反应工程期中考试自测题2011秋季

12011秋季CRE期中考试自测题一、填空题（20Points）1.化学反应器按操作方式分类，分为______、______、______。（间歇反应器，连续反应器，半间歇反应器）2.化学反应器按传热条件分类，分为______、______、______。（等温反应器，绝热反应器，非等温、非绝热反应器）3温度升高10K反应速率增加一倍的经验规则（theruleofthumb)只适用于对给定的活化能在特定的温度条件。经验规则成立时活化能与温度之间的关系为___________（写成E=f(T)的形式)。忽略浓度随温度的变化。（）.4.着眼关键反应组分A的转化率的定义式为_______。（00AAAANNNX）5.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。（等分子反应，非等分子反应）6.气态等分子转化，或液相反应中，溶剂占主要体积，溶质反应对溶液的密度影响不明显，反应进行时反应体系的体积可看成不变，则该系统称为_______（恒容或恒密度系统）。7.在构成反应机理的诸个基元反应步骤中，如果有一个基元反应步骤的速率较之其他基元反应步骤慢得多，该反应步骤被称为_______（决速步），其速率即代表整个反应的速率，其他基元反应步骤可视为处于_______。（拟平衡常态）8.活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。（反应速率）9.生成主产物的反应称为_______，其它的均为_______。（主反应、副反应）10.多重反应或复合反应包括_____、______、____（平行反应、连串反应、并列反应）三个基本类型。其中，_____又称独立反应。11.如果平行反应)()(副主SAPA均为一级不可逆反应，若主E＞副E，提高选择性PS应_____。(提高温度)12.一级连串反应ASK1K2P在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应______21kk的值。（提高）13.理想反应器是指_______、_______。[理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流）反应器]14.具有良好搅拌装置的釜式反应器（CSTR）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_______反应器处理。（理想混合反应器、平推流）15.全混流反应器的空时τ是_______与_______之比。（反应器的有效体积、进料流体的体积流速）16.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_______、_______。（rgQQ、dTQdTdQgr）17.对于恒容的平推流管式反应器的平均停留时间、反应时间、空时_______。（一致）18对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。（平推流、全混流）19.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。（全混流）；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。（平推流）20.对于自催化反应，最合适的反应器为_______。（全混流反应器串联平推流反应器）21.对一级不可逆液相反应，反应速率方程为rA=kCA,CA0=0。若物料通过n个串联体积相等的理想CSTR反应，每个反应釜空时都为τ，则总转化率(第n釜出口处的转化率)XAn=______（）22.在等温间歇釜式反应器中进行下列连串反应A→P→Q，r1=k1CA,r2=k2CPP为目的产物，即第一个反应为主反应，第二个反应为副反应，A的初浓度为CA0，为使目的产物P的收率最大，则最优反应时间为_______（）TTRE)10(102lnnk)1(112121)/ln(kkkk2二、选择题(20Points)1.下列属于均相反应的是_______。（A）A.乙酸乙酯水解B.CuO的还原C.加氢脱硫D.电石水解2.下列属于均相反应的是_______。（C）A.催化重整B.催化裂解C.HCl与NaOH的中和D.水泥制造3.下列属于非均相反应的是_______。（D）A.乙酸乙酯水解B.氢气燃烧C.HCl与NaOH的中和D.催化裂解4.下列属于非均相反应的是_______。（B）A.乙酸和乙醇的酯化B.加氢脱硫C.氢气燃烧D.烃类气相裂解5.气相反应4A+B→3R+S进料时无惰性气体，A与B以3∶1的摩尔比进料，则膨胀因子A=_______。（C）A.1/4B.2/3C.–1/4D.–2/36.气相反应A+B→3P+S进料时无惰性气体，A与B以1∶1摩尔比进料，则膨胀因子A=_______。（D）A.–2B.–1C.1D.27.气相反应2A+B→3P+S进料时无惰性气体，A与B以2∶1摩尔比进料，则膨胀因子A=_______。（C）A.–1B.–1/2C.1/2D.18.反应C4H102C2H4+H2，10.2sk，则反应级数n=_______。（B）A.0B.1C.2D.39.反应A+B→C，已知115.0sk，则反应级数n=_______。（B）A.0B.1C.2D.310.反应3A→P，已知slmolk/15.0，则反应级数n=_______。（A）A.0B.1C.2D.311.下列属于平行反应的是_______。（C）A.A+B→PB.RBPPBAC.AP(主)S(副)D.A+B→P=R+S11.连串反应A→P（目的）→R+S，目的产物P的收率PY_______。（B）A.AAPPnnnn00B.00APPnnnC.00SSPPnnnnD.00RRPPnnnn12.连串反应A→P（目的）→R+S，目的产物P选择性PS=_______。（A）A.AAPPnnnn00B.00APPnnnC.00SSPPnnnnD.00RRPPnnnn13.如果平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E＞副E，提高选择性PS应_______。（B）A.提高浓度B.提高温度C.降低浓度D.降低温度314.如果平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E＞副E，提高收率YP应_______。（C）A.提高浓度B.降低浓度C.提高温度D.降低温度15.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）A.加料时间B.反应时间C.物料冷却时间D.清洗釜所用时间16.在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为_______。（A）A.空时τB.反应时间tC.停留时间tD.平均停留时间t17.对于_______的反应器在恒容反应过程的平均停留时间、反应时间、空时是一致的。（D）A.间歇式反应器B.全混流反应器C.搅拌釜式反应器D.平推流管式反应器18.对于自催化反应，最合适的反应器为_______。（D）A.全混流反应器B.平推流反应器C.循环操作的平推流反应器D.全混流串接平推流反应器19.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_______。（B）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20.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21.对于可逆放热反应，为提高反应速率应_______。（C）A.提高压力B.降低压力C.提高温度D.降低温度22.对于单一反应组分的平行反应AP(主)S(副)，其瞬间收率随AC增大而单调增大，则最适合的反应器为_______。（A）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三、简答题(15Points)1．简述理想反应器的种类？答：通常所指的理想反应器有两类：完全混合反应器（理想CSTR）和活塞流（PFR）反应器。所谓完全混合流反应器是指反应器内的反应流体瞬间达到完全混合，反应器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指反应器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。2.简述分批式操作反应器？答：反应物料一次性投入反应器内，在反应过程中，不再向器内投料，也不出料，待达到反应要求的转化率后，一次性出料，每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和，非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。3.简述理想CSTR（又称全混流反应器）的特点？答：①物料在反应器内充分返混；②反应器内各处物料参数均一；4③反应器的出口组成与反应器内物料组成相同；④连续、稳定流动，是一定态过程。4.简述PFR（又称活塞流反应器）的特点？答：①由于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器内没有物料的返混，所有物料在反应器中的停留时间都是相同的；②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）是一致的；③在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。5.简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。6.对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：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）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；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。7.对于平行反应，21APCkr，1E；ASCkr2，2E，当1E＞2E时，应该选择何反应器及操作条件以提高产物P的收率？答：（1）主反应（生成P的反应）反应级数大于副反应的级数，反应器选择PFR，间歇反应器，及选择A的浓度高，惰性稀释剂少的操作条件。（2）主反应活化能大于副反应的活化能(E1E2)，升高温度有利于提高主反应的选择性。8．简述理想吸附模型的基本假定？答：理想吸附模型的基本假定为（1）吸附剂表面能量均匀——各吸附位能量相同；（2）被吸附分子间的作用力可忽略不计；（3）单分子层吸附。9.列出间歇反应器、CSTR、PFR基本设计方程？答：间歇反应器基本设计方程：dNA/dt=-rAVCSTR基本设计方程：V=(FA0-FA)/rAPFR基本设计方程：dFA/dV=-rA其它形式的设计方程可由上述三式导出。四、计算题（45Points）1.某气相一级反应A→2R+S在等温、等压的实验室反应器内进行，原料含A75%，惰性气体25%（mol分数），经8min后其体积增加了一倍，求此时的转化率及该温度下的速率常数。解答：解：V=V0（1+εXA）（P0/P)（T/T0)εA=δA*yA0=2*0.75=1.5根据等温、等压及V=2V0的条件，得2V0=V0（1+1.5XA）XA=66.7%5间歇反应器中，一级恒容反应，转化率与反应时间的关系为t=(1/k)ln[1/（1-XA）]所以k=(1/t)ln[1/（1-XA）]=(1/8)ln[1/（1-0.667）]=0.137(min-1)2.环氧乙烷在450℃的气相分解反应如下：C2H4O（g)→CH4(g)+CO(g),已知在此温度下的反应的速率常数为0.0212min-1,反应在恒温恒容的容器中完成，初始压力为2.026x105Pa。试求在反应时间为50min时反应器的总压力。解答：考虑间歇反应器内恒温恒容反应C2H4O（g)→CH4(g)+CO(g),rA=kCAyA0=1,δ=2-1=1εA=yA0δA=1x1=1CA0=PA0/RT=P0/RTCA=CA0（1-XA）