《2022年化学反应工程-模拟题一及答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年化学反应工程-模拟题一及答案.docx（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载一、在体积为 2.5m 3 的抱负 BR 反应器中进行液相等温一级基元反应 A P ,k 2.78 10-3 s-1 , 进 口 摩 尔 流 率 FA0 11.4 mol/s, 反 应 物 A 初 始 浓 度CA04 mol/L ,求：（1）当反应器中 A 的转化率为 80,求所需的时间？（ 6 分）（2）如将反应移到 CSTR 中进行,其它条件不变,求所需反应器体积？（6 分）（3）如将反应移到 PFR 中进行,其它条件不变,求所需反应器体积？（6 分）二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：A 2 B C,该反应对
2、A 和 B均是一级； 反应器的入口体积流率为 2.5L/min ,进料为等摩尔的组分 A 和 B；入口 温 度 和 压 力 分 别 是 727 和 10atm； 在 此 温 度 下 的 反 应 速 率 常 数 k 4L/mol min ；求：（1）反应器入口处（即XA=0 时） A 的浓度？（4 分）（2）反应器入口处（即XA=0 时）的反应速率？（ 4 分）（3）当 A 的转化率为 40%时的浓度？（ 4 分）（4）当 A 的转化率为 40%时的反应速率？（ 6 分）三、有如下平行反应：ABP 主反应r Sk2C05.C18.,其中k 1k21,其动力学方程分别为：rPS 副反应k 1CAC
3、03.,BAB（1）当 A 和 B 的初始浓度为CA0CB020mol/L,A 和 B 均从反应器入口加入,运算 A 的转化率为 0.9 时的瞬时挑选性；（6 分）（2）对该平行反应,采纳怎样的操作方式可以提高反应过程的挑选性？（8 分）四、在非等温反应器操作过程中, 可能显现多态现象, 请问什么是多态现象？请判定下图所示中,哪些点是稳固操作点, 哪些点是不稳固操作点, 并分析其缘由？（12 分）RT,GT 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载五、在试验室中用全混反应器等温下进行一级液相反应AP,
4、当空时为 25min时, A 的转化率达 62；将反应器放大进行中试,反应器型式为管式,其停留时间分布的实测结果如表所示,反应器的平均停留时间为 43 min,方差为233min 2；t,min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Et 0 0 0.00693 0.03 0.0283 0.0182 0.0102 0.00497 0.00241 0.00105 0求（ 1）停留时间小于 40 min 的物料所占的分率约为多少？（6 分）（2）在与小试相同的温度及空时下操作,分别采纳多釜串联模型猜测反应器出口 A 的转化率；（ 12 分）六、用直径为 1mm 的球形颗
5、粒进行一级不行逆反应 A P,气流主体中 A 的浓度为 40mol/m 3,测得单位床层表观反应速率 rAobs 400kmol/m 3.h,组分 A在颗粒内有效扩散系数为 0.002778 cm 2/s,外部传质系数为 K G50m/h；请问：（1）外扩散对反应过程是否有影响？假如有影响,求外扩散有效因子；（4 分）（2）内扩散对反应过程是否有影响？假如有影响,求内扩散有效因子；（10 分）（3）当颗粒粒径为多少时才能基本排除内扩散阻力？（6 分）中国石油高校（北京）远程训练学院模 拟 考 试 卷名师归纳总结 化学反应工程试卷 A 开卷 答案第 2 页,共 7 页一、在体积为 2.5m 3
6、的抱负 BR 反应器中进行液相等温一级基元反应AP ,k 2.78 10-3 s-1 , 进 口 摩 尔 流 率 FA0 11.4 mol/s, 反 应 物 A 初 始 浓 度- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - CA04 mol/L ,求：优秀学习资料欢迎下载（1）当反应器中 A 的转化率为 80,求所需的时间？（ 6 分）（2）如将反应移到 CSTR 中进行,其它条件不变,求所需反应器体积？（6 分）（3）如将反应移到 PFR 中进行,其它条件不变,求所需反应器体积？（6 分）解：（1）由 BR 设计方程可得反应所需的时间为：t1ln11x13ln11
7、579 k2.78*100.8（2）由 CSTR 的设计方程可得反应器的体积为：VF A0XAkCFA0XAA2.7811.40.80.84100.7LrAA01X10341（3）由 PFR 的设计方程可得反应器的体积为：V F A 0 0X A dXr AAkC F AA000X A1 dXXAA kC F AA00ln1 1X A 2.78 11.41034ln5 1650 二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：A 2 B C,该反应对 A 和 B均是一级； 反应器的入口体积流率为 2.5L/min ,进料为等摩尔的组分 A 和 B；入口 温 度 和 压 力 分 别 是 727 和 1
8、0atm； 在 此 温 度 下 的 反 应 速 率 常 数 k 4L/mol min ；求：（1）反应器入口处（即XA=0 时） A 的浓度？（4 分）（2）反应器入口处（即XA=0 时）的反应速率？（ 4 分）（3）当 A 的转化率为 40%时的浓度？（ 4 分）（4）当 A 的转化率为 40%时的反应速率？（ 6 分）解：对于反应A2 BC,112210.061mol / L入口处： FA0FB0,就 yA00.5,所以yA0（1）由抱负气体定律可得入口处A 的浓度为：CA0yA0P0.5 10atm727273KRT0.082L atm / mol K（2）入口处的反应速率：r AkCA
9、0CB0kC2 A040.0610.0611.49102mol / dm3L（3）当 A 的转化率为 40%时 A 的浓度为：名师归纳总结 CACA01XCA01XCA00.061mol / L第 3 页,共 7 页1X1X- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载（4）当 A 的转化率为 40%时 B 的浓度为：C BC A0Bb XaXC A012 X1XC A012X0.06110.80.0203mol/ L111X10.4rAkC CB40.0610.02034.963 10 mol / L min三、有如下平行反应：ABP 主反
10、应r Sk2C05.C18.,其中k 1k21,其动力学方程分别为：rPS 副反应k 1CAC03.,BAB（1）当 A 和 B 的初始浓度为CA0CB020mol/L,A 和 B 均从反应器入口加入,运算 A 的转化率为 0.9 时的瞬时挑选性；（6 分）（2）对该平行反应,采纳怎样的操作方式可以提高反应过程的挑选性？（8 分）解：依据瞬时挑选性的定义：SrPk1C1 A05.C0 B3.18.C0 A.5 C1 B.5rSk2（1）由于 A 和 B 的初始浓度相同,而且反应过程二者的反应量相同,所以在整个反应过程中 CACB,所以瞬时挑选性S1/CA当 A 的转化率为 0.9,CACA0（
11、1-0.9）2mol/l ,S0.5；（2）由于SC0 . 5ACB.15,所以在反应过程中,为了使S 尽可能大,需要使A 的浓度尽可能高,而B 的浓度尽可能低,为此可以采纳以下方法：用管式反应器,连续将B 注入反应器用一系列的 CSTR 反应器串联,在第一个反应器中注入 注入 B,这样进入下一个反应器之前 B 基本反应完；A,在每一个反应器中名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载四、在非等温反应器操作过程中, 可能显现多态现象, 请问什么是多态现象？请 判定下图所示中,哪些点是稳固操作点, 哪些点
12、是不稳固操作点, 并分析其缘由？（12 分）RT,GT 解：（1）在同一操作条件下,反应器可能存在多个定常操作态,即反应器既可能在 低温、低转化率下操作,也可能在高温、高转化率下操作,仍可能在中等温度、中等转化率下操作,这种现象称为多态现象；（4 分）（2）对于 C 点,体系温度略微增加一些,在此位置上放热速率随温升的增量小 于移热速率随温升的增量, 体系内生成热量少,移出热量多,温度下降,重新回 到 C 点；假如体系温度略微降低,在此位置上放热速率随温升的增量大于移热 速率随温升的增量,体系内生成热量多,移出热量少,温度上升,重新回到 C 点；所以在 C 点,温度略升、略降,系统自动复原到原
13、先的热平稳状态,所以 C 点属于稳态操作点； （3 分）（3）对于 B 点,假如体系温度略微增加一些,在此位置上放热速率随温升的增量大于移热速率随温升的增量,体系内生成热量多, 移出热量少, 体系温度连续上升,直到到达 C 点；假如体系温度略微降低,体系内移出热量多,生成热量少,体系温度连续下降,直到到达 统不能复原到原先的热平稳状态,A 点；所以,在 B 点,温度略微的变化,系 B 点为不稳固操作点；（3 分）（4）对于 A 点,变化情形同 C 点,在 A 点,温度略升、略降,系统自动复原到原先的热平稳状态,所以A 点属于稳态操作点；（2 分）名师归纳总结 五、在试验室中用全混反应器等温下进
14、行一级液相反应AP,当空时为 25min第 5 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载时, A 的转化率达 62；将反应器放大进行中试,反应器型式为管式,其停留时间分布的实测结果如表所示,反应器的平均停留时间为 43 min,方差为233min 2；t,min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Et 0 0 0.00693 0.03 0.0283 0.0182 0.0102 0.00497 0.00241 0.00105 0求（ 1）停留时间小于 40 min 的物料所占的分率约为多少？（
15、6 分）（2）在与小试相同的温度及空时下操作,分别采纳多釜串联模型猜测反应器出口 A 的转化率；（ 12 分）解：（1）0 40E t dt 103 0 4*0 2*0.00693 4*0.03 0.0283 0.54停留时间小于平均停留时间的物料所占的分率约为 0.54；（2）多釜串联模型第一依据试验室结果求出操作温度下的反应速率常数值；对于一级反应：X k1 kk x 0.62 0.06526min 11 x 1 0.62 *252n 12 mt2 43*43 7.94t 2331 1X 1 n 1 7.94 0.911 i k 1 43*0.06526 / 7.94六、用直径为 1mm
16、的球形颗粒进行一级不行逆反应 A P,气流主体中 A 的浓度为 40mol/m 3,测得单位床层表观反应速率 rAobs 400kmol/m 3.h,组分 A在颗粒内有效扩散系数为 0.002778 cm 2/s,外部传质系数为 K G50m/h；请问：（1）外扩散对反应过程是否有影响？假如有影响,求外扩散有效因子；（4 分）（2）内扩散对反应过程是否有影响？假如有影响,求内扩散有效因子；（10 分）（3）当颗粒粒径为多少时才能基本排除内扩散阻力？（6 分）解：（1）由 Mears 判据得：rAobsRn400 kmol/m3. h 1 0 . 001 230 . 04 kmol / mm 1
17、0. 1.0 15kGCAG50 m/h可见外扩散无影响；（2）由 Weisz-Prater判据得：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载由于外扩散无影响,所以 CASCAGC WP2rAobsR2400kmol/m3. h.1 20. 001 m22 .511De CAs0. 001 m2/h0kmol/m304可见内扩散有影响；31coth11212 12.50.845；运算得：11.72,0.845可见,当颗粒粒径为1mm 时内扩散有效因子为（3）当0.95 时,内扩散基本排除当0.95,1 0.9 R,R1*0.90.52mm11R1.72可见,当颗粒粒径为0.52mm 时才能基本排除内扩散阻力；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页