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反应工程习题6

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6．多相系统中的化学反应与传递现象 6．1 在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应BA。试以产物B的浓度BC为纵坐标，径向距离为横坐标，针对下列三种情况分别绘出产物B的浓度分布示意图。图中要示出eBBCBSBGCCCC和,,的相对位置，它们分别为气相主体，催化剂外表面，催化剂颗粒中心处B的浓度，及B的平衡浓度。 （1）化学动力学控制； （2）外扩散控制； （3）内，外扩散影响均不能忽略。 解：

（1）化学动力学控制 （2）外扩散控制 （3）内外扩散均不能忽略 (1) BGBSBCBeCCCC

(2) BGBSBCBeCCCC (3) BGBSBCBeCCCC 6．2 已知催化剂颗粒外表面的气膜传质系数为117 )/(2KmW，气体的密度和热容分别为0。8 3/mkg和2。4 )/(KkgJ，试估算气膜的传质系数。

解： 3/2)(1prShCkjjcspGHD， 又1Pr/cS

hmsmChkpsG/4.219/10094.6104.28.011723

6．3 某催化剂，其真密度为3。60 3/cmg，颗粒密度为1。65 3/cmg，比表面积为100 gm/2。试求该催化剂的孔容，孔隙率和平均孔半径。 解：由 )1(ptp，得542.0p，

由 pcpaSr2，得nmra56.6 由 catgcmVppg/328.065.1542.03 6．4 已知铁催化剂的堆密度为2。7 3/cmg，颗粒密度为3。8 3/cmg，比表面积为16。0 gm/2，试求每毫升颗粒和每毫升床层的催化剂表面积。 解：每毫升颗粒的表面积＝mLmSgp/8.602， 每毫升床层的表面积＝mLmSgb/2.432。 6． 5 试推导2级反应和半级反应的外扩散有效因子表达式（6.23）和（6.24）。 解：（1）2级反应：

22)(,)(,2ASWASAGmGASWACkCCakCkR

由上解得：

WAGmWmGmGASkCakakakC2

422

按定义

）式此即为23.6()141(]2/)/411([/2222DaCkakCkakCkCkAGWmGAGWmGAGWASWX

式中 mGAGWakCD/。 （2）半级反应： 5.05.0)()(,21ASWASAGmGASWACkCCakCkR

由上解得：mGAGmGwwASakCakkkC242222/1 按定义：42122422/12222/12/1DaDaCakCakkkCkCkAGmGAGmGwwAGwASwX

2/12222/12214)2(22)4/121(DaDaDaDaDa 2/1222)2(411(22DaDa 此即（6.24）式，式中mGAGWakCkDa/5.0。 6． 6 在充填32OFeZnO催化剂的固定床反应器中，进行乙炔水合反应：

2233222232HCOCOCHCHOHHC 已知床层某处的压力和温度分别为0.10MPa，400℃，气相中22HC含量为3％（mol），该反应速率方程为AkCr,式中AC为乙炔为浓度，速率常数)61570exp(1006.77RTk，单位为1h。试求该处的外扩散有效因子。 催化剂颗粒直径为0.5 cm，颗粒密度1.6 3/cmg，乙炔为扩散系数为7.3×10－3sm/2，气体粘度为2.35×10－5 sPa，床层中气体的质量流速为0.2 )/(3smkg

解：由已知条件可得：

06.511035.224.0005.0Re)/(24.052smkgG 3/3303.0)273400(4.22273)97.01803.026(mkg 2485.0Re357.0359.0bDj 9746.0103.73303.01035.255cS smSGjkcDG/1837.0)(3/2 sLk/3263.0]673314.861570exp[1005.77 )/(102039.033skgmkkpW

kgmam/75.01600)005.0(61)005.0(222

00148.0mGWakkDa 9985.011DaX 6．7 实验室管式反应器的内径2.1 cm，长80 cm，内装直径6.35 mm的银催化剂进行乙烯氧化反应，原料气为己烯2.25％（mol）的空气，在反应器内某处测得PaP51006.1，KTG470，乙烯转化率35.7％，环氧乙烷收率23.2％，已知：

426222242424142242/1025.1223/1061.921HCmolLHOHCOOHCHCmolJHOHCOHC



颗粒外表面对气相主体的传热系数58.3 )/(2KmW颗粒密度为1.89 3/cmg。设乙烯氧化的反应速率为1.02×10－2 )/(hkgkmol，试求该处催化剂外表面与气流主体间的温度差。 解：)/(2.10)(hkgmolRA

KahHRTTkgmddVSahKmJKmWhmolJHHHmSrAGSppppppmSr59.48)(/50.061)/(10099.2)/(3.58/10001.5)7.352.231)((7.352.23)()(232252521



6． 8 1级连串反应： CBAkk21 在0.1MP及360下进行，已知1211417.0,368.4sksk，催化剂颗粒密度为4.0/)./(20)(,)(,/3.133AGBGBmGAmGCCsgcmakakcmg试求当均为时目的产物B的瞬时选择性和外扩散不发生影响时的瞬时选择性。 解：外扩散无影响时，由（6.35）式得：

9618.0368.44.04173.01'S 外扩散有影响时，由（6.34）式得：

9403.001605.1(368.4)168.1(4.04173.001605.011S 上式中所用的

01605.0/168.0/2211mGmGakkDaakkDa

6．9 在32/OAlPt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0.3 gcm/3，比表面积为200 gm/2，颗粒密度为1.2 3/cmg，曲节因子为3.7。CO和空气二元系统中CO的正常扩散系数为0.192 scm/2。试求CO在该催化剂颗粒中的有效扩散系数。

解：36.0,10,325ogpggaVcmnmSVr,

106.162ar,为努森扩散，故有：

scmDDscmDpKeK/10164.1/10196.128/473)81030(107.923223

6．10 试推导球形催化剂的内扩散有效因子表达式（6.60）。 解：令uCAr，可得：

32222222211rudrdurdrudrdr

CdrudtdurdrdC

AA



用以上各式对教材中（6.55）式进行变量置换得： )(222Aubdrud 式中 Dekbp/2 （A）式为二阶常系数齐次方程，边界条件： )(;0/0BRCuRrdrdurpASp 结合边界条件（B）式解（A）式得： )()sinh()sinh(CbRrbrRCCppASA 有内扩散影响的反应速率为： )(4)(2DdrdCRDeRpRrApA

由（C）式求出pRrrAdrdC，代入（D）式得： )1tanh1(4)(SSASSpADeCRR 按内扩散有效因子的定义： )()1tanh1(3)1tanh1(4343ECkRDeCRSSSSSASppASSp



式中 DekRbRpppS/ 若令DekRppS/33，则（E）式可改写为： )()31)3tanh(1(1F （F）式即为教材（6.60）式，（E）式是（6.60）的又一形式。 6．11 在球形催化剂上进行气体的分解反应，该反应为1级不可逆放热反应。已知颗粒直径为0.3 cm，气体在颗粒中有效扩散系数为4.5×10－5 hm/2，颗粒外表面气膜传热系数为44.72 )/(2KmW，气膜传质系数为310 hm/，

反应热效应为－162 molkJ/，气相主体A的浓度为0.2 Lmol/，实验测得A的表观反应速率为1.67 )/(minLmol，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； （1）外表面与气流主体间的温差。

解： )/(10002.1)/(min67.135hmmolLmolRA (1)判别外扩散阻力的影响用（6.79）式，：

15.0108081.0)60/310(2.0106367.133

GAGA

kC

LR

故仅从传质考虑，外扩散影响可不计。 （2）判别内扩散阻力的影响用（6.82），先求出S

783.22AGASDeC

LR

因有783.2,2SS从，可借助（6.60）式估算出288.0,1.3，由此可知内扩散阻力影响严重。

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反应工程考试题及答案

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反应工程考试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 反应工程中，反应速率常数k与温度T的关系符合以下哪个方程？A. 阿伦尼乌斯方程B. 范特霍夫方程C. 吉布斯自由能方程D. 亨利定律答案：A2. 在恒温条件下，下列哪种催化剂对反应速率的提高最为显著？A. 固体催化剂B. 液体催化剂C. 气体催化剂D. 无催化剂答案：A3. 以下哪项是影响反应速率的主要因素？A. 反应物浓度B. 催化剂种类C. 反应器形状D. 所有选项答案：D4. 反应器中，如果反应物的转化率增加，那么反应速率通常会如何变化？A. 增加B. 减少C. 不变D. 无法确定答案：B5. 在反应工程中，下列哪种类型的反应器最适合处理具有高反应速率和高转化率的反应？A. 间歇反应器B. 连续搅拌釜式反应器C. 管式反应器D. 固定床反应器答案：C二、填空题（每题2分，共10分）1. 反应速率的定义是单位时间内反应物的_________变化量。

答案：消耗2. 反应工程中，反应器的容积效率是指单位体积反应器内每小时转化的_________量。

答案：反应物3. 阿伦尼乌斯方程中，活化能Ea与反应速率常数k的关系是k=Ae^(-Ea/RT)，其中R是_________气体常数。

答案：通用4. 在反应器设计中，为了提高反应的选择性，可以通过_________反应物浓度来实现。

答案：降低5. 反应器的热稳定性分析中，如果反应是放热的，那么增加反应器的_________可以减少副反应的发生。

答案：冷却三、简答题（每题10分，共20分）1. 简述催化剂在化学反应中的作用及其对反应速率的影响。

答案：催化剂在化学反应中的作用是降低反应的活化能，从而加速反应速率，而不影响反应的化学平衡。

催化剂通过提供一个具有较低活化能的反应路径来增加反应物分子之间的有效碰撞，使得反应更容易进行。

由于催化剂在反应过程中不被消耗，因此它可以持续地提高反应速率。

2. 描述连续搅拌釜式反应器（CSTR）和管式反应器（PBR）的主要区别及其适用条件。

(完整版)化学反应工程习题

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化学反应工程习题第一部分：均相反应器基本理论1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。

2、已知某化学计量式为S R B A 2121+=+的反应，其反应速率表达式为B AA C C r 5.02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？3、某气相反应在400 oK 时的反应速率方程式为221061.3AA P d dP -⨯=-τh kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为21AA A kC d dn V r =⨯-=τh l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？4、在973 oK 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。

反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化，试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。

5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？ （1）对A 为一级、B 为零级反应； （2）对A 、B 皆为一级反应； （3）对A 、B 皆为零级反应。

6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。

反应混合物体积的变化忽略不计。

反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。

计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。

反应工程习题

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C o n v e r s i o n , %Temperature, Co0102030405060708020406080100120140160Equilibrium curveOptimum temperature progressionO pe rat i on li n eI. 填空 (40分，每空2分)1. 在有些情况下一定的返混反而有利，这样带有 的平推流反应器较好。

较为典型的适合在这种反应器中进行的反应是 。

2. 如图1所示，循环比是 新鲜原料的温度是 ，反应器入口的温度是 。

图13. 一反应在间歇式反应器中进行，反应器内组成随时间的变化如图2所示，根据各组分变化的特点我们可以得出这是一个串联反应的结论。

(填“对”或“错”)。

Ct0.20.40.60.81.00.20.40.60.81.0A R SX AC/C A0图23. 一反应在间歇式反应器中进行，反应器内组成随时间的变化如图2所示，根据各组分变化的特点我们可以得出这是一个串联反应的结论。

(填“对”或“错”)。

图3B(a)(b)(c)(d)4. 一串联反应的产物分布随转化率的变化如图3所示，当转化率为70%时，中间产物R 的总收率是 。

5. 图4中的几种反应器，哪一种适合于下面的反应221,,BR S BA R C C k r SB RC C k r R B A =→+=→+生产目的产物R 。

。

图46. 纯A 在恒压100o C 分解，初始体积为 1 m 3。

当反应物完全转化后，反应器体积变为原来的二倍。

当转化率为80%时，反应器的体积是 m 3。

7. A 在多孔催化剂上进行催化反应，A 的反应速率取决于：① ,② ,③ ,④ , 和 ⑤ 膜扩散阻力。

8. 催化剂最重要的三方面性质是 ， ，和 。

9. 对于一个反应级数大于零的不可逆单一反应，平推流总是比全混流反应器好。

这种观点对吗？ (填“对”或“错”)。

对于一个串联反应，中间产物是我们的目的产物，则上述观点是否正确？ (填“对”或“错”)。

反应工程考试习题库及答案

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第一章 绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。

（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。

（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。

（ 三传一反）4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。

（分批式操作、连续式操作、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。

（传质、传热、动量传递）6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。

（数学模型）7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。

（累积量=输入量-输出量）8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。

（D ）A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 、9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。

（A ） A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学1. 均相反应是指_。

（参与反应的物质均处于同一相）2. aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。

（ap）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。

（00K KK K n n n -=χ）4.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）5.化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。