化学反应工程试题-3及答案doc-陕西科技大学试题纸

　陕西科技大学 试题 课程 化学反应工程（ B 卷）

　班级 _________________________________

　学号 ________________________________

　姓名 _____________________________________

　题号 - 一一 -二二

　四 五 六 七 八 九 十 总分 得分

　阅卷人

　、解释下概念: (1) 控制体积 ⑵ 空时 (3) 返混 ⑷ 稳定的定态工作点 二、 （ 1 设有一反应 A — B+D 其反应步骤如下：

　① A + er 、 J Ac （控制步骤）

　② Ae —B e +D ③ B c B+ e 试推导其动力学方程式。

　（ 2 ）已知某反应动力学方程式为； k（P A P B Ps + K R P R

　K ）

　r 1 ■ K A P A K B P B K AB P A P B

　P s K s P s 试说明所代表的反应机理。并指出控制步骤。

　三、 某液相反应 A + B —- 产物在两串联的全混釜中进行，已知反应的速率常数 为0.8m 3 /kom s, 进料量、料液浓度及限制的反应转化率 Xx 均标于图中，试分别求 出两反应器的反应体积 V i 和 V r2 （ 假定在反应过程中物料的密度恒定不变 ）

　。

　 四、某全混流反应器体积为 100L ,物料流律为 1L / s ，试求在反应器中停留时间 为（ 1 ）

　90 〜110s ； （ 2 ）

　>100s 的物料在总进料中所占的比例。

　五、 在直径为 0.5 m 固定床反应器中等温进行一级不可逆气 - 固催化反应 A > P 原料液的的流量为 0.5m h ，假定反应物在反应器中呈平推流，反应温度下的本 征反应速率常数为 2.0 10"m 3 「 kg s 。若采用直径为 5mm 的球形催化剂，内扩 散有效扩散系数 1.0 10 -6 m 2 ,s ，催化剂颗粒密度为 1.8 10 3 kg m 3 ，催化剂床层高 度为 3.0m ，堆积密度为 1.0"0 3

　kg/m 3 ，外扩散的影响可以忽略。

　试计算：①催化剂的内扩散有效因子 ② 反应器出口处 A 的转化率 ③ 以 A 的浓度 C A 为纵坐标，径向距离 r 为横坐标，绘制出催化剂颗粒内 的浓度分布示意图。

　x -x 附公式：

　tanhx 二 _电 e e 六、 气体 A 与液体 B ，可按拟一级反应对待，已知下列情况， k, k L ,D AL 和〉值。

　k（s 」）

　k L (cm/s) D AL" 0 5 (cm 2 / s) Of 1 500 0.001 1.5 40 2 0.5 40 1.5 40

　试求两种情况下［和值，并进行讨论0.004m3/s 0.02kmol/m 3 0.001m3/s 1.00kmol/m 3 0.001m3/s 1.00kmol/m 3 X A=0.8 XA=0.92

　化学反应工程答案及评分标准 （03 级 B 卷）

　一 （ 每 1 个概念 2 份，共 8 分 ）

　控制体积：反应速率为常数的最大体积。

　空时：反应体积与体积流量大的比值。

　返混：

　不同停留时间物料的混合。

　稳定的定态工作点：反应气受外来干扰，当干扰消失后能恢复到原来状态的 工作点。

　、（每小题 10 分共 20 分）

　1（10 分）解：

　由控制步骤①得速率方程式：

　■ k r =k A P A 入- k A" 根据定态近似理论有：

　对③式：

　“B = K B P B ^V 对②式：

　S J B

　K

　0

　P B ^V /K s K S

　由归一化条件玉 ^B =V "得：

　B P B — B P B

　1 K s K

　k A P A —

　k A — B P B 所以公一 P B — B P B

　1 K s 令 Q k A K 厂 —AK7 K A =2

　k P A -

　P B

　K p

　四、（ 10 分）

　・ • ____

　t 对全混流反应器 ^■0 =

　0 =100 ( S )

　Fgu — e ， ( 1 ) F ( 9 O ) = 0539 F ( no ) = 0.667

　停留时间在 90 〜 110s 之间的物料所占的分率为 0.667 - 0.539 二 0.074 = 7.4% （2 ）停留时间小于 100s 的物料所占的分率为

　K B

　K S p B K

　B p B 1

　2 （1 0 分）解: A

　〔 -

　A

　B ；

　- B" A 亠 B ； . - R 亠 S ；：

　R ； 二 =R •；「（控制(2 5 分) 由题给反应方程式和反应速率常数可写出下列速率方程式 r A = kc A C B 二 kc A0 (1

　- X A )( C B0

　-

　C AO X A

　) : C A0 (O.OO4 0.001) =0.004 0.02 c A0

　工0 ^ 04

　0.02 =0.016(kmol. m 3 ) 0.005 :c B0 (0.004 0.001) =0.001 1.0 C B0 0 ^ 01

　1.0 =0.2(kmol."m 3 ) 0.005 即 r A

　=0.8 0.016(1- X A )(0.2

　—0.016 X A ) Q O C AO

　X A1 -小 A( XA1 )

　0.005^0.016 乂 0.8 0.8 0.016(1 -0.8)(0.2 -0.016 0.8) = 0.1335(m 3 ) Q 0 C A0 ( X A2 一 X A1 )

　—洱 A （ X A2 ）

　0.005 汉 0.016 汉 (0.92 —0.8) 0.8 0.016(1 -0.92)(0.2 -0.016 0.92) = 0.005( m 3 )

　F ( 100 ) = 1 一 e 二 0.632 = 63.2% 停留时间大于 100s 的物料所占的分率为 1 - F ( 100 ) = 1 - 0.632 二 36 .8% 四、（ 22 分）

　① 首先将反应速率常数进行转化 k p= k w r p = 2.0 10" 1.8 10^=3 . 6 S -1

　 内扩散有效因子

　② 反应体积: 2 兀 Vr = Ar H = 3.0 0.5 4 催化剂质量: w 二 Vr 「 1.0 10 3

　1.18 = 0.59Kg 列出反应器的设计方程: - dX ^ 二(-耳)= 0.5 2.0 10‘C AO (1-X A )

　w d(-w) F

　A0 将已知量代入后

　解之得 ln( 1

　)=1.18 1 _X A 所以 X A

　=0.69 ③ 以 A 的浓度 C A 为纵坐标，径向距离 r 为横坐标，绘制出催化剂颗粒内的浓度分

　k p _ 5 10” D e 一 3 2 3 . 6 「 1.58 1.0 10 1一•丄] =0.5 =-[ * tanh3$ 3* dx A 2.0 10”(1-x A ) d(w) R 3

　布示意图如下: 五、（ 15 分）

　① 由•.丽.旦 & 所以. MU 5 ° 1 .5 E =86.6 1 7 °.°°1 ―.M? =86.6 1 1 1

　= - 2.89 10* ：

　^. M 1

　40 86.6 ② 同理有 -,MT =0.02^:: 1 -0.9 :M 2

　- M 2

　1

　 1 :M 2

　_ M 2

　1 = 0.102 由此可见：

　-•M 下降，化学反应速率下降，液相利用率提高。

　2