《化学反应工程》思考题2016.doc

化学反应工程思考题 (化工专业)1. 解释下列术语：Conversion, Overall Conversion, Conversion per pass, Space Time, Space velocity, Adiabatic reactor, Heat of reaction, Standard heat of reaction, LHSV, GHSV, RTD, CSTR, PFR, PBR，RTD, Reactive distillation, Membrane reactor, Recycle reactor, Semibatch reactor, Multiple steady state, External diffusion, Internal diffusion, Thiele modulus, Internal effectiveness factor, Ignition temperature, Extinction temperature, Differential reactors, Intergral reactors.2. 写出下列几种反应器的物料衡算方程(Mole Balance)：Batch Reactor, CSTR, PFR, and PBR.3. 写出反应速率常数与温度的关系；化学平衡常数与温度的关系。4. 一化学反应方程为：已知写出转化率为X时，以下变量的表达式：。反应器：CSTR，PFR和Batch reactor。5. 一气相反应在PBR反应器中进行，每种反应物和产物的物性和填料床特性已知，反应物进料已知（反应物为气体，P0, T0, Fj0，已知），反应动力学方程为：。体系恒温，床层有压力降。写出该过程的数学模型（注意方程数与未知变量数相等），如何计算转化率沿着反应器变化规律？写出计算步骤。6. 有一气相反应体系有两个反应：1， ，2， ， , 为了使反应产物D的产率高，讨论如何选择反应器的种类和反应条件。7. 有一气相反应体系有两个反应：1， ，2， ， , 为了使反应产物D的产率高，讨论如何选择反应器的种类和反应条件。8. 有一气相连串反应体系：，反应级数均为1。, 为了使反应产物B的产率高，讨论如何选择反应器的种类和反应条件。9. 写出绝热条件下的PFR反应器能量平衡(energy balance)方程。10. 写出有热交换条件下的PFR和CSTR的能量平衡方程。11. 一气相放热反应在PBR反应器中进行，反应器绝热。每种反应物和产物的物性和填料床特性已知，反应物进料已知（反应物为气体，P0, T0, Fj0，已知），反应动力学方程为：。床层有压力降。写出该过程的数学模型（注意方程数与未知变量数相等），如何计算转化率沿着反应器变化规律？写出计算步骤。12. 多定态（Multiple steady state）是如何形成的? 什么是ignition temperature 和extinction temperature?13. PFR 反应器，有p个反应，m个组分，反应体系与环境有热交换，写出能量方程。14. 在气固多相催化过程中，从主体流中的反应物到产物需要经过哪些过程？15. 对于一个外扩散控制的多相催化过程，如何才能加大传质系数kc？16. 如何判断多相催化过程是否为外扩散控制？消除外扩散控制有哪些方法？ 17. 如何判断多相催化过程是否为内扩散控制？消除内扩散控制有哪些方法？18. 在填充床反应器中进行气固催化反应，如果反应为外扩散控制，有哪些办法可以提高表观反应速率？19. 在填充床反应器中进行气固催化反应，如果反应为催化剂颗粒内扩散控制，有哪些办法可以提高表观反应速率？20. 催化剂的有效因子如何受到催化剂形状、反应级数、反应前后体积变化和反应热效应的影响？21. 一吸热反应在CSTR反应器中进行，有没可能存在多定态？22. 一放热反应在PFR反应器中进行，有没可能存在多定态？23. 研究测定化学反应动力学的方法有哪些？写出它们各自的数据处理步骤和方法。24. 测量RTD有几种方法？各有何优缺点？写出数据处理步骤。25. 写出下列理想反应器的E(t) 和F（t），并画出图：Batch, PFR, CSTR，Laminar flow reactor。26. 已知一反应器的E(t)和反应动力学方程：，反应器出口的转化率如何计算？27. 从RTD计算转化率的数学模型有那些？应用这些模型的计算步骤？28. 一个恒温反应器为非理想流反应器，化学反应为二级。比较XPFR, XCSTR, Xsegregation, Xmixedness 的大小。XPFR，XCSTR, Xsegregation, Xmixedness分别为根据PFR, CSTR, Segregation model, Mixdeness model 计算的转化率。29. 催化裂化可以近似认为是顺序反应：原料汽油气体焦炭。汽油是希望产品，气体焦炭是不希望产品。裂化反应为一级、催化剂的活性与焦炭成反比。工业上催化裂化反应器是接近活塞流的提升管。从化学反应工程的角度，讨论这种反应器的合理性。 30. 液相一级反应，当X=90%时，在PFR中进行反应，需反应器体积为VP。在同一温度条件下，在CSTR中反应，如要达到相同的转化率，需要多大体积反应器？当CSTR的体积为VP时，转化率为多少？31. 连串反应（series reaction）为一级液相反应。写出PFR反应器和CSTR反应器中的CA(t), CB(t)和CC(t)。32. 异构化反应AB 在绝热的填充床反应器中进行，如果该反应是放热（或吸热）反应，请画出不同进料温度（T0=350，T0=500，T0=600）下的反应器床层温度剖面图。 33. 一个可逆放热反应在CSTR反应器中进行，存在多定态，使操作点移动（或改变转化率）有哪些方法？并用R(T)G(T)T图加以说明。34. 某可逆反应在一CSTR反应器中进行，生热项G(T)和移热项R(T)随反应温度的变化见下图。该反应的CP0。请问：（1）化学反应热（HRX ）是多少？（3分）（2）反应发生点火时和熄火时，反应体系的温度大概是多少？（3分）（3）反应点火和熄火时，转化率大概是多少？（3分）（4）如果实际操作点为A（如图所示），可以采取哪些措施提高转化率？（4分）35. 请分别阐述化学反应工程中涉及的无因次参数Da、Pe、n的含义。36. 请分别阐述三个密度符号、b、c的含义和相互关系。37. 某一放热反应在串联的3个完全相同的绝热反应器中进行，为了提高最终转化率，可采用下面三种情况，请分别作图说明操作性和平衡曲线之间的关系。（1）在各反应器之间设置冷却器（假设冷却过程该反应停止进行）；（2）在各反应器之间通入原料，用以对反应器出口物料降温；（3）在各反应器之间通入惰性冷却物质，用以对反应器出口物料降温。38. 如果填充床反应器中的催化剂在使用一段时间后发生失活现象，导致反应AB的转化率下降，请问改变何种操作条件可以维持催化剂失活前的转化率。39. 一级反应AB在串联的PFR和CSTR反应器中进行，已知PFR和CSTR体积相等，在进料条件相同的情况下，试比较两种排布顺序下的转化率大小。（