化学反应工程期末考试试题及答案

《化学反应工程》试题XXX大学化学反应工程试题B（开）卷逐案） 2011—2012学年第一学期一、单项选择题：（每题2分，共20分）.反应器中等温进行着A-P（1）和A-R（2）两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明（A）A.反应（1）对A的反应级数大于反应（2）B.反应（1）对A的反应级数小于反应（2）C.反应（1）的活化能小于反应（2） D.反应（1）的反应速率常数大于反应（2）.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值°（2为（B）A.1.0B.0.25 C.0.50 D.0A—（iw>P—ew>Q.对一平行一连串反应A⑶>R ,P为目的产物，若活化能次序为：E<E<E,为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（B）。 23人.先高后低 B.先低后高 C人.先高后低 B.先低后高 C.高温操作 D.低温操作4.两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-0A1与第二釜的反应速率-%之间的关系为（A）。两釜反应温度相同。A-rA1>-，B-一%=-%C.-rAi<-rA2D♦不能确定何者为大—a-=0.1uLr ，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N为5.(已知一闭式反应器的B）。A.4.5B.5.6 C,3.5D,4.0.固体催化剂之所以能起催化作用，是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生（C）。A.物理吸附 B.化学反应 C.化学吸附 D.质量传递.包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为（B）人.堆（积）密度 B.颗粒密度风真密度 口.平均密度.在气固催化反应动力学研究中，内循环式无梯度反应器是一种（C）。人.平推流反应器 B.轴向流反应器C.全混流反应器D.多釜串联反应器.某液相反应，其反应式可写成A+CR+C这种反应称为（B）人.均相催化反应8.自催化反应 C.链锁反应 D.可逆反应.高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似看成（B）A.气、液均为平推流 B.气、液均为全混流二气相平推流、液相全混流D.气相全混流、液相平推流二、填空题（每题5分，共30分）.一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为52894J/mol。

k

ln—2-kiE8.314E,11、=—(—)=lnk

ln—2-kiE8.314E,11、=—(—)=ln2RTT11=( — )=ln2298308ksKAP/KBPB(1+KPA+\KbPb+KRPR)2.一气固催化反应A+BTR，若本征反应速率方程为:则该反应可能的反应机理为A+goAgB2+2g02BgAa+Bgf-Rg+g(此步为速率控制步骤)RgoR+g.间歇釜反应器中进行如下反应：—r=kCa1A11A—r=kCa2在—r=kCa1A11A—r=kCa2在CA0和反应时间保持不变下对大小为 E1<E2,降低反应温度，釜液中C/C增大，表明活化能E1与E2的相一;在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中CP/CS增大，表明反应级数al、a2的相对大小为al>a2-「SA.al>a2 B.al<a2 C.活化能El<E2 D.活化能El>E2.从反应器停留时间分布测定中，求得无因次方差。3=0.98，反应器可视为全混流反应“又若求得无因次方差0W=0,02,则反应器可视为 活塞流反应器 。.有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，反应为二级不可逆反应A-P,若大釜在先，小釜在后，出口转化率为5,小釜在先、大釜在后，则出口转化率为xA2,两种情况下,进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较xA1和xA2的相对大小为xA1aA2 。.在固定床反应器中，分别进行一级和二级不可逆气固催化反应，试比较a、b两处的n并说明理由。(1)一级放热反应，绝热操作；n2n(2)二级反应，等温操作。n<nb三、问答题并说明理由。(1)一级放热反应，绝热操作；n2n(2)二级反应，等温操作。n<nb三、问答题(每题6分，共12分)1.液相复合反应，若为使目的产物P的选择性高，应选择:(1)若采用间歇反应釜，其加料方式为？(2)若采用管式反应器，其进料方式为？(3)若E?E2,则反应温度应尽可能采用高温或低温？答：为使目的产物P的选择性高，应选择：rprQ=kC2C0.51AB=kC0.5C22AB2A+B—k1rPA+2B1-Q(1)若采用间歇反应釜，其加料方式为 A一次性加入，B连续滴加(2)若采用管式反应器，其进料方式为 A从反应器进口处加入，B沿管长多处加入；(3)若E/E2，则反应温度应采用_高院。2.在四段绝热式固定床反应器中进行n级不可逆反应，各段的催化剂量相同,且控制进入各段的反应物料温度相等.若n>0,试问(1)哪一段的净转化率最大?哪一段最小？

(2)若段间采用冷激方法进行降温，试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间哪处需加入的冷激剂量多？为什么？解：(1)虽然各段进口温度相等，在催化剂量相同的情况下,净转化率也按1至4段的顺序递减,第一段最大,第二段次之，第三段再次之，第四段最小.(2)因第一段反应量大于第二段反应量，所以1-2段间要取出的热量比2-3段间要取出的热量大，因而1-2段间需要的冷激量也大于2-3段间需要的冷激剂量.四、计算题：(第1，2题均为12分，第3题为14分，共38分).在反应体积为1m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产丙二醇-1，2：HCOCHCH+HOfHCOHCHOHCH该反应对环氧丙烷为一级2，对水为零级3反应温度下反备速率常数等于0.9811，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3,环氧丙烷的最终转化率为90%。(1)若采用间歇操作，辅助时间为0.65h，则丙二醇-1，2的日产量是多少？(2)有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2的日产量又是多少？(3)为什么这两种操作方式的产量会有不同？解：V=1m3,rjkCA,k=0.98h-1,CA0=2.1kmol/1,XA=0.9一级不可逆反应:0.98ln(1一0.9)=0.98ln(1一0.9)=2.35ht=--ln(1-x)=一kAfVr=Q0(t+10)=Q0(2.35+0.65)=1Q0=1/3m3/h丙二醇的浓度==2.1x0.9=1.89kmol/m3丙二醇的浓度=丙二醇的产量=^0^A0^Af=1.89*1/3°.63k15.1S^iti°〃日(2)采用定态下连续操作QXQX0.9 .V= 0Af=0=1rk(1-X)0.98(1-0.9)所以Q=0.109m3/h0站立县0.109x1.89=0.2058kmol/h=4.939kmol/0丙二醇的产量=(3)因连续釜在低的反应物浓度下操作，反应速率慢，故产量低。2.对一闭式反应器进行停留时间分布实验测定，在Q=300L/min下，得到E(t)〜t关系如下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据E(t)函数性质确定并计算：E(t)F(t)(3)该反应器体积为多少？(4)多级串联模型参数N为多少？b2(5)无因次方差Ge为多少？(6)轴向扩散模型参数Pe为多少?t/min答：(1)E(t)= -1/200(t-20)F(t)= -t2/400+0.1tV= 2m3(4)多级串联模型参数F(t)= -t2/400+0.1tV= 2m3(4)多级串联模型参数N=22_1_1

OA ⑸无因次方差0N22 2 2 _。2 -(1-e-Pe)=0.50 PePe2(6)「.Pe=2.563.某一级不可逆气固催化反应，在反应温度 150℃下，测得kP=5s-1,有效扩散系数D=0.2cm2/s。求:eA当颗粒直径为0.1mm时，内扩散影响是否已消除？欲保持催化剂内扩散有效因子为吧则颗粒直径应不大于多少?(1)。=dP =0011—=0.00833<<16\：DeA 6 0.2 3(2)n=£Mtanh3。3。=0.8试差，得。=0.68务/=编旦=eA5务/=编旦=eA5d=0.686\0.26p解：dp<0.816cm湖北XX大学化学反应工程试题一、选择题1、气相反应CO+3I2 CH4+q0进料时无惰性气体，°°与H2以1：2摩尔比进料,则膨胀因子5CO__A_。A.-2 B.-1 C.1 D.22、一级连串反应a4*-P3=»S在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度C=P,maxC K2-K1C K2-K1A0A.2B.C A0 C[(K/K)1/2+1]2 A02 1 C. 1C A0 [(K/K)1/2+1]2D.1 23、串联反应庆fP(目的)fR+$,目的产物P与副产物S的选择性Sp=C。n一nn一nn一nA. A0 AB.n一nC.ns~ns0D.4、全混流反应器的容积效率n=1.0时，该反应的反应级数n_L。A.<0 B.=0 C.，0 D.>0一一一吠P（主）A5、对于单一反应组分的平行反应5、对于单一反应组分的平行反应降，则最适合的反应器为B__。A.平推流反应器C.多釜串联全混流反应器6、对于反应级数n>0的不可逆等温反应,A.平推流反应器C.循环操作的平推流反应器S（副），其瞬间收率①p随°a增大而单调下B.全混流反应器D.全混流串接平推流反应器为降低反应器容积，应选用 A。B.全混流反应器D.全混流串接平推流反应器7、一级不可逆液相反应a=2R,°40=2.30km01/m3,出口转化率“A=°-7，每批操作时间t+10=2.06h，装置的生产能力为50000kg产物R/天，加斤60,则反应器的体积V为_C_m3。A.19.6 B.20.2 C.22.2 D.23.48、在间歇反应器中进行等温一级反应A-B,—〃a=0.01CAmo1/lf,当J。=1mo/1时，求反应至CA=0.01mol/l所需时间t=―B—秒。A.400 B.460 C.500 D.5609、一级连串反应A-P-S在全混流釜式反应器中进行，使目的产物「浓度最大时的最优空时"optD__oD.1;KK

1 2ln(K/K) ln(K/K) ln(K/D.1;KK

1 2TOC\o"1-5"\h\z 21- 12- .21K—K K—K pyKKA.2 1 B・ 2 1 C.1210、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间间0不包括下列哪一项 B。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11、全混流反应器中有 B个稳定的定常态操作点。A.1 B.2 C.3 D.412、全混流反应器的容积效率n小于1.0时，且随着％A的增大而减小，此时该反应的反应级数n DoA.<0 B.=0 C.20 D.>013、当反应级数n_D_时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。A.=0 B.=1 C.＞1 D.V114、轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_C__无关。A.示踪剂的种类B.示踪剂的输入方式 C.管内的流动状态D.检测位置15、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 C装置。A.填料塔 B.喷洒塔 C.鼓泡塔 D,搅拌釜一码二…d16、催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为 dtd1 ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d为_L。A.弋0 B.=1 C.—3 D.七117、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_丁。A.粒子与流体间有温度差 B.粒子与流体间无温度差C.床层径向有温度梯度 D.床层轴向有温度梯度18、属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是—A—。A.粒子与流体间有浓度差 B.粒子与流体间无浓度差C.床层径向有温度梯度 D.床层径向有浓度梯度19、下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第11级模型的特点——。A.各参数均为恒值 B.参数值不随床高而变C.参数值与气泡大小无关 D.参数值与气泡大小有关20、流化床反应器中的操作气速U0是根据具体情况定的，一般取流化数00Um在B范围内。A.0.1〜0.4 B.1.5〜10 C.10〜15 D.0.4〜1.521、全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件CA.移热速率＞放热速率 B.移热速率＜放热速率C.移热速率随温度变化率＞放热速率随温度的变化率D.移热速率随温度变化率＜放热速率随温度的变化率22、气固催化反应本征速率是指排除 C阻力后的反应速率。A.外扩散阻力 B.内扩散 C.内外扩散D.吸附和脱附23、等温液相反应A+B—Prp=klCACB,2A—RrR=k2CA2「为目的产物，有下列四种方案可供选择，从提高「的收率着眼适宜选用_D_A.间歇釜式反应器，A和B一次性加入； B.全混流反应器；C.半间歇釜式反应器，A一次性加入，B连续滴加；口.半间歇釜式反应器，B一次性加入，A连续滴加。24、乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，乙苯仍大量存在，表明这是一个_B_反应。人.慢速 B.可逆 口自催化 D.不可逆25、等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应AU^Ap」^s若保持相同的转化率5,调节反应温度使k/k1降低，则P的收率将AA.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减26、在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为一A___。A.空时t B.反应时间t C.停留时间t D.平均停留时间27、阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为_B___。TOC\o"1-5"\h\zA.E(t)曲线 B.F(t)曲线 C.I(t)曲线 D.y(t)曲线28、气固催化反应的内扩散模数,其中1为特征长度，若颗粒为球形则L= D。A.厚度/2 B.R C.R/2 D.R/329、对于反应级数n>0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二、填空题1、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。2、化学反应速率式为一。=&C：CB，如用浓度表示的速率常数为KC，用压力表示的速率常数KP，则KC=(RT)(3)KP。…一一一p(主)A3、平行反应 *S(副)均为一级不可逆反应，若E主>E副，选择性$口与浓度无关,仅是温度的函数。4、对于反应级数n>0的反应，为降低反应器容积，应选用平推流反应器为宜。5、对于恒容的平推流管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。6、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_微观流体_。7、流体的混合程度常用争匀度_、流体的混合态来描述。8、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物理失活,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_化学_失活。9、对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约0.1um_时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为努森扩散。10、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，因此一般可用拟均相二维模型来计算。11、对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度%和平衡温度Teq，二者的T—TR^E 3= ln—2关系为T/ E「Ei E关系为12、描述流化床的气泡两相模型，以U0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U。-Umf则全部以气泡的形式通过。13、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_气_相为平推流，而对—乳相则有种种不同的流型。

14、多相反应过程是指同时存在争个或更多相态的反应系统所进行的反应过程。15、三传一反是化学反应工程的基础。16、不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_数学模型_。K17、一级连串反应AK17、一级连串反应A——PCp,max、 optK~AS在平推流反应器中,则目的产物P的最大浓度ln(k2/k)

k—k2 118、着眼反应组分K的转化率的定义式为19、一级连串反应A*~Ap**S在间歇式全混流反应器中，则目的产物P的最大浓度Cp,max、Cp,max、optln(kJk,

k—k2 120、化学反应速率式为一KcC：CB，如用浓度表示的速率常数为Kc，用压力表示的速率常数KP，则UKc=21、理想反应器是指全混流反应器、平推流反应器。22、具有良好搅拌装置的釜式反应器按上混流反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按平推流反应器处理。dQ)dQG23、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为Q3-、dT'-dT,24、平推流反应器的返混为_0___。25、一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用_初始速率法_法来求反应级数。26、分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_平均生产速率最大_、_生产经费最低.为目标进行优化的。27、轴向分散模型的数学期望值―—，方差-。28、测定气-液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气相和液相中的—扩散阻力，使反应在动力学区域内进行。29、在流化床中为了传热或控制气-固相间的接触，常在床内设置内部构件，但很少使用水平构件，它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用，从而导致床内产生明显的魂度_梯度和_浓度_梯度。30、对于气-固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡,气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为使式流化床。31、当前用于描述气-液两相流相间传质的模型有两大类：一是按稳态扩散来处理的_双膜模型：一是按非稳态扩散处理模型,如溶质渗透模型和表面更新模型。32、在建立数学模型时，根据基础资料建立物料衡算式的一般式为输入量=输出量+反应量+累积量_。33、活化能的大小直接反映了_反应速率_对温度的敏感程度。34、生成主产物的反应称为_主反应__,其它的均为—副反应__。35、固定床中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dv=J以/n）1/3。三、分析解答题1、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。（①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。（①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共停留了多少时间。（①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。（②分）2、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，（①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Jo的流体，（①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F（t）=£-间的变化。（①分）对应的曲线为F（t）， *0。（②分）3、简述均相反应及其动力学的研究内容？答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。4、对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。5、简述气-液反应的宏观过程：A（g）+bB（l）f产物（l）？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；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；3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；4）气相产物向气相主体扩散。6、简述固定床反应器的优缺点？1）催化剂在床层内不易磨损；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；3）固定床中的传热较差；4）催化剂的更换必须停产进行。a<!：r