2013复旦大学研究生化学工程原理复习题

2013化学反应工程复习题：推导出一级和二级动力学简单反应在间歇反应器、PFRCSTR（停留时间）和转化率关系的积分表达式，并对三种典型反应器模型特点进行讨论。ri根据阿伦尼乌斯方程可以得到方程：

r E ；i RTT对该表达式讨论活化能的工程意义和反应温度水平对反应速率影响；快，后趋于平稳的趋势。A根据阿伦尼乌斯方程，(rA

)k0

EeRTcnArii推导关系式ricAc

，其中

A为反应物浓度，为反应级数。表达出该表达式的工程意义。A2.1AB

不同转化率时反应速率的递变趋势，请根据实验数据说明反应级数对反应速率影响的规律；反应物浓反应物浓转化 反应速率的递率变趋势度 x 一级 一级反c 反应应（ ）r/r2 20（ ）1 101.00111 101.00110.70.30.70.490.50.50.50.250.10.90.10.010.010.990.010.0001AP150ºC83684PFRVPCSTRVmxA=0.6Vm/VP之值应如何？讨论所得的结果。NCSTR反应器串联进行动力学为一级的简单反应：AP度均相等。N个釜完成反应后，残余浓度为：NCSTR反应釜数量，为空时，k为反应动力学常数。如果已知在某反应温度下的速率常数为k0.92h1，原料速率v0

10m3/h，要求转化率为0.90。计算当串联反应釜分别为1,3,10,100个时的反应器总体积；如果应用PFR反应器进行该反应，计算在反应条件和要求完成的转化率相同的情况下需的反应体积；对问题2, 3的计算结果进行讨论。自催化反应： APPPA是一个等密度的反应过程，反应速率(rA

)kc cA Pk103m3(kmol)1(s)1。x 0.98。A试计算下列反应器体积。

，进料量为v0.002m3/s, c 2kmol/m3，c 0kmol/m3，A0 P0全混流反应器（；两个等体积全混流反应器串联组合反应器；如何实现反应器组合，在完成转化率的前提下使得反应器体积最小。ABP反应维持在75oC等温操作，实验测得反应速率方程式为：k2.78103l/(mols),当反应物AB的初始浓度cA0cB04mol/lAxA=0.80.684kmol的反应物PFRCSTR20min,釜式反应器装填系数为0.8。有一自催化反应:APPP已知：今在一循环反应器中进行此反应,要求达到的转化率为98%。求:当循环比为R=0,R=3,R=∞时，所需要的反应器体积为多少？在反应过程中，保证化学反应操作定态稳定的条件是什么？如果对于在CSTR放热反应过程，为了保持反应的稳定性，如何兼顾换热面积和换热温差？为什么？在管式固定床反应器，对于催化床列管的管径大小的设计有一定的要求，特别是对于放热反应(Dt

max

(Qg

/Vr

)1RT2/E其中：UQ

)(1)kcn

，Vr为催化剂微元体积。grr提示：列管微元移热速率为grrQUar

Vr

Tc

，at为圆管的比表面，Tc为管外冷却介质温度。据内部效率因子2，(1)写出准数并用简图表示实验结论。有气固相催化反应AP，动力学表达式为:(rA

)k0

e(E/

Aes

n (a)也可以采用易于反应工程分析的效率因子法处理,其表式为:rkA 0

ERTbcAb

n (b)cAescAb为效率因子。试问采用效率因子法动力学表达式(b)中的反应级数、活化能和(a)式中的反应级数、活化能意义是否相同，为什么？在等温反应体系，写出表征外扩散与内扩散的特征参数：达姆科勒准数Da和西勒模数的表达式；如果反应级数为一级，只考虑内、外扩散因素影响，证明总效率因子的表达式为：其中

为外扩散效率因子，1

k kag

为内扩散效率因子。2工业生产以C6H6 (苯)在V2O5作为活性组分的催化剂上进行催化氧化制C4H2O3(顺丁烯二酸酐)是一个由平行反应和串联反应组成的复合反应。6,4,2为了实现反应过程中目标产物C4H2O3高选择性，如何优化反应温度的控制？为什么？Cu，其还原活化过程是强放热反应，其主反应为：CuO+H2=Cu+H2O =20.3kcal/mol如果采用纯氢气进行催化剂还原，容易造成表面温度升高，导致催化剂单质铜微晶烧结，使行还原，如还原气组成为氢氮混合气（2+。假设该反应受外扩散控制，试估算用纯氢气还原和氢氮混合气还原催化剂的表面温度Ts.(Ts-Tb=0.66△Tad,△Tad260oC;纯氢气热容为：kcal/(kgoC),0.0899kg/m3;氢氮混合气热容为：0.41kcal/(kg.oC),气体密度为：1.25112.有一醋酐水溶液，在25