化学反应工程试题.docx
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化学反应工程试题.docx
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化学反应工程试题
化学反应工程
[填空题]
1微观流体在全长为10m的等温管式非理想流动反应器中进行二级不可逆液相反应,其反应速率常数k为0.266l/mol.s,进料浓度CA0为1.6mol/l,物料在反应器内的线速度为0.25m/s,实验测定反应器出口转化率为80%,为了减小返混的影响,现将反应器长度改为40m,其它条件不变,试估计延长后的反应器出口转化率将为多少?
参考答案:
[填空题]
2在具有如下停留时间分布的反应器中,等温进行一级不可逆反应A→P,其反应速率常数为2min-1。
参考答案:
用轴向扩散模型,故先确定模型参数Pe。
为此需确定
[填空题]
3已知催化剂颗粒外表面的气膜传热系数为117w/m2K,气体的密度和热容分别为0.8kg/m3和2.4J/kgK,试估算气膜的传质系数.
参考答案:
[填空题]
4某催化剂,其真密度为3.60g/cm3,颗粒密度为1.65g/cm3,比表面积为100m2/g.试求该催化剂的孔容,孔隙率和平均孔半径.
参考答案:
[填空题]
5在充填ZnO-Fe2O3催化剂的固床反应器中,进行乙炔水合反应:
已知床层某处的压力和温度分别为0.10Mpa,400℃,气相中C2H2含量为3%(mol),该反应速率方程为r=kCA,式中CA为C2H2的浓度,速率常数k=7.06×107exp(-61570/RT),h-1,试求该处的外扩散有效因子.数据:
催化剂颗粒直径0.5cm,颗粒密度1.6g/cm3,C2H2扩散系数7.3×10-5m2/s,气体粘度2.35×10-5Pa﹒s,床层中气体的质量流速0.2kg/m2s.
参考答案:
[填空题]
6实验室管式反应器的内径2.1cm,长80cm,内装直径6.35mm的银催化剂进行乙烯氧化反应,原料气为含乙烯2.25%(mol)的空气,在反应器内某处测得P=1.06×105Pa,TG=470K,乙烯转化率35.7%,环氧乙烷收率23.2%,已知
颗粒外表面对气相主体的传热系数为58.3w/m2K,颗粒密度为1.89g/cm3.设乙烯氧化的反应速率为1.02×10-2kmol/kg﹒h,试求该处催化剂外表面与气流主体间的温度差.
参考答案:
[填空题]
7在Pt/Al2O3催化剂上于200℃用空气进行微量一氧化碳反应,已知催化剂的孔容为0.3cm3/g,比表面积为200m2/g,颗粒密度为1.2g/cm3,曲节因子为3.7;CO-空气二元系统中CO的正常扩散系数为0.192cm2/s.试求CO在该催化剂颗粒中的有效扩散系数.
参考答案:
[填空题]
8在球形催化剂上进行气体A的分解反应,该反应为一级不可逆放热反应.已知颗粒直径为0.3cm,气体在颗粒中有效扩散系数为4.5×10-5m2/h,颗粒外表面气膜传热系数为44.72w/m2﹒K,气膜传质系数为310m/h,反应热效应为-162kJ/mol,气相主体A的浓度为0.20mol/l,实验测得A的表观反应速率为1.67mol/minl,试估算:
(1)外扩散阻力对反应速率的影响;
(2)内扩散阻力对反应速率的影响;(3)外表面与气相主体间的温度差.
参考答案:
[填空题]
9在固定床反应器中等温进行一级不可逆反应,床内填充直径为6mm的球形催化剂,反应组分在其中的扩散系数为0.02cm2/s,在操作温度下,反应式速率常数等于0.01min-1,有人建议改有3mm的球形催化剂以提高产量,你认为采用此建议能否增产?
增产幅度有多大?
假定催化剂的物理性质及化学性质均不随颗粒大小而改变,并且改换粒度后仍保持同一温度操作.
参考答案:
[填空题]
10乙苯脱氢反应在直径为0.4cm的球形催化剂上进行,反应条件是0.10Mpa,600℃,原料气为乙苯和水蒸汽的混合物,二者摩尔比为1:
9,假定该反应可按拟一级反应处理.
参考答案:
[填空题]
11苯(B)在钒催化剂上部分氧化成顺酐(MA),反应为:
参考答案:
[填空题]
12若气体通过固定床的线速度按空床计算为0.2m/s,则真正的线速度为多少?
已知所填充的固体颗粒的堆密度为1.2g/cm3,颗粒密度为1.8g/cm3
参考答案:
[填空题]
13在绝热催化反应器中进行二氧化硫氧化反应,入口温度为420℃,入口气体中SO2浓度为7%(mol);出口温度为590℃,出口气体中SO2含量为2.1%(mol),在催化剂床层内A,B,C三点进行测定.
(1)测得A点的温度为620℃,你认为正确吗?
为什么?
(2)测得B点的转化率为80%,你认为正确吗?
为什么?
(3)测得C点的转化率为50%,经再三检验结果正确无误,估计一下C点的温度.
参考答案:
[填空题]
14在一列管式固定床反应器中进行邻二甲苯氧化制苯酐反应,管内充填高及直径均为5mm的园柱形五氧化二钒催化剂,壳方以熔盐作冷却剂,熔盐温度为370℃,该反应的动力学方程为:
式中PA为邻二甲苯的分压Pa,P0B为O2的初始分压Pa,反应热效应△Hr=-1285kJ/mol,反应管内径为25mm,原料气以9200kg/m2h的流速进入床层,其中邻二甲苯为0.9%,空气为99.1%(mol),混合气平均分子量子力为29.45,平均热容为1.072kJ/kgK,床层入口温度为370℃,床层堆密度为1300kg/m3,床层操作压力为0.1013Mpa(绝对),总传热系数为69.8w/m2K,试按拟均相一维活塞流模型计算床层轴向温度分布,并求最终转化率为73.5%时的床层高.计算时可忽略副反应的影响.
参考答案:
[填空题]
15在三段绝热式固定床反应器中进行n级不可逆反应,各段的催化剂量相同,且控制进入各段的反应物料温度相等.若n>0,试问:
(1)哪一段的净转化率最大?
哪一段最小?
(2)若段间采用冷激方法进行降温,试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间哪处需加入的冷激剂量多?
为什么?
(3)若n<0,对问题
(1),
(2)是否还能作出肯定性的回答?
为什么?
参考答案:
(1)虽然各段进口温度相等,在催化剂量相同的情况下,净转化率也按1至3段的顺序递减,第一段最大,第二段次之,第三段最小.
(2)因第一段反应量大于第二段反应量,所以1-2段间要取出的热量比2-3段间要取出的热量大,因而1-2段间需要的冷激量也大于2-3段间需要的冷激剂量.
(3)若n<0,则反应速率按1至3段的顺序递增,第一段净转化率最小,第三段最大.1-2段间的冷激剂量小于2-3段间的冷激剂量.
[填空题]
16在内径为5.1cm的固定床反应器中常压下进行萘氧化反应:
采用直径为0.318cm的球形钒催化剂,该反应可按拟一级反应处理,以床层体积为基准的反应速率常数
温度为641K,试计算热点处气相中萘的浓度.假定外扩散的影响可不考虑,副反应可忽略.
参考答案:
[填空题]
17纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应,假定液相上方水蒸汽分压可不计,试按双膜模型绘出气相及液相中二氧化碳浓度分布的示意图.
参考答案:
[填空题]
18用1.2M的氨水吸收某生产装置出口气中的二氧化喘,当气流主体中二氧化碳分压为1.013×10-3Mpa时,该处的二氧化碳吸收速率为多少?
已知:
液相中CO2和NH3的扩散系数均为3.5×10-5cm2/s,二级反应速率常数为38.6×105cm3/mols,二氧化碳的溶解度系数为1.53×10-10mol/cm3Pa,kL=0.04cm/s,kG=3.22×10-10mol/cm2sPa,相界面积aL=2.0cm2/cm3.
参考答案:
[填空题]
19气体A与液体B的反应为不可逆反应,对A为一级,对B为零级,已知三种情况下反应速率常数k,液侧传质系数kL,组分A在液相中的扩散系数DAL以及液相体积与液膜之比α值如下:
试分别计算这三种情况下的增大因子和有效因子值,并对计算结果进行比较与讨论.
参考答案:
[填空题]
20在反应体积为5m2的机械搅拌釜中,采用直径为0.9mm的催化剂于25℃等温下进行亚油酸甲酯的加氢反应,氢的分压保持为0.81Mpa;亚油酸甲酯的处理量等于1.5kmol/min,要求酯的40%被加氢,试根据例8.5所给的数据和计算结果,计算催化剂用量。
参考答案:
[填空题]
21今有含SO2的空气需要净化处理,采用以活性碳为催化剂,以水为液体介质的滴流床反应器在0.101Mpa,25℃下将SO2氧化为SO3,溶于水而成稀硫酸从反应器底部流出,反应的控制步骤是氧在催化剂表面的吸附,反应速率可用下式表示:
参考答案:
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[填空题]
22具有良好搅拌装置的釜式反应器按()反应器处理,而管径小,管子较长和流速较大的管式反应器按平推流反应器处理。
参考答案:
理想混合反应器
[填空题]
23平推流反应器的返混为()。
参考答案:
0
[填空题]
24全混流反应器的返混()。
参考答案:
最大
[单项选择题]
25、反应A+B→C,已知k=0.45mol∙L-1∙s-1,则反应级数n=()。
A.0
B.1
C.2
参考答案:
A
[单项选择题]
26、按反应器型式来分类,管式反应器,一般长径比:
()
A.大于20
B.大于30
C.20~30
参考答案:
C
[单项选择题]
27、建立数学模型,依照物理模型和相关的已知原理,写出描述物理模型的数学方程及其()和边界条件。
A.初始条件
B.临界条件
C.相关条件
参考答案:
A
[单项选择题]
28、反应持续时间tr简称为反应时间,用于()反应器。
A.PFR
B.CSTR
C.BR
参考答案:
C
[单项选择题]
29、发生在()不同的物料之间的均匀化过程,称之为返混。
A.停留时间
B.反应时间
C.空间时间
参考答案:
A
[单项选择题]
30、单一不可逆反应过程,确定反应器型式不但要考虑反应的级数,而且要考虑过程要求进行的程度,即转化率的高低;级数越高,要求的转化率也高,连续操作应采用()反应器。
A.PFR
B.CSTR
C.BR
参考答案:
A
[单项选择题]
31、对连串反应来说,在BR反应器中为达到最优产物浓度,操作时应考虑最佳()。
A.反应时间
B.反应物浓度
C.操作顺序
参考答案:
A
[单项选择题]
32、对全混流反应器,其瞬时选择性与平均选择性()
A.相近
B.相等
C.需按实际计算
参考答案:
B
[判断题]
33、从化学反应工程的角度看,反应级数反映了反应物浓度对反应速率影响的敏感程度。
参考答案:
对
[判断题]
34、非理想流动反应器的物料返混程度最大。
参考答案:
错
[判断题]
35、理想置换反应器在垂直于流动方向上的同一截面,不同径向位置的流体特性(组成、温度等)具有一定的分布。
参考答案:
错
[判断题]
36、CSTR反应器的出口组成与反应器内的物料组成不应该相同的。
参考答案:
错
[判断题]
37、反应器的形式会影响化学反应动力学特性。
参考答案:
错
[判断题]
38、间歇反应器与全混流反应器在结构上大体相同,但从返混的角度上看却是完全相同的。
参考答案:
错
[判断题]
39、有些气相反应反应,反应前后摩尔数不同,在系统压力不变的情况下,反应会引起系统物流体积发生变化,物流体积的改变必然带来反应物浓度的变化,从而引起反应速率的变化。
参考答案:
对
[判断题]
40、将反应动力学特性和反应器中流动、传递特征结合起来,建立数学模型,利用计算机进行模拟计算,得到过程数据,以便对反应器进行优化设计和过程优化控制。
参考答案:
对
[填空题]
41间歇反应器有哪些特点?
参考答案:
(1)由于剧烈搅拌、混合,反应器内有效空间中各位置的物料温度、浓度都相同;
(2)由于一次加料,一次出料,反应过程中没有加料、出料,所有物料在反应器中停留时间相同,不存在不同停留时间物料的混合,即无返混现象;
(3)出料组成与反应器内物料的最终组成相同;
(4)为间歇操作,有辅助生产时间。
一个生产周期应包括反应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、加热(或冷却)时间等。
[填空题]
42平行反应的平均选择性如何定义的?
参考答案:
平均选择性:
[填空题]
43循环反应器的基本假设是什么?
参考答案:
循环反应器的基本假设:
①反应器内为理想活塞流流动;
②管线内不发生化学反应;
③整个体系处于定常态操作。
[填空题]
44可逆吸热反应操作方式及选择反应器如何选择?
参考答案:
可逆吸热反应,首先研究随着反应的进行,即随着转化率的变化,反应速率的变化趋势。
随着反应进行,反应速率是下降的,为使反应器体积最小,应选用平推流反应器。
温度对反应速率的影响:
在一定转化率下,可逆吸热反应的速率总是随着温度的升高而增加,同时,从化学平衡角度考虑,因是吸热反应,升高温度,平衡转化率也将升高。
所以,升高温度对过程是有利的,故反应应在尽可能高的温度下进行。
这当然要考虑设备材质耐热情况。
[填空题]
45A进行平行分解反应,其速率式为:
其中R是所要求的目的产物,cA0=1kmol·m-3。
试问在下述反应器进行等温操作时,预计最大的cR为多少?
(1)全混流反应器;
(2)平推流反应器。
参考答案:
低浓度操作对生成目的产物R有利,对全混流反应器,可在极低的浓度下操作
对平推流反应器,则尽量使其转化率提高。
[单项选择题]
46、阶跃示踪法测定停留时间分布C/C0对应曲线为()
A.E(t)曲线
B.F(t)曲线
C.I(t)曲线
参考答案:
B
[单项选择题]
47、固体催化剂由三部分组成,活性组分、助剂和()。
A.添加剂
B.载体
C.固体
参考答案:
B
[单项选择题]
48、催化剂微孔孔径在一定范围之内,分子扩散和()两种扩散同时起作用,为综合扩散。
A.克努森扩散
B.外扩散
C.内扩散
参考答案:
A
[单项选择题]
49、如果原来在反应器不同位置的物料是在同一时间进入反应器的,发生混合作用时,这种混合称为(),即不同空间粒子的均匀化。
A.简单混合
B.机械混合
C.宏观混合
参考答案:
A
[单项选择题]
50、若某反应器停留时间分布规律测得的σθ2=0.4,则按多级混合槽模型,其模型槽数为()。
A.1.5
B.1
C.2.5
参考答案:
C
[单项选择题]
51、催化剂是多孔物质,其孔的大小当然是不规则的,不同的催化剂孔大小的分布不同,只有孔径()反应物分子的孔才有催化意义。
A.小于
B.等于
C.大于
参考答案:
C
[单项选择题]
52、当微孔孔径远大于分子平均自由程时,扩散过程与孔径无关,属分子扩散。
判据:
()
A.λ/d0〈10-2
B.λ/d0〈10-1
C.λ/d0〈10
参考答案:
A
[单项选择题]
53、气固不可逆放热反应,催化剂中心最大温度可由()计算。
A.反应热效应
B.放热速率
C.能量释放系数
参考答案:
C
[判断题]
54、具有扩散影响的,反应物及产物在催化剂表面吸附脱附反应过程,其动力学表达为本征动力学。
参考答案:
错
[判断题]
55、对于实际存在的过程,非等温过程少于等温过程。
参考答案:
错
[判断题]
56、当床层厚度大于50倍颗粒直径时,轴向热质扩散(轴向返混)对出口转化率所造成的影响可以忽略不计。
参考答案:
对
[判断题]
57、多级混合槽模型假设是反应器由若干大小相等的全混流反应器串联而成。
参考答案:
错
[判断题]
58、与Langmuir吸附模型不同,焦姆金吸附模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈对数关系。
参考答案:
错
[判断题]
59、气相传质系数kg是整个传质方程的核心,总包了各种条件对传质的影响,由传质J因子关系式计算。
参考答案:
对
[判断题]
60、催化剂的化学中毒还是通过化学还原法使之再生。
参考答案:
错
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