天津大学高等教育自学考试过程性考核答案.doc

过程性考核(一) 答案一、 填空题（每题4分，共20分）1. 化学反应工程是化学工程学科的一个分支，其内容可概括为两个方面，它们是: 化学反应动力学 和 反应器设计与分析 。2. 某化学反应，测得该反应的活化能为50kJ/mol，在反应物料组成相同的情况下，则反应温度为80的反应速率是反应温度为50的反应速率的 4.866 倍。3. 某液相平行反应 ，若A为关键组分，P为目的产物，则瞬时选择性的表达式S=。4. 反应器的类型繁多，按反应器的结构原理的特点划分可分为 釜式反应器、管式反应、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器 等类型。（写出不少于4中类型）5. 某液相反应进行的过程中，当关键组分A的转化率到达95%，目的产物的收率达到94%时，则该反应的选择性为 0.989 。二、 选择题（每题4分，共20分）6. 可逆吸热反应，反应速率将随温度的提高而将（ A ）。A. 提高 B. 降低 C. 不变 D. 也可能提高，也可能下降7. 平衡转化率随温度提高而下降的是（ B ）。A. 可逆吸热反应 B. 可逆放热反应 C. 可逆反应 D. 任何化学反应8. 以下关于理想吸附模型的叙述正确的是（ABD ）。A. 理想吸附属单分子层吸附B. 吸附表面在能量上是均一的C. 吸附分子间作用力为范德华力D. 被吸附分子间的作用力可以忽略9. 某化学反应 ，以组分A表示的反应的速率为：，则以B表示的反应速率表达式为（ C ）A.B.C.D.10. 以下有关幂函数形式的反应速率方程的叙述正确的是（AC ）。A. 反应速率常数是所有反应物的浓度均为1时的反应速率B. 反应速率常数是无因次量C. 反应速率常数与温度的关系不呈线性关系D. 反应速率常数的因次只与速率方程的形式有关三、 判断改错题（每题5分，共20分）1. 任何化学反应，对于同一状态，无论按哪一种反应物来计算转化率，其数值都是相同的。（ X ）改为：对于同一状态，当反应物符合化学计量关系，无论按哪一种反应物来计算转化率，其数值都是相同的。2. 气固相催化反应是以物理吸附为主要特征。（ X ）改为：气固相催化反应是以化学吸附为主要特征。3. 化学反应体积即为反应器体积。（ X ）改为：化学反应体积是确定反应器体积的基础，反应器体积通常不等于反应体积。4. 可逆反应的正反应活化能高于逆反应活化能时，该反应为放热反应。（ X ）改为：可逆反应的正反应活化能高于逆反应活化能时，该反应为吸热反应四、 计算题（每题20分，共40分）1. 在某固体催化剂上进行气相催化反应 。反应步骤如下若表面反应为速率控制步骤，试推导动力学方程。并简要说明动力学方程中哪些为动力学参数。解：过程略动力学方程为其中，；动力学参数为： 等。2. 用乙炔和氯化氢在氯化汞催化剂作用下合成氯乙烯单体。该反应方程式为由乙炔和氯化氢组成的原料混合气中氯化氢过量12%。若以乙炔为关键组分，当乙炔的转化率达到98%时，试计算：（1）该过程是否能按恒容过程处理；（2）反应器出口的气体组成； （3）氯化氢的转化率。解:(1) 不能按恒容过程处理。此过程为一连续气相反应过程，虽为等温，但反应前后摩尔数不等，即膨胀因子不为0.(2) 若用A表示乙炔，B表示氯化氢，P表示氯乙烯以1mol的A为基准 (3) 氯化氢的转化率为过程性考核（二）答案一、 填空题1. 活塞流的基本假定是： （1）径向流速分布均匀；（2）径向混合达到最大；（3）无轴向返混 。2. 在间歇釜式反应器中等温进行某一级不可逆反应，A转化率达到40%所需的反应时间是25min。若反应条件完全相同，反应时间延长至60min，A的转化率将达到 0.7065 。3. 在连续流动反应器中进行某液相平行反应 （1） （2）若R为目的产物， E1和E2分别表示反应（1）（2）的活化能，若，则提高反应温度，P的选择性将 下降 （上升、下降、不变）。4. 相同温度条件下，在两个等体积的串联连续釜式反应器中进行某一级不可逆。第二个反应器的出口转化率为0.9375。若在一个连续釜式反应器中进行此反应，保持总反应体积、温度、原料处理量等条件不变，则所能获得的A的转化率为 0.75 。二、 选择题5. 在某间歇釜式反应器中进行液相反应。以下可作为提高A的转化率的措施的是（AC ）A. 提高反应温度B. 增加反应器体积C. 延长反应时间D. 提高反应物浓度6. 以下关于间歇釜式反应器的叙述正确的是（B ）A. 在间歇釜式反应器中进行的反应过程均为恒容过程B. 间歇反应体系为封闭反应体系C. 延长反应时间，可提高目的产物收率D. 达到一定转化率所需反应体积器的大小与辅助操作时间无关7. 在活塞流反应器中进行可逆放热反应，可采用的最佳温度序列是（B ）A. 从反应器的进口至出口温度逐渐升高B. 从反应器的进口至出口温度逐渐降低C. 等温操作D. 在较高进口温度条件下绝热操作8. 以下关于连续釜式反应的叙述正确的是（AB ）A. 连续釜式反应器中无浓度梯度B. 连续釜式反应器中无温度梯度C. 绝热操作过程为变温过程D. 所有物料粒子在反应器中均具有相同的停留时间三、 判断正误并说明理由（每题6分，共18分）9. 对于连续操作的反应器，可用空时表示反应时间的长短。（ X ）说明：空时长短表明反应器物料处理能力。10. 在连续釜式反应器操作过程中，适当提高搅拌转速可以提高反应组分的转化程度。（ X ）说明：连续釜式反应器流动呈全混流，即整个反应釜内温度、浓度均一，反应器内宏观混合已达最大。微观混合状态对反应的影响，与具体的反应动力学规律有关。11. 在相同的反应条件下，达到相同关键组分的转化率，活塞流反应器所需的空时小于连续釜式反应器。（ X ）说明：所需空时大小于反应动力学规律有关。对于具有正常反应动力学反应过程上述结论成立。四、 计算题12. 在连续釜式反应器中进行下列液相反应和分别表示产物D和R的生成速率。反应用的原料为A和B的混合液，其中A的浓度为2kmol/m3。计算：（1） A的转化率达到95%时，所需的空时；（2） A的转化率达到95%时，D的收率。解：（1） 当A的转化率达到95%时，体系中A组分的浓度为： 所需空时(2) D的收率 13. 在活塞流反应器中进行等温气相反应 反应速率方程为 其中，的单位为Pa。原料为A与惰性气体B的混合气，其中A的摩尔分数为8%，操作压力为0.101MPa，操作温度为873K。若原料气的处理量为，试计算：（1）当A的转化率达到30%时，所需的反应体积；（2）反应器出口的气体组成。解: 该过程为变容过程 过程性考核（三）答案一、 填空题（每题6分，共30分）1. 根据示踪剂加入方法不同，停留时间分布实验测定方法分为： 脉冲法、阶跃法和周期输入法 。2. 若以表示无因次对比时间，表示闭式流动反应器的停留时间分布函数与分布密度，则对于活塞流反应器 1 ; 0 ; 0 。3. 多釜串联模型的模型参数是 N ，此模型参数越大表明返混程度越 小 。此模型参数与无因次方差的关系是 N=1/ 。4. 在固体催化剂上进行某平行反应 ，在反应温度下。若颗粒外表面与气相主体温度相同，则存在外扩散影响时，与无外扩散影响相比，目的产物P的瞬时选择性将 增加 。5. 在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应 。若分别以 表示反应物A在气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处浓度以及平衡浓度。当处于外扩散控制时，各浓度的相对大小为 。二、 选择题（每题5分，共30分）6. 下述原因中可能导致非理想流动现象产生的是（ ACD ）A. 滞留区的存在B. 流体的微观混合C. 循环流动D. 存在沟流或短路7. 根据对反应器进行停留时间分布实验测定的结果，以下不属于理想反应器的是（ D ）A.B.C.D.8. 以下关于彼可列准数Pe的相关叙述正确的是（B ）A. 表示极限反应速率与极限传质速率的相对大小B. 表示对流流动和扩散传递的相对大小C. Pe越大表明返混影响越严重D. Pe与固体颗粒床层结构有关9. 以下关于微观混合对反应的影响叙述正确的是（ AB ）A. 微观混合对一级反应的反应速率无影响B. 微观混合对活塞流反应器的工况无影响C. 微观混合对全混流反应器的工况无影响D. 微观混合对反应器的影响与返混影响程度无关10. 消除内扩散影响的措施是（ B ）A. 提高气体的质量流速B. 减小催化剂的颗粒粒度C. 提高温度D. 减小催化剂颗粒直径与床层直径之比11. 床层孔隙率是表征固定床结构的主要参数。床层孔隙率与下列哪些因素有关（ ACD ）A. 颗粒的形状、固体颗粒的粒度分布B. 颗粒的孔隙结构C. 颗粒直径与床层直径之比D. 颗粒的充填方法三、 计算题（每题20分，共40分）12. 对某连续流动反应器进行停留时间分布的实验测定，得到离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系为问：（1） 采用何种方法进行停留时间分布实验测定？（2） 停留时间小于1.5min的物料所占的分率（3） 该反应器是为理想反应器？说明理由（4） 若在该反应器中进行微观流体的一级不可逆反应，其反应速率常数为1min-1，则反应器出口物料的浓度为多少？解：（1）采用升阶法进行停留时间分布实验测定（2）停留时间小于1.5min的物料所占的分率为：（3）该反应器不是理想反应器。（4）采用多釜串联模型计算13. 在固定床反应器中，于0.101MPa，500下进行某气固相催化反应，采用直径5mm的球形催化剂。此催化剂的物理性质：比表面110m2/g，孔容0.36cm3/g，颗粒密度1.1g/cm3，曲节因子3.3。在上述反应条件下该反应可按一级不可逆反应处理，本征反应速率常数为0.95cm3/(g.s)。在忽略外扩散阻力条件下，计算：（1） 内扩散有效因子（2） 在相同的操作条件下，若改用直径为3mm的球形催化剂，是否能增产？增产幅度有多大？假定催化剂的物理性质均不随颗粒大小而改变。解： 若将催化剂直径降低至3mm，可以增产。增产量是采用直径为5mm催化剂的1.39倍。过程性考核（四）答案一填空题（本大题共9小题，每小题4分，共36分） 1. 反应器设计最基本的内容是: 选择合适的反应器型式 选择合适的操作条件 和 确定反应器体积 。2. 某化学反应，测得该反应的活化能为45.94 kJ/mol，频率因子为。当反应温度为45的该反应的反应速率常数为 0.512 s-1。3. 某液相复合反应 ，若A为关键组分，P为目的产物，则组分P的生成速率的表达式为= 。4. 停留时间分布函数的物理意义为 停留时间小于t的流体粒子所占分率 。5. 连续流动釜式反应器定态操作稳定的必要条件是 。6. 在间歇釜式反应器中，等温下进行液相2级反应。反应动力学方程为：。若组分A起始反应浓度为。当A的转化率达到时，所需的反应时间为 h。7. 一级不可逆反应的丹克莱准数Da表达式为 。外扩散有效因子随Da的增加而 降低 。8. 某等温闭式液相反应器中停留时间分布密度函数,平均停留时间为 0.5 min 。9. 采用脉冲法进行停留时间分布实验测定，停留时间分布密度E(t)与示踪剂浓度C(t)的关系式为 ： 。二选择题10. 采用多个连续釜式反应器组合操作进行一级不可逆反应，达到一定转化率。若使所需的总反应体积 最小，应采用的方式（ C ）A. 采用不同体积反应器串联，反应釜体积依次增大B. 采用不同体积反应器串联，反应釜体积依次减小C. 采用等体积反应器串联D. 采用等体积反应器并联11. 某基元反应，该反应的反应级数为（ D ）A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 1.512. 在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应 。若分别以 表示反应物A在气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处浓度以及平衡浓度。当各浓度的相对大小为，该过程属于（ B ）A. 外扩散控制B. 内扩散控制C. 化学反应控制D. 内外扩散均有影响13. 某流动反应器停留时间分布实验测定的结果：。则该反应器为（ BC ）A. 活塞流反应器 B. 全混流反应器C. 理想反应器 D. 非理想反应器三判断改错题14. 化学反应器的控制容积应等于反应体积。（ ） 改为：釜式反应器可取整个反应体积为控制容积15. 减小催化剂颗粒粒度是消除外扩散影响的有效措施。（ ）改为：减小催化剂颗粒粒度是消除内扩散影响的有效措施。或 提高流体的质量流速是消除外扩散影响的有效措施16. 绝热操作的连续釜式反应器反应温度应高于反应器进口温度。（ ） 改为：绝热操作的连续釜式反应器，若反应为放热反应，则反应温度应高于反应器进口温度。四计算题17在反应体积为1.5m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成1,2-丙二醇：该反应对环氧丙烷为1级，反应温度下的反应速率常数为0.98h-1，原料中环氧丙烷的浓度为2kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率90%。（1） 若反应在间歇釜式反应器中进行，辅助时间为0.65h，则1,2-丙二醇的产量是多少？（2） 若反应在连续釜式反应器中进行，其他条件不变，则1,2-丙二醇的产量是多少？解： 该反应的动力学方程为(1) 在间歇反应器中，转化率达到90%所需的反应时间为：在间歇釜式反应器中，每批次物料操作时间为则环氧丙烷的产量为(2) 若在连续釜式反应器中，转化率达到90%所需的空时为 则环氧丙烷的产量为1