(完整word版)武汉科技大学《化学反应工程》期末试卷及答案

1、 武汉科技大学化学反应工程期末自测试卷 1. 填空题 1. (1) 化学反应工程是一门研究 _的科学。 2. (1) 化学反应速率式为 -KCCACB-，如用浓度表示的速率常数为 KC，用压力表示的速率常数 Kp， 贝y Kc = _ 心。 3. (2) .-P(主) A 平行反应 f S(副)均为一级不可逆反应，若 E主E副，选择性Sp与 _ 无关，仅是 _ 的函数。 4. (1) 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. (3) 对于恒容的平推流管式反应器 _ 、 _ 、 _ 一致。 6. (1) 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

2、_ 。 7. (2) 流体的混合程度常用 _ 、 _ 来描述。 8. (2) 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. (1) 对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约 _ 时，分子与孔壁的碰撞为扩散 阻力的主要因素。 10. (1) 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. (1) 对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度 Topt和平衡温度Teq，二者的关系为 12.

3、(1) 描述流化床的气泡两相模型， 以U 0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 Umf通过，而其余部分 _ 则全部以气泡的形式通过。 13. (2) 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 _ 相为平推流，而对 _ 相则有种种不同的流型。 14.(1) 多相反应过程是指同时存在 相态的反应系统所进行的反应过程。 II.单项选择 1.(2) 一级连串反应AT 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时 ln( K2/KJ ln( KJK2) In (K2/KJ A. K2 -K, B. K2 C. D. K1K 2.(2) 全混流反应

4、器的容积效率 小于1.0时，且随着 的增大而减小, 此时该反应的反应级数 A. CH2 =CO H2O CH3COOH J CH4 CO2 已知在 916C时 = 4.65s , k2 = 3.74s ，试计算： 1) 99%勺醋酸反应掉的时间；(6分) 2) 在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。 (4分) 2. (10) 有一级不可逆反应 2 P,在85 C时反应速率常数为3.45h -1，今拟在一个容积为10m3的釜式反应 器中进行，若最终转化率为xA =0.95 ,设该反应的处理量为1.82m3/h ,今若改用两个容积相等 的串联釜操作，求反应器的总容积？ 3. (10) (A) (

5、P) (S) C6H6 灯C6H5CI k3C6H4CI2 A k1 CA _ k2C P ；dt ，在恒温恒容下求等容积的两釜串联全混流反 1 ,求目的产物P的选择性SP,其中k1 =1. (h ), k2 =0.5(h ), = Cs0 =0 CA0 =1mol/l , 。 4. (10) 2 . 2 一 有一个反应器测其方差Ct =112.5min讥=15min，如果这个反应器可以用等体积多釜串联 模型来描述，并在这个反应器中进行液相反应 A + B T 2R，已知一二kCACB , 反应速度 dt 应器内进行这一反应时 V v = - -1(h), CP0 CAO 二CBO =12mo

6、l/l , k =11/mol min，求反应器的出口转化率？ 5. (5) 用多级全混流串联模型来模拟一管式反应装置中的脉冲实验，已知 Ct = 8.971 , 6.187 , k =0.15 求 1) 推算模型参数N; (3分) 2) 推算一级不可逆等温反应的出口转化率。 (2分) 化学反应工程期末自测试卷答案 1. (1) 化学反应的工程问题 2. (1) (RT)(：) 3. (2) 浓度、温度 4. (1) 平推流 5. (3) 平均停留时间、反应时间、空时 6. (1) 微观流体 7. (2) 调匀度S、流体的混合态 8. (2) 物理、化学 9. (1) 0.1um 10. (1

7、) 拟均相一维 11. (1) Teq -Topt R , E2 In Teq Topt E2 - E1 E1 12. (1) U 0 -U mf 13. (2) 气、乳 14. (1) 两个或更多 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 1. （5） 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

8、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. （5） 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CAO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） 3. （5） 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；分 2） 反应物气相组分 A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；分 3） 液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，

9、气相产物则向界面扩散；分 4） 气相产物向气相主体扩散。分 4. （5） 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。 （分） 1） 催化剂在床层内不易磨损；（分） 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；（分） 3） 固定床中的传热较差；（分） 4） 催化剂的更换必须停产进行。 （分） 5. （5） 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 Um通过，而其余部分以（UO-Umf） 则全部以气泡的形式通过；分 （分）对应的曲线为F（t）， CA F(tCA CAO

10、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； 分 3） 气泡相为向上的平推流，大小均一； 分 4） 反应完全在乳相中进行； 分 5） 气泡与乳相间的交换量 C为穿流量q与扩散量之和。分 6. （5） =1 2 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, 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 （分）。因此，把复杂的相间传质过程模拟成串联的稳定的 1.(10) dy k2(C A0 -X - y) dt 2）瞬时选择性为 分 解：设在时间 t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为 X和y，初始为 CAO

11、 ，则 dx yc A0 _x _ y) 分 相加得 将其积分 d(x y) dt =(k1 k2 )(CAO d(x y) CAO -(X y) In CAO -y) 分 =(ki k2 )dt CAO -(X y) 分 1）当转化率为99%寸 y = 0.99C A0 分 4.65 3.74 In 1-0.99 =0.549s 分 积分得 2.(10) k1 k2 4.65 3.74 分 x S 55.4% 分 解：由于两等体积釜串联，则 分 CA,N A0 (1 kJ 分 (1 k i) A0 XA A0 (1 ki) （分）而把气液两相 阻力集中在这两个流体膜内, 而假定气相主不存在传

12、质阻力（分）。 质组分瞬间的溶于液体且达到平衡 双膜分子扩散过程的叠加（分） ，相间传质总阻力等于传质阻力的加和（分） 分 分 A2 =1 2 一 CA2 A0 CA2 CAO =0.95 = 20= =1.006h 分 分 3.(10) _ViV0 = 1.006 1.82 = 1.83m V。 分 反应器的总容积为 V =2Vi = 3.66m 分 解：等容积釜串联应有 分 对第二个全混流反应器作物料衡算 V0(C A1 -CA2)= k1CA2V2 分 CA1 CA0 A2 1 k1 2 (1 K1) 分 对于P: V(CA1 -CA2)=V2(k1C A2 k2Cp2) 分 4.(10

13、) A0 K1CA0 P2 (1 心)2(1 心)+(1 KJ(1 K2) k2 2 = 0.25 分 解: CA2 P2 S2 (1 0.5) =0.444mol /1 分 P2 S2 t2 0.5 0.5 (1 0.5)2(1 0.25) (1 0.5)(1 0.25) 分 1 - (0.444 0.391) =0.165nol/l 0.391 0.165 112.5 15 =丄=N =2 分 =2.37 -0.5 分 分 15 =7.5min 分 则每个反应器的停留时间为 分 对第一个釜进行物料衡算 A0 =C A1 ( _rA1) 1 2 =CA1 kC A1 - 1 分 整理得 2 7.5CA1 CA1 一1=0 分 解得 C A1 = 0.