反应工程往年试题.doc

化学反应工程2005-2006A一、填空：1、反应器的设计放大方法主要有（ ）（ ）（ ）。2、按照操作方式，反应器可分为（ ）（ ）（ ）。3、理想流动模型包括（ ）（ ）。4、固体催化剂中气体组分的扩散形式主要有（ ）（ ）（ ）（ ）。5、描述停留时间分布的两个函数是（ ）（ ）。6、转化率、收率、选择性三者关系为（ ）。7、固体催化剂的主要制备方法有（ ）（ ）（ ）（ ）。8、气液反应器按气液相接触形态可分为（ ）（ ）（ ）。9、化学吸收增强因子的物理意义是（ ）。10、本征动力学与宏观动力学分别是指（ ）（ ）。二、等温下在 BR 中进行一级不可逆液相分解反应 AB+C，在 10 分钟内有 50%的 A 分解，要达到分解率为 80%，问需要多少时间？若反应为二级，则需要多少时间？三、英文题（学其它语种的同学做下面的中文题）An aqueous reactant stream passes through a mixed flow reactor followed by a plug flow reactor. The initial concentration of A is 4mol/liter. Find the concentration at the exit of the plug flow reactor if in the mixed flow reactor cA=1mol/liter. The reaction is firstorder with respect to A, and the volume of the plug flow unit is three times that of the mixed flow unit.某二级液相反应，在 PFR 中达到 99%转化率需反应时间 10 分钟，如在 CSTR 中进行时，需反应时间为多少？四、有一液相反应 AP+S，其反应速率-rA=kCA2 ，k=10m3/Kmol.hr， CA0=0.2Kmol/m3 ，V0=2m3/hr，比较下列方案，何者转化率最大？（1）PFR，体积为 4m3 ； （2）PFRCSTR ，体积各为 2m3 ；（3）CSTRPFR，体积各为 2m3 ； （4）CSTRCSTR，体积各为 2m3 。五、选做题（从下列两题中任选一题）1、 写出外扩散有效因子ex 的一般表达式，并证明：n = -1 时，外扩散有效因子ex= 2/1+（1-4Da）1/2。2、对下述反应，2AP, rP=k1CA2 ；A+BR，rR=k2CACB；2BT, rT=k3CB2 , 试证明要使 R 的选择性最大，在 CSTR 中，A 与 B 浓度之比应为：CA/CB=（k3/k1）1/2 。六、简答题1、气液相间的传质模型有哪几种？并加以说明。2、无因次准数 M 的物理意义？如何利用 M 值判断反应类别？3、简述固定床与流化床的特点，并各举出两个应用实例。4、简述气固相固定床反应器数学模型的分类及选取原则。结合课程设计说明利用一维数学模型进行反应器设计计算的方法。5、简述在多孔固体催化剂上进行气固相催化反应的步骤。化学反应工程2005-2006C一、名词解释：（ 20 分）1、放大效应2、内扩散有效因子3、理想吸附模型4、活性校正系数5、全混流模型6、空速7、绝热温升8、M 准数 9、化学吸收增强因子 10、宏观动力学二、以NaOH溶液吸收CO2，NaOH 溶液浓度为0.5kmol/m3 ，界面上 CO2 浓度为0.001kmol/m3 ，液相传质分系数 kL=10-4m/s，反应速率常数 k2104m3 /（kmols），DAL=1.810-9m2 /s, DBL/ DAL=1.7，计算吸收速率。（ 15 分）三、英文题（10 分）A homogeneous liquid phase reaction AR， -rA=kCA2 takes place with 50% conversion in a mixed reactor.(a)What will be the conversion if this reactor is replaced by one 6 times as large all else remaining unchanged?(b) What will be the conversion if the original reactor is replaced by a plug flow reactor of equal sizeallelse remaining unchanged?四、（ 20分）己二酸与己二醇以等摩尔在70进行缩聚反应，其反应速率-rA=kCA2 kmol/L.min（下标 A 表示己二酸）。 实验测得 70时，k=1.97L/(kmol.min)， 己二酸起始浓度CA0=0.004kmol/L。若每日处理 2400kg 己二酸，己二酸转化率为 80%，试计算：（1）批非生产时间为 1h，使用 BR 时的反应器有效体积；（2）采用 PFR 时所需反应器体积；（3）采用单段 CSTR 时所需反应器体积；（4）采用两段 CSTR 时所需反应器体积。（ 假定第一段出口转化率为 60%，第二段出口转化率为 80%）五、写出外扩散有效因子ex 的一般表达式，并证明：n = 2 时，外扩散有效因子ex= （1+4Da）1 /2 -12 /（4Da2 ）。 （10分）六、简答题（25 分）1、气液相间的传质模型有哪几种？并加以说明。2、工业生产对气液反应器的要求？3、简述固定床与流化床的特点，并各举出两个应用实例。4、简述在多孔固体催化剂上进行气固相催化反应的步骤。5、简述非理想流动产生的原因。化学反应工程2006-2007A一、回答下列问题：1、内扩散效率因子的物理意义及一般表达式？2、何谓全混流反应器的热稳定性？CSTR 热稳定的条件是什么？3、反应器的设计放大主要有哪几种方法？各有何特点？4、工业生产对气液反应器的要求？5、何谓非理想流动？其产生的原因有哪些？二、对一级可逆反应 A=B，绘出反应物 A 在催化剂颗粒内部与气膜中的浓度分布（1）化学动力学控制；（2）内扩散控制；（3）外扩散控制。三、1、Liquid A decomposes by secondorder kinetics, and in a batch reactor 50% of A is converted in a 5minute run. How much longer would it take to reach 75% conversion? 2、一液相反应 AR 为一级不可逆反应，如在 CSTR 中进行，其转化率可达 50%，现改为同样体积的 PFR，且体积流量及其它条件均不变，转化率可达多少？四、简述两种理想流型的特点，并对两种理想反应器 PFR 与 CSTR 进行分析比较。五、有一液相反应 AP+S，其反应速率-rA=kCA2 ，k=10m3/Kmol.h，CA0=0.2Kmol/m 3 ，V0=2 m 3 / hr，比较下列方案，何者转化率最大？（1）PFR，体积为4m3 ； （2）PFRCSTR ，体积各为2m3 ；（3）CSTRPFR，体积各为2m3 ；（4）CSTRCSTR，体积各为2m3 。六、简述气固相固定床反应器数学模型的分类及选取原则。化学反应工程2006-2007B一、填空：1、反应器的设计放大方法主要有（ ）（ ）（ ）。2、按照操作方式，反应器可分为（ ）（ ）（ ）。3、返混是指（ ）。4、反应器设计的基本方程包括（ ）（ ）（ ）（ ）。5、内扩散有效因子是指（ ）。6、空速是指（ ）。7、CSTR 热稳定的条件是（ ）（ ）。8、描述气液相间物质传递的传质模型主要有（ ）（ ）（ ）（ ）。9、化学吸收增强因子的物理意义是（ ）。10、本征动力学与宏观动力学分别是指（ ）（ ）。二、1、（10 分）等温下在 BR 中进行一级不可逆均相反应，试求出转化率由 0 至 0.9 所需的反应时间与转化率由 0.9 至 0.99 所需反应时间之比。若反应为二级，则时间之比为多少？2. 英文题（10 分）Liquid A decomposes by secondorder kinetics, and in a batch reactor 50% of A is converted in a 5minute run. How much longer would it take to reach 75% conversion? 三、（10 分）以NaOH溶液吸收CO2，NaOH 溶液浓度为0.5kmol/m3 ，界面上 CO2 浓度为0.001kmol/m3 ，液相传质分系数 kL=10-4m/s，反应速率常数 k2104m3 /（kmols），DAL=1.810-9m2 /s, DBL/ DAL=1.7，计算吸收速率。四、（15 分）有一液相反应 AP+S，其反应速率 -rA=kCA2 ，k=20L/mol.min，现有 PFR与 CSTR 各一个，体积均为 0.7m3，CA0=2mol/m3 ，V0=20L/min，试问下述三个方案中，何者最优？为什么？（1）CSTRPFR（2）PFRCSTR（3）PFR 与 CSTR 并联。五、（10分）在实验室采用两种颗粒度催化剂，在同样条件下进行研究，颗粒B半径是颗粒A的一半，两者的宏观速率分别为RA宏和RB宏，当（1）RB宏=1.5RA宏、（2）RB宏=2RA宏、（3）RB宏=RA宏时，试推导采用两种颗粒催化剂时的Thiele模数A、B之间的关系式以及内扩散有效因子A、B之间的关系式。六、简答题（25 分）1、简述工业生产对气液反应器的要求。2、无因次准数 M 的物理意义？如何利用 M 值判断气液反应类别？3、简述固定床与流化床的特点，并分别举出应用实例。4、简述气固相固定床反应器数学模型的分类及选取原则。5、简述反应器设计、分析和开发所包括的内容。化学反应工程2006-2007C一、计算题（40 分）1、英文题（用英文答题，15 分）A liquid reactant stream (1mol/liter) passes through two mixed flow reactors in a series. The concentration of A in the exit of the first reactor is 0.5mol/liter. Find the concentration in the exit stream of the secondreactor. The reaction is second order with respect to A and V2/V1=2.2、（ 10 分）以NaOH溶液吸收CO2，NaOH 溶液浓度为0.5kmol/m3 ，界面上 CO2 浓度为0.001kmol/m3 ，液相传质分系数 kL=10-4m/s，反应速率常数 k2104m3 /（kmols），DAL=1.810-9m2 /s, DBL/ DAL=1.7，计算吸收速率。3、（15 分）在实验室采用两种颗粒度催化剂，在同样条件下进行研究，颗粒B半径是颗粒A的一半，两者的宏观速率分别为RA宏和RB宏，当（1）RB宏=1.5RA宏、（2）RB宏=2RA宏、（3）RB宏=RA宏时，试推导采用两种颗粒催化剂时的Thiele模数A、B之间的关系式以及内扩散有效因子A、B之间的关系式。二、填空：（20 分，每个空 2 分） 1、反应器的设计放大方法主要有（ ）（ ）（ ）。2、返混是指（ ）。3、空速是指（ ）。4、宏观混合是指（ ）。5、微观混合是指（ ）。6、化学吸收增强因子的物理意义是（ ）。7、本征动力学是指（ ）。8、宏观动力学是指（ ）。三、分析题（30 分） 1、（10分）对于平行反应： A+BL A+BM 其中L为目的产物，其动力学方程分别为：r1=k1e-14000/RTCA2CB ，r2=k2e-22000/RTCACB2为使L的选择性最大，如果在间歇反应器中进行，下图中哪种操作方式最好？为什么？ (1)(2)(3)2、（ 10 分）对于不可逆一级连串反应AL r1= k1CALM r2= k2CL其中 L 为目的产物，对于下列反应器及操作形式，请给出选择的顺序，并说明理由。 (1)(2) (3)3、（ 10分）生成硫酸钡的化学反应过程： BaCl2+Na2SO4BaSO2 +NaCl2是一个快速的沉淀反应，为了获得均匀的硫酸钡沉淀颗粒粒度，拟选用微反应器，请根据混合对反应影响的原理分析这种选择的合理性。四、简答题（10 分，任选 2 题，每题 5 分）1、简述工业生产对气液反应器的要求。2、简述固定床和流化床反应器的特点，并分别举出应用实例。3、简述平推流反应器的特点化学反应工程2007-2008一、名词解释：（20 分）1、放大效应 2、最佳反应温度 3、内扩散有效因子 4、返混 5、空速 6、宏观混合与微观混合7、催化床层热点 8、固定床反应器二维模型 9、绝热温升 10、宏观动力学二、简答题（20 分）1、简要说明在平推流反应器和全混流反应器中返混程度的不同。2、对于一级快速吸收过程，如何强化吸收速率。3、简述全混流反应器的特点。4、简述均匀表面吸附层模型的基本要点。三、计算题（20 分）1、某二级液相