貴州大學化學反應工程網上習題答案.doc

第二章 均相反應動力學基礎1. 均相反應是指在均一的液相或氣相中進行的反應。2. 對于反應aA + bB pP + sS，則rP=_p-a rA。3.著眼反應物A的轉化率的定義式為xa=轉化了物料A的量反應開始時物料A的量=CA0-CACA0=1-CACA0。4. 產物P的收率P與得率P和轉化率xA間的關系為Xa=1-XPP。5. 化學反應速率式為rA=kCCACB，用濃度表示的速率常數(shù)為kC，假定符合理想氣體狀態(tài)方程，如用壓力表示的速率常數(shù)kP，則kC=kP。6.對反應aA + bB pP + sS的膨脹因子的定義式為A=P+S-(a+b)a。7.膨脹率的物理意義為當反應物A全部轉化后系統(tǒng)體積的變化分率。8. 活化能的大小直接反映了反應速率對溫度變化的敏感程度。9. 反應級數(shù)的大小直接反映了反應速率對濃度變化的敏感程度。10.對復合反應，生成主產物的反應稱為主反應，其他的為副反應。11. 平行反應A P、A S 均為一級不可逆反應，若E1E2，選擇性Sp與濃度無關，僅是溫度的函數(shù)。12. 如果平行反應A P、A S均為一級不可逆反應，若E1E2，提高選擇性SP應提高溫度。13. 一級連串反應A P S在平推流反應器中，為提高目的產物P的收率，應降低k2/k1。17 由A和B進行均相二級不可逆反應A+B = S，速率方程：=。求： （1）當時的積分式 （2）當時的積分式解：（1）CA與CB之比保持恒定 所以 積分得 寫成轉化率時（2） 式中： 積分得 18.反應A B為n級不可逆反應。已知在300K時要使A的轉化率達到20%需12.6分鐘，而在340K時達到同樣的轉化率僅需3.20分鐘，求該反應的活化能E。解： 即 達20%時， 式中M為常數(shù) E=29.06（kJ/mol） 第三章 均相反應過程1. 理想反應器是指理想混合（完全混合）反應器、平推流（活塞流或擠出流）反應器。2. 全混流反應器的空時是反應器容積與進料的體積流量之比。3. 全混流反應器的放熱速率QG=。4. 全混流反應器的移熱速率Qr=。5. 全混流反應器的定常態(tài)操作點的判據(jù)為。6. 全混流反應器處于熱穩(wěn)定的定常態(tài)操作點的判據(jù)為、）。7. 全混流反應器的返混最大。8. 平推流反應器的返混為零。9. 平推流是指反應器的物料沿同一方向以相同速率向前流動，在流動方向上沒有物料的返混，所以物料在反應器的停留時間都是相同的。10. 全混流是指反應器內各處的物料組成和溫度都是均勻的，且等于反應器出口的組成和溫度。11. 平推流的特征為參數(shù)在同一徑向上相同，所有物料質點在反應器中的停留時間都相同，反應器內無返混。12. 全混流的特征為反應器內各處參數(shù)均相同，且等于出口物料參數(shù)，各物料顆粒在反應器內具有一定的停留時間分布，返混最大。13. 如果將反應器出口的產物部分的返回到入口處與原始物料混合，這類反應器為循環(huán)操作的平流反應器。14. 對循環(huán)反應器，當循環(huán)比0時為平推流反應器，而當時則相當于全混流反應器。15. 對于反應級數(shù)n0的反應，為降低反應器容積，應選用全混流反應器為宜。16. 對于反應級數(shù)n0的反應，為降低反應器容積，應選用平推流反應器為宜。17. 對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度？ 答：反應速率和轉化率最適合的點對應的溫度。18.對于反應，；，當時如何選擇操作溫度可以提高產物的收率？ 答：對于平行反應，所以，當時應盡可能提高反應溫度，方可提高R的選擇性，提高R的收率。19. 應用兩個按最優(yōu)容積比串聯(lián)的全混流釜進行不可逆的一級液相反應，假定各釜的容積和操作溫度都相同，已知此時的速率常數(shù)k=0.92h-1，原料液的進料速度v010m3/h，要求最終轉化率xA0.9，試求V1、V2和總容積V。 解：反應速率為： 以1/rA對xA1求導得到：而根據(jù)多釜串聯(lián)空時最小的條件式，有：上二式相等，得到：整理得到：根據(jù)根與系數(shù)的關系，得到：于是，各釜容積分別為：第一釜：第二釜：總體積為： 20. 用兩串聯(lián)全混流反應器進行一個二級不可逆等溫反應，已知在操作溫度下k0.92m3/（kmol.h），CA02.30kmol/m3，v010m3/h，要求出口xA=0.9，計算該操作最優(yōu)容積比V1/V2和總容積V解：反應速率為： 以1/rA對xA1求導得到：而根據(jù)多釜串聯(lián)空時最小的條件式，有：上二式相等，得到：整理得到：用試差法解得到：于是，各釜容積分別為：第一釜：第二釜：總體積為：21. 等溫間歇反應器反應時間與反應物濃度的關系在間歇反應器中進行等溫二級反應當為1時，求反應至所需時間。解: t=9900s 22. 液相反應AR在一全混釜中進行，反應速率常數(shù)求：1） 平均停留時間為1S時該反應器的；2） 若A的，求反應器的體積。解：1） 2） 帶入得 第四章 思考題 1. 停留時間分布的密度函數(shù)在t0時，E（t）=0。2. 停留時間分布的密度函數(shù)在t0時，E（t）0。3. 當t=0時，停留時間分布函數(shù)F（t）=0。4. 當t=時，停留時間分布函數(shù)F（t）=1.0。5. 停留時間分布的密度函數(shù)E（）=E（t）。6. 表示停留時間分布的分散程度的量2t2。7. 根據(jù)示蹤劑的輸入方式不同，測定停留時間分布的方法主要分為脈沖示蹤法和階躍示蹤法。8. 平推流反應器的E（t）的數(shù)學描述為：時，E（t）=、時，E（t）=0。9. 平推流反應器的F（t）的數(shù)學描述為：時，F(xiàn)（t）=1、時，F(xiàn)（t）=0。10. 全混流反應器的11. E（t）dt的物理意義是在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，相對于某瞬間t=0流入反應器內的流體，在反應器出口流體的質點中，在反應器內停留了t到t+dt之間的流體的質點所占的分率E（t）dt。12. F（t）的物理意義是在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，相對于某瞬間t=0流入反應器內的流體，在出口流體中停留時間小于t的物料所占的分率為F（t）。13. 脈沖示蹤法測定的停留時間分布曲線為E（t）曲線。14. 階躍示蹤法測定的停留時間分布曲線為F（t）曲線。15. 以分子尺度粒子作為獨立運動單元來進行混合的流體稱為微觀流體。16. 以分子集團粒子作為獨立運動單元來進行混合的流體稱為宏觀流體。17. 當反應級數(shù)n1時，宏觀流體具有比微觀流體低的出口轉化率。18. 當反應級數(shù)n1時，宏觀流體具有比微觀流體高的出口轉化率。1.對于反應，；，當時如何選擇操作溫度可以提高產物的收率？ 答：對于平行反應，所以，當時應盡可能提高反應溫度，方可提高R的選擇性，提高R的收率。 2.等溫間歇反應器反應時間與反應物濃度的關系在間歇反應器中進行等溫二級反應當為1時，求反應至所需時間。解: t=9900s 3.液相反應AR在一全混釜中進行，反應速率常數(shù)求：1） 平均停留時間為1S時該反應器的；2） 若A的，求反應器的體積。解：1） 2） 帶入得 第五章：1.氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是靠范德華力結合的，而化學吸附是靠化學鍵力結合的?；瘜W鍵力2.氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是多分子層的，而化學吸附是單分子層的。3. 在氣固相催化反應中，反應速率一般是以單位催化劑的重量為基準的，如反應AB，A的反應速率的定義為。4. 對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當孔徑較大時，擴散阻力是由分子間碰撞所致。5. 對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當孔徑較大時，擴散阻力是由分子間碰撞所致，這種擴散通常稱為分子擴散（容積擴散）。6. 對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當微孔孔徑在約0.1um時，分子與孔壁的碰撞為擴散阻力的主要因素，這種擴散稱為努森擴散。7. 等溫催化劑的有效系數(shù)為催化劑粒子的實際反應速率與催化劑內部的濃度和溫度與其外表面上的相等時的反應速率之比。8. 氣固相催化反應的內擴散模數(shù)s，它是表征內擴散影響的重要參數(shù)。9. 氣固相催化反應的內擴散模數(shù)s是表征內擴散影響的重要參數(shù)，其數(shù)值平方的大小反映了表面反應速率與內擴散速率之比。10. 氣固相催化反應的內擴散模數(shù)s的大小可判別內擴散的影響程度，s愈大，則粒內的濃度梯度就愈大，反之，s愈小，內外濃度愈近于均一。12. 氣固相催化反應的動力學步驟?答：1.反應物從氣流主體向催化劑的外表面和內孔擴散2.反應物在催化劑表面上吸附3.吸附的反應物轉化成反應的生成物 4.反應生成物從催化劑表面上脫附下來5.脫附下來的生成物向催化劑外表面、氣流主體中擴散。 13. 簡述Langmuir等溫吸附方程的基本特點？ 答：1）均勻表面（或理想表面）：即催化劑表面各處的吸附能力是均一的，吸附熱與表面已被吸附的程度如何無關；2）單分子層吸附；3）被吸附的分子間互不影響，也不影響別的分子；4）吸附的機理均相同，吸附形成的絡合物均相同。第六章 固定床反應器1. 凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。2. 目前描述固定床反應器的數(shù)學模型可分為擬均相和非均相的兩大類。3. 描述固定床反應器的擬均相模型忽略了粒子與流體之間溫度與濃度的差別。4. 忽略固定床內粒子與流體之間溫度與濃度的差別的反應器的數(shù)學模型稱之為擬均相模型。5. 考慮固定床內粒子與流體之間溫度與濃度的差別的反應器的數(shù)學模型稱之為非均相模型。6. 根據(jù)濃度和溫度是否在軸向和徑向上變化的流動模式，描述固定床反應器的擬均相模型可分為一維模型和二維模型。7. 固定床擬均相模型是指忽略固定床內粒子與流體之間溫度與濃度的差別的反應器。8. 固定床一維模型是指考慮流體在軸向和徑向上的溫度梯度和濃度梯度，忽略床層中粒子與流體間溫度與濃度的差別。9. 以催化劑用量最少為目標的多層絕熱床優(yōu)化的原則是什么？1、使床層的溫度盡可能地接近于最優(yōu)溫度分布，以使催化劑的用量盡可能地少，就必須有盡可能多的層數(shù)，可是另一方面，層數(shù)越多，裝置結構等方面的費用也越多，而且層數(shù)的增加，效果也越來越微，所以一般很少有超過四層的。 2、在一定的數(shù)目床層內，對于一定的進料和最終轉化率，要選定各段的進出口溫度和轉化率以求總的催化劑用量為最少。 3、各段的入口操作點位于理想操作線的低溫一側，而出口操作點側位于其高溫一側，當段數(shù)無限大時，這個差別趨于無限小，溫度的變化也就與理想溫度線相一致了。第七章 流化床反應器1.所謂流態(tài)化就是固體粒子像流體一樣進行流動的現(xiàn)象。2.對于流化床反應器，當流速達到某一限值，床層剛剛能被托動時，床內粒子就開始流化起來了，這時的流體空線速稱為起始流化速度。3.對于流化床反應器，當氣速增大到某一定值時，流體對粒子的曳力與粒子的重力相等，則粒子會被氣流帶出，這一速度稱為帶出速度或終端速度。4.在氣固相反應系統(tǒng)的流化床中設置分布板，其宗旨是使氣體分布均勻、防止積料、結構簡單和材料節(jié)省為宜。5.流化床常在床內設置內部構件，以