《化學反應工程》試題

XXX大學化學反應工程試題B（開）卷

（答案）2011—2012學年第一學期

1、單項選擇題：（每題2分，共20分）

1.反應器中等溫進行著A-P（l）和A-R（2）兩個反應，當降低A的濃度后，發(fā)現(xiàn)反應生

成P的量顯著降低，而R的生成量略降低，表明（A）

A.反應（1）對A的反應級數(shù)大于反應（2）B.反應（1）對A的反應級數(shù)小于反應（2）

C.反應（1）的活化能小于反應（2）D.反應（1）的反應速率常數(shù)大于反應（2）

2

2.四只相同體積的全混釜串聯(lián)操作，其無因次停留時間分布的方差值~為（8）

A.1.0B.0.25C.0.50D.0

AM~~>Q

3.對一平行一連串反應A—,P為目的產物，若活化能次序為：E2〈EI〈E3,

為了目的產物的收率最大，則最佳操作溫度序列為（B）.

A.先高后低B.先低后高C.高溫操作D.低溫操作

4.兩個等體積的全混流反應器進行串聯(lián)操作，反應為一級不可逆，則第一釜的反應速率-ni

與第二釜的反應速率-「修之間的關系為（A）?兩釜反應溫度相同。

A.TAI>F2B.-rAi=TA2C.-rAi<TA2D.不能確定何者為大

△=0.1

5.已知一閉式反應器的“乙,該反應器若用多釜串聯(lián)模型來描述，則模型參數(shù)N為（

B）.

A.4.5B.5.6C,3.5D,4.0

6.固體催化劑之所以能起催化作用，是由于催化劑的活性中心與反應組分的氣體分子主要發(fā)

生（0。

A.物理吸附B.化學反應C.化學吸附D.質量傳遞

7.包括粒內微孔體積在內的全顆粒密度稱之為（B）

A.堆（積）密度B.顆粒密度C.真密度D.平均密度

8.在氣固催化反應動力學研究中，內循環(huán)式無梯度反應器是一種（C）.

A.平推流反應器B.軸向流反應器C.全混流反應器D.多釜串聯(lián)反應器

9.某液相反應，其反應式可寫成A+C9R+C這種反應稱為（B）

A,均相催化反應B.自催化反應C.鏈鎖反應D.可逆反應

10.高徑比不大的氣液連續(xù)鼓泡攪拌釜，對于其中的氣相和液相的流動?？山瓶闯桑˙）

A.氣、液均為平推流B.氣、液均為全混流

C.氣相平推流、液相全混流D.氣相全混流、液相平推流

二、填空題（每題5分，共30分）

1.一不可逆反應，當反應溫度從25t升高到351時，反應速率增加一倍，則該反應

的活化能為52894J/mol。

ksKAPAylKBPB

A2E11\IC

I1n——=一(—————)=In22

(1+KAPA+gP油KRPK)

卜RTiT2

E

---)=ln2

8.314298308

解：...E=52894J/?i。/,

2.一氣固催化反應A+BfR,若本征反應速率方程為:

則該反應可能的反應機理為

A+aoA。

%+2。o2B(r

A<7+Ba——->Ro+G(加I加剛j

R(y=R+a

3.間歇釜反應器中進行如下反應：

AP(1)—rAl=kiCAal

A—>S(2)—TA2-k2CAa2

在CAO和反應時間保持不變下，降低反應溫度，釜液中CP/CS增大，表明活化能E1與E2的相

對大小為E1〈E2；在溫度和反應時間保持不變下,增高反應濃度，釜液中

CP/CS增大，表明反應級數(shù)al、a2的相對大小為al>a2。

A.al>a2B.al<a2C.活化能E1<E2D.活化能E1>E2

4.從反應器停留時間分布測定中，求得無因次方差62=°.98，反應器可視為全混流反應器

又若求得無因次方差62=°?02,則反應器可視為活塞流反應器.

5.有兩個有效容積不等的全混流反應器串聯(lián)操作，反應為二級不可逆反應Af全若大釜在先，

小釜在后，出口轉化率為XA1，小釜在先、大釜在后，則出口轉化率為XA2,兩種情況下，進料

流速、進料濃度和反應溫度均相同，比較XA1和XA2的相對大小為XA1<XA2

6.在固定床反應器中，分別進行一級和二級不可逆氣固催化反應，試比較a、b兩處的n值

大小(a處靠近反應器的進口，b處靠近反應器的出口)，并說明理由。

(1)一級放熱反應，絕熱操作；n必_b

(2)二級反應，等溫操作。”￡rib_rp=AC京s'

三、問答題(每題6分，共12分)「2=A'CB2

1.液相復合反應，若為使目的產物P的選擇性高，應選擇:

(1)若采用間歇反應釜，其加料方式為？

(2)若采用管式反應器，其進料方式為？2A+B—

(3)若瓦定2,則反應溫度應盡可能采用高溫或低溫？

答：為使目的產物P的選擇性高，應選擇：A+2B—

(1)若采用間歇反應釜，其加料方式為A一次性加入，B連續(xù)滴加:

(2)若采用管式反應器，其進料方式為A從反應器進口處加入，B沿管長多處加入；

(3)若EDE2,則反應溫度應果用高溫。

2.在四段絕熱式固定床反應器中進行n級不可逆反應，各段的催化劑量相同，且控制進入各段

的反應物料溫度相等.若n>0,試問

(1)哪一段的凈轉化率最大?哪一段最小？

(2)若段間采用冷激方法進行降溫,試問第一段與第二段之間和第二段與第三段之間

哪處需加入的冷激劑量多？為什么？

解：(1)雖然各段進口溫度相等，在催化劑量相同的情況下，凈轉化率也按1至4段的順

序遞減，第一段最大，第二段次之，第三段再次之，第四段最小.

(2)因第一段反應量大于第二段反應量，所以一2段間要取出的熱量比2-3段間要取出

的熱量大,因而1-2段間需要的冷激量也大于2-3段間需要的冷激劑量.

四、計算題：(第1,2題均為12分，第3題為14分，共38分)

1.在反應體積為1nP的釜式反應器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反應生產丙二醇-1,2：

H2COCHCH3+H20fH2COHCHOHCHi

該反應對環(huán)氧丙烷為一級，對水為零級，反應溫度下反應速率常數(shù)等于0.98hT,原料液中環(huán)

氧丙烷的濃度為2.Ikmol/m3,環(huán)氧丙烷的最終轉化率為90%。

(1)若采用間歇操作，輔助時間為0.65h,則丙二醇-1,2的日產量是多少？

(2)有人建議改在定態(tài)下連續(xù)操作，其余條件不變，則丙二醇-1,2的日產量又是多少？

(3)為什么這兩種操作方式的產量會有不同？

3l

解：Vr=lm,rA=kCA,k=0.9Sh~,CAO=2.1kmol/l,XA=0.9

(1)一級不可逆反應：

t=~-ln(l-xAf)=--J—ln(l-0.9)=2.35/J

k0.98

匕=2o(f+fo)=0o(2.35+0,65)=1

0o=l/3m3/h

丙二醇的濃度=CAOXA=2.1x0.9=1.89無機?！?

丙二醇的產量=QoCA()XAf=1.89x1/3=0.63kmol/h=15.15左小。//日

(2)采用定態(tài)下連續(xù)操作

y_QOXAF_00X0.9_]

r--

k(l-XAf)0.98(1-0.9)

所以Qo=O.109m3/h

丙二醇的產量=0.109x1.89=0.2058切=4.939七〃。〃日

(3)因連續(xù)釜在低的反應物濃度下操作，反應速率慢，故產量低。

2.對一閉式反應器進行停留時間分布實驗測定，在Q=300L/min下，得到E(t)?t關系如

下圖所示。由于該圖放置已久，縱坐標模糊不清。試根據(jù)E(t)函數(shù)性質確定并計算：

(1)E(t)

(2)F(t)fpm

⑶該反應器體積為多少？\

(4)多級串聯(lián)模型參數(shù)N為多少？\

(5)無因次方差為多少？

(6)軸向擴散模型參數(shù)Pe為多少？

01020t/min

答：

(1)E(t)=-1/200(t-20)

(2)F(t)=-t2/400+0.It

(3)V=2m3

(4)多級串聯(lián)模型參數(shù)N=2

bg=—=一

(5)無因次方差N2

Q5(l-ePe)=0.5

(6)APe=2.56

3.某一級不可逆氣固催化反應，在反應溫度15(TC下，測得kr=5sT,有效擴散系數(shù)

2

DeA=0.2cm/s.求：

(1)當顆粒直徑為0.1mm時，內擴散影響是否已消除？

(2)欲保持催化劑內擴散有效因子為0.8,則顆粒直徑應不大于多少？

⑴?="fIZ=四IX=0.00833?~

6V.A6V0.23

/.T|?1

(2)r]=I------------j=0.8

0，tanh303。

試差，得。=0.68

解：dP<0,816cm

湖北XX大學化學反應工程試題

一、選擇題

1、氣相反應8+3出CH+HQ進料時無惰性氣體，C。與”2以1：2摩爾比進料，則

膨脹因子6g二4

A.-2B.-1C.1D.2

2、一級連串反應AS在間歇式反應器中，則目的產物P的最大濃度

/.max=A

CtoC（*2Go

A.檢B.收/8產+1『C.'"TD.KK/殳嚴+1『

3、串聯(lián)反應A-P（目的）fR+S,目的產物P與副產物S的選擇性S,，=_L。

〃P一〃一一九一。rip一九8——一〃一（）

A〃A0一gc2—Hso口〃R一〃穴。

4、全混流反應器的容積效率n=1.0時，該反應的反應級數(shù)n_B_。

A.<0B.=0C.70D.>0

_晦）

A

5、對于單一反應組分的平行反應又土）,其瞬間收率隨CA增大而單調下降，

則最適合的反應器為一B_,

A.平推流反應器B.全混流反應器

C.多釜串聯(lián)全混流反應器D.全混流串接平推流反應器

6、對于反應級數(shù)n>0的不可逆等溫反應，為降低反應器容積，應選用A。

A.平推流反應器B.全混流反應器

C.循環(huán)操作的平推流反應器D.全混流串接平推流反應器

7、一級不可逆液相反應A=>2R,CM=2.^kmol/m\出口轉化率x,=0.7,每批操

作時間r+f。=2.06〃，裝置的生產能力為50000kg產物R/天，加仁60,則反應器的體積V為

￡川。

A.19.6B.20.2C.22.2D.23.4

8、在間歇反應器中進行等溫一級反應A-B,-rA=0.0}CAmol/l-st當CM=1，"?！?時，

求反應至CA=。01加。/〃所需時間t=B秒。

A.400B.460C.500D.560

9、一級連串反應A-P-S在全混流釜式反應器中進行，使目的產物P濃度最大時的最優(yōu)空

時TopiDo

/K】）ln(KJa)1

A.K一品B.《一KiC.JKKZD.

10、分批式操作的完全混合反應器非生產性時間’。不包括下列哪一項B。

A.加料時間B.反應時間C.物料冷卻時間D.清洗釜所用時間

11、全混流反應器中有B個穩(wěn)定的定常態(tài)操作點。

A.1B.2C.3D.4

12、全混流反應器的容積效率n小于1.0時，且隨著力人的增大而減小，此時該反應的反應級

數(shù)nD。

A.<0B.=0C.D.>0

13、當反應級數(shù)n_L時，微觀流體具有比宏觀流體高的出口轉化率。

A.=0B.=1C.>1D.<1

14、軸向分散模型的物料衡算方程的初始條件和邊界條件與_C_無關。

A.示蹤劑的種類B.示蹤劑的輸入方式C.管內的流動狀態(tài)D.檢測位置

15、對于氣-液相反應幾乎全部在液相中進行的極慢反應，為提高反應速率，應選用_C—

裝置。

A.填料塔B.噴灑塔C.鼓泡塔D.攪拌釜

-腿~kdC”/

16、催化劑在使用過程中會逐漸失活，其失活速率式為dt+,當平行失活對反應

物有強內擴散阻力時，d為2。

A.七0B.=1C.-3D.

17、不屬于氣固相催化反應固定床反應器擬均相二維模型的特點是_A_j

A.粒子與流體間有溫度差B.粒子與流體間充溫度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層軸向有溫度梯度

18、屬于氣固相催化反應固定床反應器擬均相二維模型的特點是_A_o

A.粒子與流體間有濃度差B.粒子與流體間無濃度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層徑向有濃度梯度

19、下列哪一項不屬于流化床反應器按深度而分的第II級模型的特點

A.各參數(shù)均為恒值B.參數(shù)值不隨床高而爰

C.參數(shù)值與氣泡大小無關D.參數(shù)值與氣泡大小有關

20、流化床反應器中的操作氣速0。是根據(jù)具體情況定的，一般取流化數(shù)”“，/在_B=范圍

內。

A.0.1~0.4B.1.5-10C.10-15D.0.4~1.5

21、全混流反應器進行放熱反應時，要使反應器操作在穩(wěn)定的定常態(tài)，則必須滿足以下條件_

C

熱速率>放熱速率B.移熱速率〈放熱速率

C.移熱速率隨溫度變化率>放熱速率隨溫度的變化率

D.移熱速率隨溫度變化率〈放熱速率隨溫度的變化率

22、氣固催化反應本征速率是指排除J阻力后的反應速率。

A.外擴散阻力B.內擴散C.內外擴散D.吸附和脫附

23、等溫液相反應A+B-Prp=klCACB,2A-RrR=k2CA2

P為目的產物，有下列四種方案可供選擇，從提高P的收率著眼適宜選用D

A.間歇釜式反應器，A和B一次性加入；B.全混流反應器；

C.半間歇釜式反應器，A一次性加入，B連續(xù)滴加；

D.半間歇釜式反應器，B一次性加入，A連續(xù)滴加。

24、乙苯在催化劑上脫氫生成苯乙烯，經一段時間反應后，苯乙烯生成量不再增加，乙苯仍大

量存在，表明這是一個B反應。

A.慢速B.可逆C.自催化D.不可逆

25、等溫恒容下進行各步均為一級不可逆串聯(lián)反應APS若保持相同的轉化

率XA,調節(jié)反應溫度使k2/ki降低，則P的收率將A

A.增大B.減小C.不變D.先增后減

26、在全混流反應器中，反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比為

A.空時TB.反應時間tC.停留時間tD.平均停留時間

27、階躍示蹤法測定停留時間分布對應曲線為_B.

A.E(t)曲線B.F(t)曲線C.I(t)曲線D.y(t)曲線

28、氣固催化反應的內擴散模數(shù)，其中L為特征長度，若顆粒為球形則L=D。

A.厚度/2B.RC.R/2D.R/3

29、對于反應級數(shù)n>0的不可逆等溫反應，為降低反應器容積，應選用_A。

A.平推流反應器B.全混流反應器

C.循環(huán)操作的平推流反應器D.全混流串接平推流反應器

二、填空題

1、化學反應工程是一門研究化學反應的工程問題的科學。

2、化學反應速率式為如用濃度表示的速率常數(shù)為七,用壓力表示的速率常

數(shù)辱，則KC=(RT)8仍K，

____?的)

A,

3、平行反應s(,±)均為一級不可逆反應，若E去>E剛，選擇性Sp與濃度無關,

僅是溫度的函數(shù)。

4、對于反應級數(shù)n>0的反應，為降低反應器容積，應選用平推流反應器為宜。

5、對于恒容的平推流管式反應器平均停留時間、反應時間、空時一致。

6、若流體是分子尺度作為獨立運動單元來進行混合，這種流體稱為_微凝體一。

7、流體的混合程度常用調勻度S、流體的混合態(tài)來描述。

8、催化劑在使用過程中,可能因晶體結構變化、融合等導致表面積減少造成的一物理失活,

也可能由于化學物質造成的中毒或物料發(fā)生分解而造成的一化鰲生活。

9、對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當微孔孔徑在約_0.lum一時,分子與孔壁的碰撞

為擴散阻力的主要因素，這種擴散稱為努森擴散。

10、絕熱床反應器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當作平推流處理,只考慮流體流動方向上

有溫度和濃度的變化，因此一般可用擬均相一維模型來計算。

11、對于可逆的放熱反應，存在著使反應速率最大的最優(yōu)溫度％，和平衡溫度T”,二者的關

Teq-T＜）mR

系為Teq,Topi￡2-E]嗤

12、描述流化床的氣泡兩相模型，以°。的氣速進入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流

化速度Umf通過，而其余部分U。一U，”則全部以氣泡的形式通過。

13、描述流化床的數(shù)學模型，對于氣、乳兩相的流動模式一般認為_氣_超為平推流，而對—

國「相則有種種不同的流型。

14、石相反應過程是指同時存在兩個或更多相態(tài)的反應系統(tǒng)所進行的反應過程。

15、三傳一反是化學反應工程加贏

16、不論是設計、放大或控制，都需要對研究對象作出定量的描述，也就要用數(shù)學式來表達個

參數(shù)間的關系，簡稱一數(shù)學模型一

17、一級連串反應AS在平推流反應器中，則目的產物P的最大濃度

In（aIk\）

ki-kx）

_耿0一

XK~

18、著眼反應組分K的轉化率的定義式為_"K。

Ki

19、一級連串反應A——AP—^S在間歇式全混流反應器中，則目的產物P的最大濃度

（,、伙2，（依/）】..

||^|||ln（3/一）

Cp.inax

、'。小_o（七J、k2-k\）

20、化學反應速率式為-%=KCCCB;如用濃度表示的速率常數(shù)為Kc,用壓力表示的速率常

數(shù)儲，則氏=勺。

21、理想反應器是指全混流反應器、平推流反應器。

22、具有良好攪拌裝置的釜式反應器按全混流反應器誦,而管徑小，管子較長和流速較大

的管式反應器按平推流反應器處理。

23、全混流反應器穩(wěn)定的定常態(tài)操作點的判據(jù)為、

dT-------

24、平推流反應器的返混為一0_?

25、一個可逆的均相化學反應，如果正、逆兩向反應級數(shù)為未知時，采用一初始速聿法T法來求

反應級數(shù)。

26、分批式完全混合反應器操作的優(yōu)化分析是以平均生產速率最大、_生產經費最低.為目

標進行優(yōu)化的。

27、軸向分散模型的數(shù)學期望值______，方差_

28、測定氣-液相反應速率的方法與均相反應時不同之點是實驗時要排除氣相和液相中的—擴

散阻力一,使反應在動力學區(qū)域內進行。

29、在流化床中為了傳熱或控制氣-固相間的接觸,常在床內設置內部構件，但很少使用水平

構件，它對顆粒和氣體的上下流動起一定的阻滯作用，從而導致床內產生明顯的一溫度速_

度和一濃度一梯度。

30、對于雪畝系統(tǒng)的流化床反應器的粗顆粒系統(tǒng)，氣速超過起始流化速度后，就出現(xiàn)氣泡，

氣速愈高，氣泡的聚并及造成的擾動亦愈劇烈，使床層波動頻繁，這種流化床稱為一聚式逝

化床二

31、互用于描述氣-液兩相流相間傳質的模型有兩大類：一是按穩(wěn)態(tài)擴散來處理的一雙膜模型

一是按非穩(wěn)態(tài)擴散處理模型，如一溶質滲透模型和_表面更新模型一

32、在建立數(shù)學模型時，根據(jù)基礎資料建立物料衡算式的一般式為一輸入量=輸出量+反應量+

累積量一。

33、活化能的大小直接反映了一反應速率一對溫度的敏感程度。

34、生成主產物的反應稱為一主反應其它的均為一副反應

35、固定床中顆粒的體積相當直徑定義為具有相同體積Vp的球粒子直徑，表達式dv=_（6Vp/n）

1/3

----L_°

3、分析解答題

1、簡述等溫恒容平推流反應器空時、反應時間、停留時間三者關系？

空時是反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比。（①分）反應時間是反應

物料進入反應器后從實際發(fā)生反應的時刻起到反應達某一程度所需的反應時間。

（①分）停留時間是指反應物進入反應器的時刻算起到離開反應器內共停留了

多少時間。（①分）由于平推流反應器內物料不發(fā)生返混，具有相同的停留時間

且等于反應時間，恒容時的空時等于體積流速之比，所以三者相等。（②分）

2、簡述階躍示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應曲線？

階躍示蹤法是對于定常態(tài)的連續(xù)流動系統(tǒng)，（①分）在某瞬間t=0將流入系統(tǒng)的

流體切換為含有示蹤劑A且濃度為C，。的流體，（①分）同時保持系統(tǒng)內流動模

式不變，并在切換的同時，在出口處測出出口流體中示蹤劑A的濃度隨時間的變

F（t）=A

化。（①分）對應的曲線為F（t）,CAO。（②分）

3、簡述均相反應及其動力學的研究內容？

答：參與反應的各物質均處于同一個相內進行的化學反應稱為均相反應。均相

反應動力學是研究各種因素如溫度、催化劑、反應物組成和壓力等對反應速率、

反應產物分布的影響，并確定表達這些影響因素與反應速率之間定量關系的速

率方程。

4、對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度？

答：1）對于放熱反應，要使反應速率盡可能保持最大，必須隨轉化率的提高，

按最優(yōu)溫度曲線相應降低溫度；2）這是由于可逆放熱反應，由于逆反應速率

也隨反應溫度的提高而提高，凈反應速率出現(xiàn)一極大值；3）而溫度的進一步提

高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。

5、簡述氣-液反應的宏觀過程：A（g）+bB（1）—產物（1）?

1）反應物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達到氣液相平

衡；2）反應物氣相組分A從氣液相界面擴散入液相，并在液相內反應；3）液

相內的反應產物向濃度下降方向擴散，氣相產物則向界面擴散；4）氣相產物

向氣相主體擴散。

6、簡述固定床反應器的優(yōu)缺點？

1）催化劑在床層內不易磨損；2）床層內流體的流動接近于平推流，與返混式

反應器相比，用較少的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產能力；

3）固定床中的傳熱較差；4）催化劑的更換必須停產進行。

klR

A<^

rapu.其活化能為為；rs=K*A,其活化能為七，

當為>與時如何選擇操作溫度可以提高產物的收率?

答：對于平行反應

盡可能提高反應溫度，方可提高R的選擇性，提高R的收率

8、簡述氣固流化床反應器氣泡兩相模型的特點？

1）以Uo的氣速進入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流動速度Umf通過，而

其余部分以（Uo-Umf）則全部以氣泡的形式通過；2）床層從流化前的高度Lmf增

高到流化時的高度Lf,完全是由于氣泡的體積所造成；3）氣泡相為向上的平

推流，大小均一；4）反應完全在乳相中進行；5）氣泡與乳相間的交換量Q為

穿流量q與擴散量之和。

9、簡述雙膜理論？

該模型設想在氣-液兩相流的相界面處存在著呈滯流狀態(tài)的氣膜和液膜，而把氣

液兩相阻力集中在這兩個流體膜內，而假定氣相主體和液相主體內組成均一，

不存在傳質阻力。組分是通過在氣膜和液膜內的穩(wěn)定的分子擴散過程來進行傳

質的，通過氣膜傳遞到相界面的溶質組分瞬間的溶于液體且達到平衡。因此，

把復雜的相間傳質過程模擬成串聯(lián)的穩(wěn)定的雙膜分子擴散過程的疊加，相間傳

質總阻力等于傳質阻力的加和。

10、簡述理想反應器的種類？

通常所指的理想反應器有兩類：理想混合（完全混合）反應器和平推流（活塞

流或擠出流）反應器。所謂完全混合流反應器是指器內的反應流體瞬間達到完

全混合，器內物料與反應器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推流反應

器是指器內反應物料以相同的流速和一致的方向進行移動，不存在不同停留時

間的物料的混合，所有的物料在器內具有相同的停留時間。

11、簡述氣固流化床反應器鼓泡床模型的特點？

答：假定床頂出氣組成完全可用氣泡中的組成代表，而不必計及乳相中的情況，

對氣泡的組成進行計算便可以達到反應的轉化率

12、簡述理想反應器的種類。

答：通常所指的理想反應器有兩類：理想混合(完全混合)反應器和平推流

(活塞流或擠出流)反應器。所謂完全混合流反應器是指器內的反應流體瞬間

達到完全混合，器內物料與反應器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推

流反應器是指器內反應物料以相同的流速和一致的方向進行移動，不存在不同

停留時間的物料的混合，所有的物料在器內具有相同的停留時間

化學反應工程期末試題

I.填空題

1.(1)

化學反應工程是一門研究的科學。

2.(1)

化學反應速率式為一以=心旅￡如用濃度表示的速率常數(shù)為七,用壓力表示的速率常數(shù)

Kp,則&二七。

3.(2)

A

平行反應'''"Sa)均為一級不可逆反應，若￡圭〉E副，選擇性p與無關，僅是

S

一的函數(shù)。

4.(1)

對于反應級數(shù)n>0的反應，為降低反應器容積，應選用反應器為宜。

5.(3)

對于恒容的平推流管式反應器、、一致。

6.(1)

若流體是分子尺度作為獨立運動單元來進行混合，這種流體稱為。

7.(2)

流體的混合程度常用_______、_______來描述。

8.(2)

催化劑在使用過程中，可能因晶體結構變化、融合等導致表面積減少造成的失活，也

可能由于化學物質造成的中毒或物料發(fā)生分解而造成的失活。

9.(1)

對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當微孔孔徑在約______時，分子與孔壁的碰撞為擴

散阻力的主要因素。

10.(1)

絕熱床反應器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當作平推流處理，只考慮流體流動方向上有溫

度和濃度的變化，因此一般可用模型來計算。

11.⑴

對于可逆的放熱反應，存在著使反應速率最大的最優(yōu)溫度和平衡溫度二者的關系為

12.(1)

描述流化床的氣泡兩相模型，以°。的氣速進入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流化速

度0時通過，而其余部分則全部以氣泡的形式通過。

13.(2)

描述流化床的數(shù)學模型，對于氣、乳兩相的流動模式一般認為相為平推流，而對

相則有種種不同的流型。

14.(1)

多相反應過程是指同時存在相態(tài)的反應系統(tǒng)所進行的反應過程。

II.單項選擇

1.⑵

一級連串反應AP-S在全混流釜式反應器中進行，使目的產物P濃度最大時的最優(yōu)空時

Topt-

_____o

In(扁/&)1

A.&-KB.電_K|C.八七D.鄧段

2.(2)

全混流反應器的容積效率n小于l.o時，且隨著的增大而減小，此時該反應的反應級數(shù)

n

A.<0B.=0C.20D.>0

3.(2)

當反應級數(shù)n______時，微觀流體具有比宏觀流體高的出口轉化率。

A.=0B.=1C.>1D.<1

4.(2)

軸向分散模型的物料衡算方程的初始條件和邊界條件與______無關。

A.示蹤劑的種類B.示蹤劑的輸入方式C.管內的流動狀態(tài)D.檢測位置

5.(2)

對于氣-液相反應幾乎全部在液相中進行的極慢反應，為提高反應速率，應選用裝置。

A.填料塔B.噴灑塔C.鼓泡塔D.攪拌釜

6.(2)

-組=kdC”，

催化劑在使用過程中會逐漸失活，其失活速率式為dtY,當平行失活對反應物有

強內擴散阻力時，d為。

A.?=0B.=1C.f3D.心1

7.(2)

不屬于氣固相催化反應固定床反應器擬均相二維模型的特點是一一。

A.粒子與流體間有溫度差B.粒子與流體間無溫度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層軸向有溫度梯度

8.(2)

不屬于氣固相催化反應固定床反應器擬均相二維模型的特點是。

A.粒子與流體間有濃度差B.粒子與流體間無濃度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層徑向有濃度梯度

9.(2)

下列哪一項不屬于流化床反應器按深度而分的第II級模型的特點______.

A.各參數(shù)均為恒值B.參數(shù)值不隨床高而變

C.參數(shù)值與氣泡大小無關D.參數(shù)值與氣泡大小有關

10.(2)

流化床反應器中的操作氣速°。是根據(jù)具體情況定的，一般取流化數(shù)在范圍內。

A.0.1-0.4B.1.5-10C.10-15D.0.4~1.

HI.簡答題

1.⑸

簡述等溫恒容平推流反應器空時、反應時間、停留時間三者關系？

2.(5)

簡述階躍示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應曲線？

3.(5)

簡述氣-液反應的宏觀過程：A(g)+bB(1)-產物(1)?

4.(5)

簡述固定床反應器的優(yōu)缺點？

5.(5)

簡述氣固流化床反應器氣泡兩相模型的特點？

6.(5)

簡述雙膜理論？

IV.計算題

1.(10)

醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水，而副反應生成甲烷和二氧化碳：

CHyCOOH―>CH2=CO+H2OCH3coOH」->CH,+CO2

已知在916℃時左=4.65s,3=3.74s二試計算:

1)99%的醋酸反應掉的時間；(6分)

2)在此反應條件下醋酸轉化成乙烯酮的選擇性。(4分)

2.(10)

有一級不可逆反應A-P,在85℃時反應速率常數(shù)為3.45hT,今擬在一個容積為lOm；；的釜式反應

器中進行，若最終轉化率為心=。95,設該反應的處理量為1.82m3/h,今若改用兩個容積相

等的串聯(lián)釜操作，求反應器的總容積？

3.(10)

(A)(P)(S)

c6H6c6H5clC6W4C/2

一些％_=k]CA-kiCp

反應速度dt,dt,在恒溫恒容下求等容積的兩釜串聯(lián)全混流

反應器內進行這一反應時，求目的產物P的選擇性Sp,其中自=10(力4,自=0.5(〃)

V/%=r=1(，2)，Cp()=Cso=0C4o=Imol/1°

4.(10)

22

有一個反應器測其方差=U2.5min,7=15min,如果這個反應器可以用等體積多釜串聯(lián)

模型來描述，并在這個反應器中進行液相反應A+B-2R,已知一

CAO=Cm=\2molHfk=\Umol-mm,求反應器的出口轉化率？

5.(5)

2

用多級全混流串聯(lián)模型來模擬一管式反應裝置中的脈沖實驗，己知=8.971,

r2=6.187,左=O.15求

1)推算模型參數(shù)N；(3分)

2)推算一級不可逆等溫反應的出口轉化率。(2分)

化學反應工程期末復習題答案

(1

1.⑴

化學反應的工程問題

2.(1)

(RT)/，

3.(2)

濃度、溫度

4.(1)

平推流

5.(3)

平均停留時間、反應時間、空時

6.(1)

微觀流體

7.(2)

調勻度S、流體的混合態(tài)

8.(2)

物理、化學

9.(1)

0.lum

10.(1)

擬均相一維

11.⑴

Tea-RE

In2

Teq-T?ptE?-EiEI

12.(1)

Uo-Umf

13.⑵

氣、乳

14.(1)

兩個或更多

1.(2)

D

2.(2)

D

3.(2)

D

4.(2)

c

5.（2）

C

6.（2）

C

7.（2）

A

8.（2）

A

9.（2）

C

10.（2）

B

1X5）

空時是反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比。（①分）反應時間是反應物料進入反應

器后從實際發(fā)生反應的時刻起到反應達某一程度所需的反應時間。（①分）停留時間是指反應

物進入反應器的時刻算起到離開反應器內共停留了多少時間。（①分）由于平推流反應器內物

料不發(fā)生返混，具有相同的停留時間且等于反應時間，恒容時的空時等于體積流速之比，所以

三者相等。（②分）

2.（5）

階躍示蹤法是對于定常態(tài)的連續(xù)流動系統(tǒng)，（①分）在某瞬間t=0將流入系統(tǒng)的流體切換為含有

示蹤劑A且濃度CA。的流體，（①分）同時保持系統(tǒng)內流動模式不變，并在切換的同時，在出

為

口處測出出口流體中示蹤劑A的濃度隨時間的變化。（①分）對應的曲線為F（t）,

尸（。=Ca

冊,（酬）

3.（5）

1）反應物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達到氣液相平衡；②分

2）反應物氣相組分A從氣液相界面擴散入液相，并在液相內反應：①分

3）液相內的反應產物向濃度下降方向擴散，氣相產物則向界面擴散；①分

4）氣相產物向氣相主體擴散。①分

4.（5）

凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。（①分）

1）催化劑在床層內不易磨損；（①分）

2）床層內流體的流動接近于平推流，與返混式反應器相比，用較少的催化劑和較小的反應器

容積來獲得較大的生產能力；（①分）

3）固定床中的傳熱較差；（①分）

4）催化劑的更換必須停產進行。（①分）

5.(5)

1）以Uo的氣速進入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流動速度Umf通過，而其余部分以

（UO-UM）則全部以氣泡的形式通過；①分

2）床層從流化前的高度增高到流化時的高度Lf,完全是由于氣泡的體積所造成；①分

3）氣泡相為向上的平推流，大小均一；①分

4）反應完全在乳相中進行；①分

5）氣泡與乳相間的交換量Q為穿流量q與擴散量之和。①分

6.（5）

該模型設想在氣-液兩相流的相界面處存在著呈滯流狀態(tài)的氣膜和液膜，（①分）而把氣液兩相

阻力集中在這兩個流體膜內，而假定氣相主體和液相主體內組成均一，不存在傳質阻力（①分）

o組分是通過在氣膜和液膜內的穩(wěn)定的分子擴散過程來進行傳質的，通過氣膜傳遞到相界面的

溶質組分瞬間的溶于液體且達到平衡（①分）。因此，把復雜的相間傳質過程模擬成串聯(lián)的穩(wěn)

定的雙膜分子擴散過程的疊加（①分），相間傳質總阻力等于傳質阻力的加和（①分）。

1.（10）

解：設在時間t時乙烯酮和甲烷的濃度分別為x和y,初始Cw,則

為

令….y)

①分

①分

d(x+y)

—(k\+=)(以)—x—y)

相加得dt①分

d（x+y）=的+%2）力

將其積分CA°_（x+y）

Cao

In=(^,+k2)t

CAO-(1+y)②分

1)當轉化率為99%時

()

x+y=0.99CA①分

1In1=().549s

4.65+3.741-0.99①分

Sp=-

2）瞬時選擇性為dy①分

E_k、_4.65

k2374

積分得＞-②分

s=^=55.4%

y①分

2.(10)

解：由于兩等體積釜串聯(lián)，則

T\=72①分

CAN

(1+八)”

②分

(1+3q

?

..CA2①分

.=C津-C&=1一心=0.95

而CAQCAO②分

即(1+k^i)2=20n巾=1.006/?

①分

Ti——nV,=T/Vo=1.006x1.82=1.83m3

由Vo②分

3

反應器的總容積為V=2匕=3.66m①分

3.(10)

解：等容積釜串聯(lián)應有7=0+二為=72=1/27=°.5力①分

對第二個全混流反應器作物料衡算

%(。川一。42)=Z1CA2v2

①分

CAI_CAO

CA2

I+&1Z2(1+K\)2

K]=k\z\-k\TI=0.5①分

對于％(CAI—C42)=V2(%iC42+k2cp2)①分

P:

+W)+(l+K)(1+()，

八1LAOAJUAO

2

K2—=025②分

Co-1-0444mo//Z

"(1+0.5)2

①分

0.5,0.5

2

(1+0.5)(1+0.25)(1+0.5)(1+0.25)①分

...CS2=1-(0.444+0.391)=0.165mol/l①分

金0.391c*

C0.165

S2①分

4.(10)

=巨=112^

&=05

解：