天津大学高等教育自学考试过程性考核答案

1、名师整理优秀资源过程性考核（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。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80C的反应速率是反应温度为 50 C的反应速率的 4.866 倍。3.2A 二 p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.

2、 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 圧芨讯坨行卵，以组

3、分A表示的反应的速率为:.卫耳于讥那Of.迪,则以B表示的反应速率表达式为（C ）A.亢二 0.5c|5 mal/Q min）b. -c. .'D. rB = cE. md/O* min）10. 以下有关幕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

4、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34 曉*R。反应步骤如下B2+2a# 2BgA+BsRflRffR+o若表面反应为速率控制步骤，试推导动力学方程。并简

5、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k（ Pa/Pe -罟）r =；i + JKrPb + KrPr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C2H: + HC1-CH2CHCI由乙炔和氯化氢组成的原料混合气中氯化氢过量试计算：（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；12%。若以乙炔为关键组分，当乙炔的转化率达到98% 时,（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， 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

6、拓二丄二口 Vbd = 1-0,4717= 0.5283虽为等温，但反应前后摩尔数不等,即膨胀因子血（1-血）1 + 丁佥屁祗0.4717x(1 -0.98)l+ft4717x(-l)x0.98=0.C1750.5283-0,4717x0.981 + 0.4717x(-1)x0.98=0.12280.4717x0.981 + 04717x(-1)x0.98= 0.8597（3）氯化氢的转化率为0.4717 X 0.980.5283二0,8750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

7、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釦朋無厂其垮（1）.-_ -.：'（ 2）若R为目的产物，Ei和E2分别表示反应（1）（ 2 ）的活化能，若 匱:也，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.

8、75。二、选择题5. 在某间歇釜式反应器中进行液相反应.: - P。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

9、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连续釜式反应器中无温度梯度 绝热操作过程为变温过程 所有物料粒子在反应器中均具有相同的停留时间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。 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。在相同的反应条件下，达到相同关键组分的

10、转化率，活塞流反应器所需的空时小于连续釜式反应器。 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。计算题在连续釜式反应器中进行下列液相反应11.四、12.解:B.C.D.A+B-*R rR = 2ca kmol/(m3.h)2AD命和血分别表示产物 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。'K 二° 当A的转化率达到95%时，体系中A组分的浓度为:cA = cAD (1-XA) = 2x (1 一 0.95 =

11、 0,1所需空时2ca + 12c = 2x 01 +12x 0.01" S(2) D的收率 Yd = SxXa吟6c|11注血亦'"瓦吋二阿面呵鬲“刃5YD = SxXA = 0.375X0.95 = 0.35613.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，陰.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 加盒，试计算：（1 ）当A的转化率达到30%时，所需的反应体积；解：该过程为变容过程（2）反应器出口的气体组成。5a= 1 畑二roa 1'0 Ux

12、lO-pA二卩肋(1-孤)cA0BT(1-Xa)PA_i + yA0MA=1 + 0.08Xa1 严 1 + 0.08Xa二纸广 (l+0.08XA)dXA _T = RtJ0 X 10cAQ(l-XA) 8.314X873Ja 1.2X 10X 103(l"XA)t 二 4.147 X 疔；hZvaA J X 0.08x0,3“ l+yAD5AXA 1 + 0.08x03yH = 1-0.0469-0.0547 = 0.8984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

13、无因次对比时间， 忒贋此J期鳶;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貫1; - -0；二- 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/lAt p4.在固体催化剂上进行某平行反应二鸟1,3金 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1 咲表示反应物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f。二、 选择题（每题5分，共30

14、分）ACD )6. 下述原因中可能导致非理想流动现象产生的是（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. 坊-:;C. ；.：. 一 .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

15、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卩t < lminc（t

16、） = ht-2 lmin<t<2min2t > 2min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,並 二llDOl/L,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）:飆.-'0 t-11t < 1 min亠:二 <:5 出:t>2min停留时间小于1.5min的物料所占的分率为:F(1.S)= 1.5-1 = 0.5t < 1 minlmin

17、< t< 2mint > 2mintE(t)dt =J tdt = 1.5 min| t2dt-1.52 = 0.08333crj 二=0.037t该反应器不是理想反应器。（4）采用多釜串联模型计算N = 4=271XA = 1 = 0.76E(1 + 1X芬)cA = cA0 (1 - XA) = 0.232 mol/LCp = 0.5caqX = 0r384mol/L13. 在固定床反应器中，于O.IOIMPa , 500 C下进行某气固相催化反应，采用直径5mm的球形催化剂。此催化齐曲勺物理性质：比表面110m2/g，孔容0.36cm3/g，颗粒密度1.1g/cm3，曲

18、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：1.013=10-5 cm2X0.36110 X104=氐545 X 10-7 cm1诜择合适的操作条件确定反应器体积和23=也二堆4566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 C的该反应的反应速率常数为0.512s-1。停留时间分布函数冏©的物理意义为

19、停留时间小于t的流体粒子所占分率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： o若组分A冷厂刈5川”嗣口努森扩散印-岭加=°出 * 1>1 0.396kp = kwpp = 0r95 x 1.1 = 1.045 s*1些=0护 =2隔仍密 咕33' ©ItanE丽一齐日若将催化剂直径降低至 3mm，可以增产。1.0452784 X1O-E= 03687_ 頁扁nh(3tp )= 0,6832增产量是采用直径为5mm催化剂的1.39倍。过程性考核（四）答案填空题（本大题共 9小题，每小题4分，共36分）A-*p某液相复合反应:rp = het_

20、，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rR 二 K：CP连续流动釜式反应器定态操作稳定的必要条件是.T- = 9700 x 6X10M500+273. 0.0232 nn2/s1.045r2784xl0-s = 1615反应器设计最基本的内容是：诜择合话的反应器型式起始反应浓度为。当A的转化率达到X丄f时，所需的反应时间为 ：ho_IRKCj tl-AAf7. 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的增加而低。8. 某等温闭式液相反应器中停留时间分布密度函数H . -<:.：.",平均停留时间为minoE

21、（t）与示踪剂浓度C（t）的关系式为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.：二-：一，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，等温进行气相反应二二？。若分别以工加；八,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

22、浓度以及平衡浓度。当各浓度的相对大小为 =.二.十该过程属于（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（ BC）：-'-''。则该反应器为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

23、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：CH20CHCHsCH2(0H)CH(0H)CH3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/m 3,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t = t+tD = 3,0 hQ严希= 0.5勿则环氧丙烷的产量为Fp二 QQCp = 0.50x2X0.90 = 0.9C k