)散系數(shù)為4.5×10-5m2,顆粒外表面氣膜傳熱系數(shù)為,氣膜傳質(zhì)系數(shù)為310m/h,反應(yīng)熱效應(yīng)為,氣相主體A的濃度為0.
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