中北大学化学反应工程试题(10-11)

1、中 北 大 学 化学反应工程 课程考试 试题 （课程名称须与教学任务书相同）2010/2011 学年 第 2 学期试题类别 A 命题期望值 80 拟题日期 2011-5-11 拟题教师 （签字 ） 课程编号 02042109 教师编号 1040030 基层教学组织负责人 课程结束时间 2011-5-11 印刷份数 使用班级 08040341 08040342 08040343 备注：（1）试题要求用B5纸由计算机打印，并将其电子稿于课程结束后上传至考务管理系统内。 （2）试题类别指A卷或B卷。 （3）试题印制手续命题教师到院教务科办理。02010-2011学年第二学期末考试试题（A卷） 化学反

2、应工程 使用班级： 08040341 08040342 08040343 总分得分一、选择题（30分，每题1.5分）1、“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的“一反”是指 （ D ）。A化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学2、对于反应， 则= _A_ 。 A. ， B. ， C. , D. 3、气相反应A + B 3P + S 进料时无惰性气体，A与B 以11 摩尔比进料，则膨胀因子=（ ）A. 2 B. 1 C. 1 D. 24、气相反应2A + B 3P + S 进料时无惰性气体，A与B 以21 摩尔比进料，则膨胀率=（ ）A. 1 B. 1/2 C. 1/3

3、 D.4/35、反应，反应速率常数，则反应级数n=（ ）A. 0 B. 1 C. 2 D. 36、串联反应A P（目的）R + S，目的产物P的得率XP =（ ）。A. B. C. D.7、分批式操作的间歇反应器非生产性时间不包括下列哪一项（ ）。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8、对于反应级数n0 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9、对于单一反应组分的平行反应 ，其瞬间收率 随CA 增大而单调下降，则最适合的反应器为( )。A. 平推流反应

4、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10、全混流反应器的无因次时间分布函数和分布密度函数是 ( )A.,； B.,；C.,；D.，。11、某平行反应,其中反应1为二级反应，反应2为一级反应，反应活化能， P为目的产物，该反应的温度和反应物浓度如何选择？( )A. 高的进料浓度高的反应温度； B. 高的进料浓度低的反应温度；C. 低的进料浓度高的反应温度； D. 低的进料浓度低的反应温度。12、全混流反应器稳态操作点满足的基本条件是 ( )A ，； B ，；C ,；D，13、 气-液反应过程包括以下那些步骤:( ，)A 气体向气液界面的扩散；B 液体反应

5、物向气液界面的扩散；C 气液界面处气体的溶解；D 溶解气体在界面以及液相内的化学反应。14、等温催化剂的效率因子 为催化剂粒子的（ ）与催化剂内部的浓度和温度与其外表面上的相等时的反应速率之比。A.外扩散速率 B. 实际反应速率 C. 内扩散速率 D. 表观反应速率15、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. 416、全混流流动的E（t）曲线的无因次方差=（ ）。 A. 0 B. 01 C. 1 D. 117、脉冲示踪法测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18、对于气液相反应几

6、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19、骨架Ni 催化剂的制备是将Ni 与Al 按比例混合熔炼，制成合金，粉碎以后再用苛性钠溶液溶去合金中的Al 而形成骨架，这种制备方法是（）。A. 溶蚀法 B. 热熔法 C. 沉淀法 D. 混合法20、对于一级反应，催化剂颗粒的无因次西勒模数 值的大小反映了表面反应速率与（）之比。A. 扩散速率 B. 外扩散速率 C. 内扩散速率 D. 实际反应速率得分二、间答题(20分，每题5分)1、气-固催化反应一般包括那些步骤？2、停留时间分布密度函数E(t)布函数F(t)的意义。3、

7、简述常用理想反应器的种类和特点。4、简述表征催化剂颗粒特征的基本参数粒径的表示方法。得分三、证明题(20分)串联反应，其中为目标产物，各反应均为一级不可逆反应，反应在等温全混流反应器中进行，开始时只有反应物A，证明最大产物P浓度为。得分四、计算题(30分，每题10分）1、平行反应 ，其中，已知CP0=0， ，求在全混流以及平推流反应器中的CP,max 。（瞬时选择性）2、某一级不可逆反应在平推流反应器中进行，在150等温下反应，出口转化率为0.6。现改为等体积的全混流反应器中进行，料液流率以及初浓度都不变，要求转化率达到0.7，问此时全混流反应器在什么温度下操作？（反应活化能）3、有一反应器被

8、用于某一级反应，对该反应器进行脉冲法示踪应答试验，在进口处加入函数，示踪物在出口处的响应为：t/s1020304050607080C(t)03554210已知该反应在全混流釜中进行时，在相同下，用多釜串联模型求本反应器所能获得的转化率。中 北 大 学试题答案及评分标准 化学反应工程 课程（课程名称须与教学任务书相同）2010/2011 学年 第 2 学期试题类别 A 拟题日期 2011-5-11 拟题教师 柳来栓 课程编号 02042109 教师编号 1040030 使用班级 08040341 08040342 08040343 备注：试题答案要求按指定规格计算机打印，并将电子稿上传至考务管理

9、系统。 2010/2011学年第2学期期末考试试题答案及评分标准（A卷） 课程名称：化学反应工程使用班级： 08040341、 08040342、 08040343 一、选择题（30分，每题1.5分）1、 D； 2、 A；3、 D；4、 C；5、B；6、A；7、B；8、B；9、A；10、D； 11、B；12、B；13、A、B、C、D；14、B；15、B；16、C；17、A；18、C；19、A；20、C。二、简答题(20分，每题5分)1、气-固催化反应一般包括那些步骤？答：气体分子由气相主体向催化剂表面的外扩散；气体分子由催化剂表面向催化剂内孔的内扩散；（1分）气体分子在固体催化剂上形成吸附态；

10、（1分）吸附态络合物之间进行表面反应；产物从催化剂表面的脱附；（1分）产物气体分子由催化剂内孔向表面的内扩散；（1分）产物气体分子由催化剂表面向气相主体的外扩散。（1分）、停留时间分布密度函数E（t）和停留时间分布函数F（t）的含义。答：停留时间分布密度函数E（t）：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t到t+dt之间的流体的质点所占的分率为E（t）dt。 。 (3分)停留时间分布函数F（t）：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F（t）。 （2

11、分）、简述常用理想反应器的种类和特点。答：常用的理想反应器有间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器。（1分）间歇反应器特点：反应器中各处的物料温度、浓度都相同；无返混现象；出料组成与反应器内物料的最终组成相同。 （1分）平推流反应器特点：反应器内没有物料的返混；在垂直于流动方向上的同一截面，不同径向位置的流体特性（组成、温度等）是一致的；在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。（2分）全混流反应器特点：物料在反应器内充分返混；反应器内各处物料参数均一；反应器的出口组成与器内物料组成相同；连续、稳定流动，是一定态过程。（1分）4、简述表征催化剂颗粒特征的基本参数粒径的表示方法

12、。答：固定床中粒径的表示方法常用的有三种。 （2分）颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积 的球粒子直径，表达式； （1分）颗粒的面积相当直径是以外表面相同的球形粒子的直径，表达式 ； （1分）颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面的球形粒子直径来表示，表达式。 （1分）三、证明题(20分)证明： 对反应物A作物料衡算： (2分) （3分）对中间产物P作物料衡算： （2分） （2分） （3分）上式对求导，使其为零，可得主产物P浓度： （5分） （3分）四、计算题(30分，每题10分）1、平行反应 ，其中，已知CP0=0， ，求在全混流以及平推流反应器中的CP,max 。（瞬时选择性）解：目标产物的

13、收率 （2分）在全混流反应器中 （2分）当时，为最大 （1分）， （1分）在平推流反应器中 （2分）当， （2分）、某一级不可逆反应在平推流反应器中进行，在150等温下反应，出口转化率为0.6。现改为等体积德全混流反应器中进行，料液流率以及初浓度都不变，要求转化率达到0.7，问此时全混流反应器在什么温度下操作？（反应活化能） 解：在PFT中，反应器体积为： （1） （2分） (2) （2分）在CSTR中，反应器体积为 （3） （2分） (4) （1分）(2)式÷(4)时得， （5） （1分）由Arrhenius公式知， （6） （1分）解出 （1分）3、有一反应器被用于某一级反应，对

14、该反应器进行脉冲法示踪应答试验，在进口处加入函数，示踪物在出口处的响应为：t/s1020304050607080C(t)03554210已知该反应在全混流釜中进行时，在相同下，用多釜串联模型求本反应器所能获得的转化率。解： （2分）t/s1020304050607080C(t)03554210E(t)00.0150.0250.0250.020.010.005tE(t)00.30.75110.60.3500622.540503624.50 (1分) （1分） （1分）全混流的设计方程 （1分）多釜串联模型参数 （2分） （1分） 中 北 大 学 化学反应工程 课程考试 试题 （课程名称须与教学任

15、务书相同）2010/2011 学年 第 2 学期试题类别 B 命题期望值 80 拟题日期 2011-5-11 拟题教师 课程编号 02042109 教师编号 1040030 基层教学组织负责人 课程结束时间 2011-5-11 印刷份数 使用班级 08040341 08040342 08040343 备注：（1）试题要求用B5纸由计算机打印，并将其电子稿于课程结束后上传至考务管理系统内。 （2）试题类别指A卷或B卷。 （3）试题印制手续命题教师到院教务科办理。132010-2011学年 第二学期末考试试题（B卷）化学反应工程使用班级：08040341 08040342 08040343总分得分

16、一、填空题（20分,每空1分）1、化学反应过程按操作方法分为 _ _ _、_ _ _、_ _操作。2、化学反应中，反应组分A的转化率的定义式为_ _ _。3、如果平行反应均为一级不可逆反应，若，提高选择性应_ _。4、催化剂的评价指标有 、 、机械强度、寿命和成本等；最常用的制备方法有 、 、 、凝胶法和溶蚀法等。5、膨胀率的定义式为 。 6、活塞流的无因次时间方差= 。7、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠 力结合的，而化学吸附是靠化学键力结合的。8、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是 分子层的吸附，而化学吸附是单分子层的吸附。9、对于流化床反应器，当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力

17、与粒子的_相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为带出速度。10、双膜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_，而把气、液两相阻力集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，不存在着传质阻力。11、将双膜理论应用于气液相反应过程，根据扩散与反应速率的相对大小的不同，可以把反应分成八类： 、 、二级快速反应、拟一级快速反应、二级中速反应、拟一级中速反应、二级慢速反应、极慢反应。12、在气液鼓泡搅拌装置中，气体以气泡方式通过液相主体，_是宏观流体，而_为微观流体。得分二、选择题（20分，每题2分）1、“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的“一反”是指 （ ）。A化

18、学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学2、 全混流反应器的无因次时间分布函数和分布密度函数是 ( )A.,； B.,；C.,；D.，。3、某平行反应,其中反应1为二级反应，反应2为一级反应，反应活化能， P为目的产物，该反应的温度和反应物浓度如何选择？( )A. 高的进料浓度高的反应温度； B. 高的进料浓度低的反应温度；C. 低的进料浓度高的反应温度； D. 低的进料浓度低的反应温度。4、全混流反应器稳态操作点满足的基本条件是 ( )A ，； B ，；C ,；D，5、 气-液反应过程包括以下那些步骤:( )A 气体向气液界面的扩散；B 液体反应物向气液界面的扩散；C 气液

19、界面处气体的溶解；D 溶解气体在界面以及液相内的化学反应。6、流化床反应器中的操作气速是根据具体情况定的，一般取流化数在_范围内。 （ ）A. 0.10.4 B. 1.510 C. 1015 D. 0.41.57、气相反应A + B 3P + S进料时无惰性气体，A与B以11摩尔比进料，则膨胀率=（ ）。 A. 2 B. 1 C. 1 D. 28、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. 49、全混流流动的E（t）曲线的方差_。 （ ）A. 0 B. 01 C. 1 D. 110、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（

20、）装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜得分三、间答题(20分，每题5分)1、气-固催化反应一般包括那些步骤？2、简述固定床反应器的优缺点。3、停留时间分布密度函数E（t）和停留时间分布函数F（t）的含义。4、简述双膜理论要点。四、证明题(20分)串联反应，其中P为目标产物，各反应均为一级不可逆反应，反应开始时只有反应物A，证明最佳反应时间。得分五、计算题(20分）某一级不可逆反应在平推流反应器中进行，在150等温下反应，出口转化率为0.6。现改为等体积德全混流反应器中进行，料液流率以及初浓度都不变，要求转化率达到0.7，问此时全混流反应器在什么温度下操作？（反应活化能）

21、中 北 大 学试题答案及评分标准 化学反应工程 课程（课程名称须与教学任务书相同）2010/2011 学年 第 2 学期试题类别 B 拟题日期 2011-5-11 拟题教师 柳来栓 课程编号 02042109 教师编号 1040030 使用班级 08040341 08040342 08040343 备注：试题答案要求按指定规格计算机打印，并将电子稿上传至考务管理系统。 2010/2011学年第2学期期末考试试题答案及评分标准（B卷） 课程名称：化学反应工程使用班级： 08040341、 08040342、 08040343 一、填空题（20分，每题1分）1、分批式操作、连续式操作、半分批式；

22、2、 ；3、提高温度；4、活性、选择性，浸渍法、混合法、沉淀法；5、；6、0；7、分子间作用力；8、多层；9、重力；10、液膜； 11、瞬间反应、快反应；12、液体、气体。二、选择题(20分，每题2分)1、D：2、D；3、B；4、B；5、A、B、C、D；6、A；7、C；8、B；9、C；10、C。三、简答题（20分，每题5分）1、气-固催化反应一般包括那些步骤？答：气体分子由气相主体向催化剂表面的外扩散；气体分子由催化剂表面向催化剂内孔的内扩散；（1分）气体分子在固体催化剂上形成吸附态；（1分）吸附态络合物之间进行表面反应；产物从催化剂表面的脱附；（1分）产物气体分子由催化剂内孔向表面的内扩散；

23、（1分）产物气体分子由催化剂表面向气相主体的外扩散。（1分）2、答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。（2分）优点：催化剂在床层内不易磨损；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。（2分）缺点：固定床中的传热较差； 催化剂的更换必须停产进行。（1分）3、停留时间分布密度函数E（t）和停留时间分布函数F（t）的含义。答：停留时间分布密度函数E（t）：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t到t+dt之间的流体的质点所占的分率

24、为E（t）dt。 。 (3分)停留时间分布函数F（t）：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F（t）。 （2分）4、简述双膜理论要点。答：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。（2分）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。（2分）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。

25、（1分）四、证明题(20分)证明： - -（2分） -（2分）-（2分）反应开始时A的浓度为，而,积分式可得： - -（3分）代入式可得：- -(2分)此式为一阶线性常微分方程，其解为：-(6分)式对t求导，使其为零，可得主产物P浓度最大的反应时间：- -(3分) 五、计算题(20分）解：在PFT中，反应器体积为： （1） （4分） (2) （2分）在CSTR中，反应器体积为 （3） （4分） (4) （2分）(2)÷(4)时得， （5） （2分）由Arrhenius公式知， （6） （4分）解出 （2分）试卷分析2010/2011 学年第 2 学期一、基本情况课程名称化学反应工程学

26、时48学分3任课教师柳来栓命题教师柳来栓阅卷教师柳来栓考试方式闭卷考试时间2011-5-31期望分值80二、成绩统计班级参加考试人数优良中及格不及格平均分080403415515271030830804034253121721308108040343531825100085总计1614569416083三、试卷分析1、试题覆盖面、难度及侧重点的评价本次化学反应工程试题内容主要考察学生对基础知识、重点知识的掌握程度和运用知识的能力。填空题和简答题各为30分和20分，主要涉及化学反应工程课程全部章节的基本概念。证明题20分，考察学生应用化学反应工程基本理论，结合实际反应器类型，推导最优反应时间和最

27、大中间产物浓度。计算题30分，第一小题，考察一级平行不可逆反应在全混流和平推流反应器中中间产物的浓度最大计算问题；第二小题，考察一级不可逆反应，在平推流和全混流反应器中达到相同转化率，所需反应器温度的计算问题；第三小题，对于实际的反应器，测定示踪剂的浓度随着时间的变化关系，计算反应器的流动特征，用全混流和多釜串联模型计算反应物的转化率。2、学生掌握课程知识的情况分析本次考试考核的知识点如下：反应动力学：反应动力学有关的基本概念，化学反应速率的不同表示方式及相互关系，复杂反应转化率、收率与选择性的概念以及计算方法，反应速率的温度效应和活化能的意义，反应速率的浓度效应和级数的意义，可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征。理想反应器：等温间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器的设计计算。具体包括等温间歇间歇反应器、平推流和全混流理论及设计，串联或并联操作的全混流反应器的计算。非理想流动反应器：停留时间分布的测定方法，活塞流和全混流停留时间分布表达式，模型参数确定方法。气固催化反应：固体催化剂制备方法及应用，气固催化反应反应器特