南华大学-化学反应工程试卷（B）及答案.doc

南华大学 《化学反应工程》考试试卷（B） 时间：120分钟 试卷编号： 专业： 班级： 学号： 姓名： 题号 一 二 三 四 五 总分 得分 一、名词术语解释（20分） 1．反应转化率:通常采用着眼组份K的转化率xK来表示反应进行的程度，其定义为 ： 2．反应程度: 如果用各组份在反应前后的摩尔数变化与其计量系数的比值来定义反应程度即 ???????????? 3．着火温度：全混流反应器中可以通过改变操作变量的途径来实现稳定的定常态下操作。当它对ΔT<0的干扰是稳定，而对于ΔT>0的干扰则是不稳定的，它会使反应温度很大上升使移向稳定常态，故相应的起始温度称为反应的着火温度。 4．阶跃示踪法：对于处于定常态的连续流动系统，在某瞬间t=0，将流入系统的流体切换为含有物理示踪剂A的浓度为CAo的第二流体,经这种流体的切换后应保持系统内的流动模式不发生变化，并在切换成第二流体的同时，在系统出口处记录流出物料中A的浓度CA随时间的变化。这种方法即称为阶跃示踪法。 二、填空题（18分） 1．传递过程与反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱，因此， _动量传递、热量传递、质量传递、反应动力学 是反应工程学的基础. 2．等温恒容不可逆反应 A 产物（一级）,其速率方程微分式是,速率方程的积分式是。 3． 4．全混流反应器的E（t）=，F（t）=,方差=1.0. 5．下列反应A+B R +S,如反应速率式为 从式子分子项可推知是可逆反应,从分母各项可推知A 、B 、R 、S物质被吸附,牵涉到 二个活性点之间的反应. 三、设计题(18分) 1． 有一平行分解反应，反应级数相同。 1 P（目的产物） A 2 S 试设计P的收率最大时的温度控制。 3 T 解：考虑下列一些情况： （1）E1＞E2、E3应采用高温，（2）E1＜E2，E3应采用低温；（3）E3＞E1＜E2，高温有利于反应3，低温反应的利于反应2，因此必须选择不受反应2控制，又不受反应3控制的温度。 由k1=k10e-E1/（RT）CAn，k2k20-E2（RT）CAn，k3k30-E3（RT）CAn，由n相同，所以P的收率 令 所以 取对数，并整理得： ， 满足上式要求的T值即为所求的解。 2.试用脉冲示踪法来测定全混流反应器反应物料的停留时间的分布曲线。 在定常态下操作的连续流动系统的入口处在t=0的瞬间输入M(克或摩尔)的示踪剂A，并同时在出口处记录出口物料中示踪剂A的浓度随时间的变化。若以υo,V分别表示该流动系统的进料的容积流率和系统的容积；CA表示出口物料中A的浓度。根据A的物料衡算可得： ?????????????? 由E(t)的定义可知： ?????（1-1）?????? 由式(1--1)可知，只要将CA—t曲线的纵轴加以变换即可获得E(t)曲线。 ???为了验证实验数据的可靠性，必须根据三个已知量M,υo和V进行一致性检验，即由实验所获得的CA—t占数据或E(t)[CA/C0]—t数据应满足下述关系: ????????????????????? 若不满足上两式，则须检查原因，或是示踪剂选择不当(例如示踪剂为器壁或内部构件所吸附，或发生化学反应等)，或是输入方式不满足脉冲要求，或是由于示踪剂输入后改变了系统的定常态操作，如υo发生变化等。 四、问答题(20分) 1．试定性说明带有短路的全混流模型的E（t）和F（t）表达式，并在图上相应位置将其描绘出来。 答：该模型将流入全混流反应器的流体分为两部份：其中一部份(Imνo)是在反应器内呈全混流流经反应器，而另部份(1-Im)νo 则在器内短路而流出，这部份流体在器内的停留时间等于零. ???????????? ????????? ?? 2. 气—液相反应则需经历的步骤是什么？ 答：1.反应物气相组分A从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡; 2．反位物气相组分且从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应； 3．液相内的反应产物向浓度下降的方向扩散，气相产物则向界面扩散； 4．气相产物向气相主体扩敢. 五、计算题(24分) 1．在液相复杂反应 A+ B P (a) A+P S (b) 原料初始浓度为CA0=2.0mol/L,CB0=4.0mol/L,CP0=CS0=0.在间歇反应器中反应,测得CA=0.3mol/L,CB=2.4mol/L,问组分P,S浓度各为多少?以B为基准,反应物B的选择性、产物P的收率为多少？(12分) 解:反应(a)消耗的