1、XXX 大学 化学反应工程 试题 B（开）卷 （答案） 20112012 学年第一学期 一、 单项选择题： （每题 2 分，共 20 分） 1 反应器中等温进行着 AP(1) 和 AR(2) 两个反应，当降低 A 的浓度后，发现反应生成 P 的量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明 ( ) A反应 (1)对 A 的反应级数大于反应 (2) B反应 (1) 对 A 的反应级数小于反应 (2) C反应 (1)的活化能小于反应 (2) D反应 (1)的反应速率常数大于反应 (2) 2.四只相同体积的全混釜串联操 作，其无因次停留时间分布的方差值 2 为 ( ) A 1.0 B. 0.25 C 0.
2、50 D 0 3对一平行 连串反应 RAQPA )3()2()1(， P 为目的产物，若活化能次序为： E2 -rA2 B -rA1 = -rA2 C -rA1 E2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？ 2. 在四段绝热式固定床反应器中进行 n 级不可逆反应 ， 各段的催化剂量相同 ， 且控制进入各段的反应物料温度相等 .若 n0， 试问 (1)哪一段的净转化率最大 ？ 哪一段最小 ？ (2)若段间采用冷激方法进行降温 ， 试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间哪处需加入的冷激剂量多 ？ 为什么 ？ 四、计算题：（第 1， 2 题均为 12 分，第 3 题为 14 分，共 38 分） 1.
3、在反应体积为 1 m3 的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水 反应生产丙二醇 -1， 2： 2 3 2 2 3H C O C H C H H O H C O H C H O H C H 该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等于 0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为 2.1kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率为 90%。 （ 1）若采用间歇操作，辅助时间为 0.65h，则丙二醇 -1， 2 的日产量是多少？ （ 2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇 -1， 2 的日产量又是多少？ （ 3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？ 2.对一闭式反应器进行停
4、留时间分布实验测定，在 Q 300L/min 下，得到 E(t) t 关系如下图所示 。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据 E(t)函数性质确定并计算： QBA PBA kk 212225.025.021BAQBAP CCkr CCkr E(t) /min 1 （ 1） E(t) （ 2） F(t) （ 3）该反应器体积为多少？ （ 4）多级串联模型参数 N 为多少？ (5)无因次方差 2 为多少？ （ 6）轴向扩散模型参数 Pe 为多少？ 0 10 20 t/min 3某一级不可逆气固催化反应，在反应温度 150 下，测得 kP=5s-1, 有效扩散系数DeA=0.2cm2/s。求：
5、（ 1） 当颗粒直径为 0.1mm 时，内扩散影响是否已消除？ （ 2） 欲保持催化剂内扩散有效因子为 0.8，则颗粒直径应不大于多少？ 一、 1.A 2. B 3.B 4.A 5. B 6.C 7.B 8.C 9.B 10.B 二、 1.52894 J mol m o lJEETTREkk/5 2 8 9 42ln)30812981(314.82ln)11(ln21122. RR R B A B BA ASk ）此步为速率控制步骤 ( 2223.E1a2 4.全混流反应器 活塞流反应器 5.xA1b（ 2） aE2，则反应温度应采用 高温 。 2.答： (1)虽然各段进口温度相等 ,在催化剂
6、量相同的情况下 ， 净转化率也按 1 至 4 段的顺序递减 ， 第一段最大 ， 第二段次之 ， 第三段再次之 ， 第四段最小 。 (2)因第一段反应量大于第二段反应量 ， 所以 1-2 段间要取出的热量比 2-3 段间要取出的热量大 ， 因而 1-2 段间需要的冷激量也大于 2-3 段间需要的冷激剂量 。 四、计算题： 1.解： 31 01 , , 0 . 9 8 , 2 . 1 / , 0 . 9 r A A A AV m r k C k h C k mo l l X 一级不可逆反应： hmQQttQVhxktrAf/3/11)65.035.2()(35.2)9.01l n (98.0 1)
7、1l n (130000丙二醇的浓度 = 30 2 . 1 0 . 9 1 . 8 9 / AAC X k m o l m 丙二醇的产量 = AfA00 xCQ 1 . 8 9 1 / 3 0 . 6 3 / 1 5 . 1 5 / 日k m o l h k m o l (2) 采用定态下连续操作 0 0 0. 9 1( 1 ) 0. 98 ( 1 0. 9 ) AfrAfQX QV kX所以 Q0=0.109m3/h 丙二醇的产量 = 0 . 1 0 9 1 . 8 9 0 . 2 0 5 8 / 4 . 9 3 9 / 日k m o l h k m o l （ 3）因连续釜在低的反应物浓度
8、下操作，反应速率慢，故产量低。 2.答：（ 1） E(t) -1/200(t-20) (2） F(t) -t2/400+0.1t （ 3） V 2 m3 （ 4）多级串联模型参数 N 2 (5)无因次方差 2112 N （ 6） 2 . 5 6Pe5.0)e-(1Pe2-Pe2 Pe-22 3.解： cm dddDkd1( 2 )1 DkdPPPeAPPeAPP8 1 6.068.0652.056668.08.0313t a n h1310 0 8 3 3.02.05601.06)1(试差，得湖北 XX 大学化学反应工程试题 一、选择题 1、 气相反应 C O + 3 H 2 C H 4 +
9、H 2 O进料时无惰性气体， CO与 H2以 1 2摩尔比进料，则膨胀因子 CO=_ _。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、 一级连串反应 A SK 1 K 2P 在间歇式反应器中，则目的产物 P的最大浓度max,PC _ _ _ _。 A. 122)(210 KKKA KKC B. 22/1120 1)/( KK CA C. 12 2)(120 KKKA KKC D. 22/1210 1)/( KK CA 3、 串联反应 A P （目的） R + S ，目的产物 P与副产物 S的选择性 PS =_ _。 A. AA PP nnnn 00 B. 00APPnnn C. 00SS
10、PP nn nn D. 00RRPP nn nn 4、 全混流反应器 的容积效率 =1.0时，该反应的反应级数 n_ _。 A. 0 B. =0 C. 0 D. 0 5、 对于单一反应组分的平行反应AP(主 )S(副 )，其瞬间收率 P 随 AC 增大而单调下降，则最适合的反应器为 _ _。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、 对于反应级数 n 0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用 _ _。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7、 一级不可逆液相反应 A
11、 2R ， 30 /30.2 mkmolC A ， 出口转化率 7.0Ax ，每批操作时间 t+t0=2.06h，装置的生产能力为 50000 kg产物 R/天， MR=60，则反应器的体积 V为 _ _m3。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、 在间歇反应器中进行等温一级反应 A B ， slmolCr AA /01.0 ，当 lmolCA /10 时，求反应至 lmolCA /01.0 所需时间 t=_ _秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、 一级连串反应 A P S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物 P浓度最大时的最优空
12、时 opt _ _。 A. 12 12 )/ln( KK KK B. 12 21 )/ln( KK KK C. 21 12)/ln( KK KKD. 211KK10、 分批式操作的完全混合反 应器非生产性时间 t0不包括下列哪一项 _ _。 A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间 11、 全混流反应器中有 _ _个稳定的定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 12、 全混流反应器的容积效率 小于 1.0时，且随着 A的增大而减小，此时该反应的反应级数n _ _ 。 A. 0 B. =0 C. 0 D. 0 13、 当反应级数 n_ _时，微观流
13、体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. 1 D. 1 14、 轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与 _ _无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 15、 对于气 -液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应 选用 _ _装置。 A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 16、 催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为 dmidCkdtd ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时， d为 _ _。 A. 0 B. =1 C. 3 D. 1 17、 不属于气固相催化反应固定床反应器拟
14、均相二维模型的特点是 _ _。 A. 粒子与流体间有 温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 18、属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是 _ _。 A. 粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 19、 下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第 级模型的特点 _ _。 A. 各参数 均为恒值 B. 参数值不随床高而变 C. 参数值与气泡大小无关 D. 参数值与气泡大小有关 20、 流化床反应器中的操作气速 U0是根据具体情况定的，一般取流化数 mfUU0 在 _ _范围
15、内。 A. 0.1 0.4 B. 1.5 10 C. 10 15 D. 0.4 1.5 21、全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件 A移热速率 放热速率 B移热速率 放热速率随温度的变化率 D移热速率随温度变化率 放热速率随温度的变化率 22、气固催化反应本征速率是指排除 阻力后的反应速率。 A外扩散阻力 B内扩散 C内外扩散 D吸附和脱附 23、等温液相反应 A+BP rp=klCACB， 2AR r R=k2CA2 P为目的产物，有下列四种方案可供选择，从提高 P的收率着眼适宜选用 A 间歇釜式反应器， A和 B一次性加入； B全混流反应器； C半间
16、歇釜式反应器， A一次性加入， B连续滴加； D半间歇釜式反应器， B一次性加入， A连续滴加。 24、乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，乙苯仍大量存在，表明这是一个 反应。 A慢速 B可逆 C自催化 D不可逆 25、等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 A SK 1 K 2P 若保持相同的转化率 xA，调 节反应温度使 k2/k1降低，则 P的收率将 A.增大 B减小 C不变 D先增后减 26、在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为 _ _。 A. 空时 B.反应时间 t C. 停留时间 t D. 平均停留时间 27、阶跃示踪法测
17、定停留时间分布 对应曲线为 _ _。 A. E（ t）曲线 B. F（ t）曲线 C. I（ t）曲线 D.y（ t）曲线 28、气固催化反应的内扩散模数 ，其中 L为特征长度，若颗粒为球形则 L=_ _。 A. 厚度 /2 B. R C. R/2 D. R/3 29、对于反应级数 n 0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用 _ _。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流 反应器 二、填空题 1、 化学反应工程是一门研究 的科学。 2、 化学反应速率式为 BACA CCKr ，如用浓度表示的速率常数为 CK ，用压力表示的速率常数
18、PK ，则 CK = PK 。 3、 平行反应A P(主 )S(副 )均为一级不可逆 反应，若 主E 副E ，选择性 Sp与 无关，仅是 的函数。 4、 对于反应级数 n 0的反应，为降低反应器容积，应选用 反应器为宜。 5、 对于恒容的平推流管式反应器 一致。 6、 若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为 _ _。 7、 流体的混合程度常用 、 来描述。 8、 催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的 _ 失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的 _ _失活。 9、 对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约 _ _时，分子
19、与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为 。 10、 绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用 模型来计 算。 11、 对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度 optT 和平衡温度 eqT ，二者的关系为 _ _。 12、 描述流化床的气泡两相模型，以 0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化速度 mfU 通过，而其余部分 则全部以气泡的形式通过。 13、 描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的 流动模式一般认为 _气 _相为平推流，而对 _ _相则有种种不同的流型。 14、 多相反应过程是指
20、同时存在 相态的反应系统所进行的反应过程。 15、 是化学反应工程的基础。 16、 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称 _ _。 17、 一级连串反应 A SK 1 K 2P 在平推流反应器中，则目的产物 P 的最大浓度 max,PC _ _、 optt _ _。 18、 着眼反应组分 K的转化率的定义式为 _ _。 19、 一级连串反应 A SK 1 K 2P 在间歇式全混流反应器中，则目的产物 P 的最大浓度 max,PC _ _、 optt _ _。 20、 化学反应速率式为 BACA CCKr ，如用浓度表示的速率常数为 C
21、K ，用压力表示的速率常数 PK ，则 CK =_ _ PK 。 21、 理想反应器是指 。 22、 具有良好搅拌装置的釜式反应器按 反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按 反应器处理。 23、 全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 , 24、 平推流反应器的返混为 _ _。 25、一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用 _ _法来求反应级数。 26、分批式完全混合反应器操作的优化分析是以 _ _、 _ _为目标进行优化的。 27、轴向分散模型的数学期望值 _ _，方差 _ _。 28、测定气 -液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气
22、相和液相中的 _ _ _，使反应在动力学区域内进行。 29、在流化床中为了传热或控制气 -固相间的接触，常在床内设置内部构件，但很少使用水平构件，它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用，从而导致床内产生明显的 _ _梯度和 _ _梯度。 30、对于气 -固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使 床层波动频繁，这种流化床称为 _ _。 31、当前用于描述气 -液两相流相间传质的模型有两大类：一是按稳态扩散来处理的 _双膜模型 _；一是按非稳态扩散处理模型，如 _ _和 _ _。 32、在建立数学模型时，根据基础资料建立物
23、料衡算式的一般式为 _ _。 33、活化能的大小直接反映了 _ _对温度的敏感程度。 34、生成主产物的反应称为 _ _，其它的均为 _ _。 35、固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积 Vp的球粒子直径，表达式 dv=_ 。 三、 分析解答题 1、 简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？ 空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。（ 分）反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。（ 分）停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。（ 分）由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且
24、等于反应时间，恒容时的空时等于体积流 速之比，所以三者相等。（ 分） 2、 简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？ 阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，（ 分）在某瞬间 t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂 A且浓度为 0AC 的流体，（ 分）同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂 A的浓度随时间的变化。（ 分）对应的曲线为F（ t）， 0)( AACCtF 。（ 分） 3、 简述均相反应及其动力学的研究内容？ 答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行 的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反
25、应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。 4、 对于可逆放热反应如何选择操作温度？ 答： 1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度； 2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值； 3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。 5、 简述气 -液反应的宏观过程： A（ g） + bB（ l） 产物（ l）？ 1）反应物气相组分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）反应物气相组分 A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反
26、应； 3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散； 4）气相产物向气相主体扩散。 6、 简述固定床反应器的优缺点？ 1）催化剂在床层内不易磨损； 2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力； 3）固定床中的传热较差； 4）催化剂的更换必须停产进行。 7、 对于反应ARk1k2 S， 21 AR Ckr ， 其活化能为 1E ； AS Ckr 2 ， 其活化能为 2E ，当 1E 2E 时如何选择操作温度可以提高产物的收率？ 答：对于平行反应 ARTEEARTERTESRR CekkCek ekrrS 122120
27、10/20/10 ，所以，当 1E 2E 时应尽可能提高反应温度，方可提高 R的选择性，提高 R的收率 8、 简述气固流化床反应器气泡两相模型的特点？ 1）以 U0的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流动速度 Umf通过，而其余部分以（ U0-Umf）则全部以气泡的形式通过； 2）床层从流化前的高度 Lmf增高到流化时的高度 Lf，完全是由于气泡的体积所造成； 3）气泡相为向上的平推流，大小均一； 4）反应完全在乳相中进行； 5）气泡与乳相间的交换量 Q为穿流量 q与扩散量之和。 9、 简述双膜理论？ 该模型设想在气 -液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜，而把气液两相阻力集
28、中在这两个流体膜内，而假定气相主体和液相主体内组成均一，不存在传质阻力。组分是通过 在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程来进行传质的，通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡。因此，把复杂的相间传质过程模拟成串联的稳定的双膜分子扩散过程的叠加，相间传质总阻力等于传质阻力的加和。 10、 简述理想反应器的种类？ 通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间
29、的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。 11、简述气固流化床反应器鼓泡床模型的特点？ 答：假定床顶出气组成完全可用气泡中的组成代表，而不必计及乳相中的情况，对气泡的组成进行计算便可以达到反应的转化率 12、简述理想反应器的种类。 答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间 一、 1.A 2.A 3.C
30、4.B 5.B 6.A 7.C 8.B 9.D 10.B 11.B 12.D 13.D 14.C 15.C 16.C 17.A 18.A 19.C 20.B 21.C 22.C 23.D 24.B 25.A 26.A 27.B 28.D 29.A 二、 1.化学反应的工程问题 2. )()( RT 3.浓度 温度 4.平推流 5.平均停留时间、反应时间、空时 6.微观流体 7.调匀度 S 流体的混合态 8.物理 化学 9. 0.1um 努森扩散 10.拟均相一维 11. 1212 ln EEEE RTT TTopteqopteq 12. mfUU 0 13.气 乳 14.两个或更多 15. 三
31、传一反 16.数学模型 17. )/(21 122kkkkk1212 )/ln( kk kk18. 00KKKK n nn 19.)/(21 122kkkkk 12 12 )/ln( kk kk 20.)()( RT 21.全混流反应器、平推流反应器 22. 全混流 平推流 23. rG QQ dTdQdTdQ Gr 24.0 25.初始速率法 26.平均生产速率最大 生产经费最低 27. 28.扩散阻力 29.温度 浓度 30.聚式流化床 31.双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型 32.输入量 =输出量 +反应量 + 累积量 33.反应速率 34.主反应 副反应 35. (6VP/)1/3
