《化学反应工程》期末考试试题

《化学反应工程》期末考试试题

1.反应器中等温进行着A-P(l)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⑴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⑴的活化能小于反应(2)D.反应⑴的反应速率常数

大于反应(2)

2?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？为(Br)?kSKAPAKBPB

(1?KAPA?KBPB+KRPR)2

A.1.0B.0.25C.0.50D.0

(1)(2)A???P???Q

⑶3.对一平行一连串反应A???R,P为目的产物，若活化能次序为:

E2<El<E3,为了目的产物的收率最大，

则最佳操作温度序列为(先高后低先低后高

B)oA.B.

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-rAl与第二釜的反应速率-rA2之间的关系为(A)。两

釜反应温度相同。

A.-rAl>-rA2B.-rAl=-rA2C.-rAl<-rA2D.不能确定

何者为大

Da?0.1

5.已知一闭式反应器的uLr,该反应器若用多釜串联模型来描述，则

模型参数N为（B）o

A.4.5B.5.6C.3.5D.4.0

6.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）o

A.物理吸附B.化学反应C.化学吸附D.质量传递

7.包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为（B）

A.堆（积）密度B.颗粒密度C.真密度D.平均密度

8.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）o

A.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

9.某液相反应，其反应式可写成A+C?R+C这种反应称为（B）

A.均相催化反应B.自催化反应C.链锁反应D.可逆反应

10.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

C.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）

1.一不可逆反应，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。

lnk2Ell?(?)?ln2klRTlT2

EllkS?(?)?ln2Ao?Bo???Ro?o(此步为速率控制步骤)

8.314298308

J/mol解：?E?52894,R。？R?。A?。？A。B2?2。？2B。

2.一气固催化反应A?B?R,若本征反应速率方程为：则

该反应可能的反应机理为

3.间歇釜反应器中进行如下反应：

A?P(1)-rAl=klCAal

A?S(2)-rA2=k2CAa2

在CAO和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中CP/CS增大,

表明活化能E1与E2的相对大小为El<E2；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。A.al>a2B.al<a2

C.活化能日<E2D.活化能日>E2

2??0.98,反应器可视为全混流反应器又若求得无因次方差?4.从反

应器停留时间分布测定中，求得无因次方差

??2?0.02,则反应器可视为活塞流反应器。

5.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XA1,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xAl和xA2的相对大小为xAl<xA2。

6.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值大小(a处靠近反应器的进口，b处靠近反应器的出

口)，并说明理由。(1)一级放热反应，绝热操作；na>nb(2)二级

反应，等温操作。na&it；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？若采用管式反应器，其进

料方式为？

(3)若El>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：

(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；

⑵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；

⑶若El>E2,则反应温度应采用高温。

四、计算题：)1.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：

H2COCHCH3?H2O?H2COHCHOHCH3

该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等

于0.98h-l,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%o

(1)若采用间歇操作，辅助时间为Q65h,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？

3?lV?lm,r?kC,k?0.98h,CA0?2.1kmol/l,XA?0.9AA解：r

(1)一级不可逆反应：

Ht??ln(l?xAf)??ln(l?0.9)?2.35hk0.98

Vr?Q0(t?t0)?Q0(2.35?0.65)?l

Q0?l/3m3/h3CX?2.1?0.9?1.89kmol/m丙二醇的浓度=AOA20.5

日kCO.5c2丙二醇的产量=Q0CA0xAf=

1.89?l/3?0.63kmol/h?15.15kmol/rQ?2AB

Q?0.9Vr???lk(l?XAf)0.98(l?0.9)Q0XAfkl2A?B???P

所以rP?klCACB(2)采用定态下连续操作

丙二醇的产量=0.109?1.89?0,2058kmol/h?4.939kmol/日

(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。

Q0=0.109m/hk2A?2B???Q3

3.某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得kP=5s-l,

有效扩散系数DeA=0.2cm2/s。求：

(1)当颗粒直径为0.1mm时，内扩散影响是否已消除？

(2)欲保持催化剂内扩散有效因子为0.8,则颗粒直径应不大于多

少？

(1)??dP

6kP0.0151??0.00833??DeA60.23

???1

(2)??l?ll??????0.8??tanh3?3???

试差，得？=0.68

??dP

6kPd?P

DeA655?dP?0.680.26

解：dP?0.816cm

1、气相反应CO+3H2CH4+H20进料时无惰性气体，CO与H2以1：

2摩尔比进料，则膨胀因子?CO=_A_。

A.-2B.-1C.1D.2

2

、一级连串反应A

K2Ps在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度CP,max?_A。

K2

2?K1CAOKKCAO(1)K2?K1CAO(2)K

1/22K2K1A.B.[(K2/K1)?1]C.CA01/22D.[(Kl/K2)?l]

3、串联反应A-P(目的)fR+S,目的产物P与副产物S的选择

性SP=_C_onP?nP0nP?nP0nP?nP0nP?nP0

n?nAB.nAOC.nS?nSOD.nR?nROA.AO

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_B_o

A.<0B.=0C.20

D.>0

P(主)

A

5

、对于单一反应组分的平行反应“副），其瞬间收率?P随CA增大而单

调下降，则最适合的反应器为—

B_o

A.平推流反应器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

6、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。

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

7

、一级不可逆液相反应A2R,CA0?2.30kmol/m,出口转化率xA

33?0.7,每批操作时间t?t0?2.06h,装置的生产能力为50000kg产物

R/天，MR=60,则反应器的体积V为/」1。

A.19.6B.20.2C.22.2D.

23.4

C?lmol/I时，求反应至CA?0.01mol/l所8、在间歇反应器中进行等温

一级反应A-B,?rA?0.01CAmol/l?s,当A0

需时间t=B—秒。A.400B.460

C.500D.560

9、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P浓度最大时的最优空时

ln(K2/Kl)ln(K2/Kl)ln(Kl/K2)

K1K2A.K2?K1B.K2?K1C.D.

lKlK2?opt?D_o

10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间to不包括下列哪一项

B_o

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.2C.3D.4

12、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_D_o

A,<0B.=0C.20

D.>0

13、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.=0B.=1C.>1

D.<1

14、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

16、催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为?d??kdCim?ddt,

当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d为_C_。

A,g0B.=1C.T

D.

17、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

_A_o

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

—Ao

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n级模型的特点

_C_o

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UOmf在_B_范围内。

A.0.1~0.4B.1.5-10C.10-15D.

0.4〜1.5

21、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C

A.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

P为目的产物，有下列四种方案可供选择，从提高P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；D.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。A.慢速

B.可逆C.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

APS若保持相同的转化率xA,调节反应温度使k2/kl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A。

A.空时TB.反应时间tC.停留时间tD.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—o

A.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L为特征长度，若颗粒为球形

则L=—D—o

A,厚度/2B.RC,R/2D.

R/3

29、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__。

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

1、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。

??KCKC(RT)(???)KP?r?KCCKACABP2^化学反应速率式为，如用浓度表示

的速率常数为，用压力表示的速率常数，则=。

P(主)

3

、平行反应S(副)均为一级不可逆反应,若E主〉E副,选择性Sp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—微观流体一7、流体的混合程度常用调匀度S、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_O.lum_

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一维模

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12、描

述流化床的气泡两相模型，以分

Topt

和平衡温度

Teq

Teq?Topt

，二者的关系Teq?Topt

?

ER

In2

E2?E1E1

UO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

U0?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

程是指同时存在两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17

、一级连串反应A

P

S在平推流反应器中，则目的产物P的最大浓度CP,max?、

topt?____

?kl

••«e••

[k2/(k2?kl)]

?kln?nKln(k2/kl)

??K?K0

?knK0、k2?kl)18、着眼反应组分K的转化率的定义式为?2

?

???

[k2/(k2?kl)]

In(k2/kl)k2?kl

19、

一级连串反应A

P

?

?

t?C?S在间歇式全混流反应器中，则目的产物P的最大浓度

P,max、opt

20、化学反应速率式为?rA?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,则KC=KPo21、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全混流反应器处理，而管径

小，管子较长和流速较大的管式反应器按平推流反

dQrdQG

dTdT

应器处理。23、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为

QG?Qr、，24、平推流反应器的返混为一0—。

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，

采用一初始速率法—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一平均生产速率最大

_、—生产经费最低一为目标进行优化的。

27、轴向分散模型的数学期望值_____,方差__o

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—扩散阻力一，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_温度—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—聚式流化床

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一反应速率一对温度的敏感程度。

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Vp的球粒子

直径，表达式dv=_（6VP/n）l/3_o

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）

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（I）—产物（I）?

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。

7

、对于反应2Er?k2CA,其活化能为E2,当El>E2时如何选择操作温

度可以r?kCRlA,,其活化能为2；S

提高产物的收率？klOrRklOe?El/RT

SR??C?eA?E2/RTrkkeS2020答：对于平行反应E2?E1RTCA,所以，当E1

>E2时应尽可能提高反应温度，方可提高R的选

择性，提高R的收率

10、简述理想反应器的种类？

通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推

流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流

体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。

所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移

动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停

留时间。

12、简述理想反应器的种类。

答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合(完全混合)反应器和

平推流(活塞流或挤出流)反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反

应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和

浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进

行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同

的停留时间

1.(1)化学反应工程是一门研究的科学。1.⑴化学反

应的工程问题2.⑴提高温度

P(主)

2.(1)如果平行反应S(副)均为一级不可逆反应，若E主〉E副，提高选

择性SP应0

3.(l)aA+bBpP+sS对于反应,则rP?(?rA)o3.(1)pa

4.(1)全混流反应器的移热速率Qr=o

5.(1)全混流反应器的返混o

6.(1)介于非凝集态与完全凝集态之间的混合态称为o

7.(1)在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程

度就O

8.(1)气-固相催化反应的内扩散模数?S?，它是表征内扩散影响

的重要参数。

9.(2)气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠结合的，而化学

吸附是靠结合的。

10.⑴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.(2)目前描述固定床反应器的数学模型可分为和的

两大类。

12.(3)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，以垂直管最为常用，它同时具有，并甚至

的作用。13.(1)描述流化床的鼓泡床模型，它相当于

的情况，工业上的实际操作大多属于这种情况。U0/Umf时，

乳相中气体全部下流

14.(1)双膜模型把复杂的相间传质过程模拟成

的叠加，相间传质总阻力等于双膜传质阻力的加和。

3.(2)轴向分散模型的物料衡算方程在式边界条件下有解析解。

A,闭-闭B.开-闭C.闭-开D.

开-开

4.(2)反应级数n=时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。

A.0B.0.5C.1D.2

d??kdCim?d5.(2)催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为dt,

当进料中的杂质吸附极牢以及对产物无内扩散？

阻力时，d为oA.七0B.=1

C.-*3D.七1

6.(2)催化剂颗粒扩散的无因次扩散模数m?l?S?RkVCS/De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

7.(2)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

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

8.(2)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

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

9.(2)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UOut在范围内。

A.0.1~0.4B.1.5—10C.10-15D.

0.4~1.5

io.(2)下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第n级模型的特

点O

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

1.⑸对于可逆放热反应如何选择操作温度？

2.(5)简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？

3.(5)简述气-液反应的宏观过程：A(g)+bB(I)一产物(I)?

4.(5)简述固定床反应器的优缺点？

5.⑸简述流化床反应器的缺点？

6.(5)简述气-液相反应器的设计所包含的内容？

IV.计算题

klCHCOOH???CH2?CO?H2O31.(10)醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水,

而副反应生成甲烷和二氧化碳：

k2?l?lCHCOOH???CH?COk?4.65s,k?3.74s34212已矢口在916℃时，试

计算：

1)99%的醋酸反应掉的时间；(6分)2)在此反应条件下醋酸转化

成乙烯酮的选择性。(4分)

P住)

2.(5)平行反应S(副)2C?2.0mol/l,r?Cr?2CCSAA,,其中P,已知

A0P0C?CA0?0,求在平推流反应器中的P,max?

3.(10)在一容积为2.5m3的间歇釜中进行均相反应A+B-P,为防止

产物P在高温分解，反应维持在75℃等温操作，?rA?kCACBkmol/l?s,

kl?2.78l/kmol?s,活化能E?4.611kJ/mol。当反应物A和B的初始浓度均为

CA0?CB0?4mol/l,A的转化率xA?0.800寸，该间歇釜平均每分钟可处理

0.684kmol的反应物Ao今若把反应移到一个管内径为125mm的理想管式

反应器中进行，若将温度提升到85℃等温操作，且处理量与所要求达到的

转化率均与间歇反应时相同，求所需的管式反应器长度。

4.(10)应用脉冲示踪法测定一容积为12I的反应装置，进入此反应器的

流体流速v0?0.8l/min,在定常态下脉冲的输入80克的示踪剂A,并同时

测其出口物料中A的浓度CA随时间的变化，实测数据如下：

t(min)0

C(0Ag/I)53105155204252301350

22??t?试根据实验数据确定E(t)曲线的方差和。

?l?r?kCk?0.307minAA5.⑸某一液相分解反应，若已知其反应动力学

为，，当平均停留时间为15min时，当多级

2??0.211,求其最终转化率为多少？全混流模型可用时，其？

m?lkVCSUATmUART(l?)?(TO?)DevO?cPvO?cP5.⑴最大6.(1)部分凝

集态7,⑴愈小8.(14.⑴9.(2)范德华力、化学键力

10.(1)拟均相一维11.(2)拟均相、非均相12.(3)传热、控制气泡聚、

减少颗粒带出13.⑴>6〜11

14.(1)串联的稳定的双膜分子扩散过程

l.(2)B2.(2)B3.(2)D4.(2)C5.(2)A6.(2)C7.(2)A8.(2)A9.(2)A10.(2)Cl.(5)

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分）

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；（②分）

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。

（①分）

2.（5）通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。（①分）

所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输

入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时

间的变化来确定系统物料的停留时间分布。（②分）根据示踪剂输入方式

的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。（②

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；②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；①分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；①分

4）气相产物向气相主体扩散。①分

4.⑸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。（①分）1）催化剂在床层内不易磨损；（①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；（①分）3）固定床中的传热较

差；（①分）4）催化剂的更换必须停产进行。（①分）

5.（5）1）气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层，气-固两相接

触不够有效；(①分)

2)粒子运动基本上是全混式，因此停留时间不一。(①分)在以粒子

为加工对象时，影响产品质量的均一性，(①分)且粒子的全混造成了气

体的部分返混，影响反应速率和造成副反应的增加；(①分)

3)粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，并要设置旋风分离器等粒

子回收系统。(①分)

6.(5)首先是根据气-液反应系统的动力学特征来选择正确的反应器型

式，(②分)然后结合反应器特性来确定能满足给定生产任务的反应器几

何尺寸。(③分)

1.(10)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CA0,

则

dxdyd(x?y)?kl(CA0?x?y)?k2(CA0?x?y)?(kl?k2)(CA0?x?y)dtdtdt相

力口得CA0d(x?y)?(kl?k2)dtln?(kl?k2)tx?y?0.99CA0

C?(x?y)C?(x?y)A0将其积分A01)当转化率为99%时

11

t?ln?0.549s4.65?3.741?0.992

SP?

瞬时选择性为

dx

dy积分得

xkl4.65??

yk23.74

CArPdCP22x

?P???CP???AS??55.4%CA02?C?r2?C?dCyAAAA对上式进行积分得

2.⑸解：

当CA?O时，产物P的浓度最大，

CP,max??

2

2

A?2ln2?1.386mol/I2?CA

?E/RT

k?ke03.(10)解：根据阿累尼乌斯公式故

In

klEll

?(?)

k2RT2Tl求得k2?6.633l/mol?s

222

?rA?kCACB?kCA?kCAO(l?xA)??

因为

CA0?CB0?4mol/l,且为等摩尔反应，故

t?

dCA

dt

在间歇反应器中所需的反应时间为:

xA?lCAdCAllll

?(?)??2

k?CAOCAkCACAOkCAO(l?xA)

带入得t?151s?2.5min此反应时间应等于在理想管式反应器中的停留

时间，即??2.5min①分

vO?

FA00.684V??171l/minL??35m32V??v?171?2.5?428l?0.428mCA00.004?/4D0

管长

4.(10)解：首先对实验数据进行一致性检验，此时应满足：

?

?

CAdt?

M80

?C0??100v00.8

?

?

5?

222CAdt?[0?2(5?4?l)?4(3?5?2?0)]?100??tE(t)dt?t?03，实验数据的一

致性检验是满足的。;

V12

??15(min)v00.8由数据计算得如下表：

50.03

0.75

100.055

150.0511.25

200.0416

250.0212.5

300.019

3500

其中t(min)

E(t)=CA/C002

tE(t)0

?

?

5

22t2E(t)dt?[0?2(5?16?9)?4(0.75?11.25?12.5?0)]?263??263?(15)?38

•*•

2

???

N?

解：

?t2

2

?

38

70.169152

1

??2

?

CA111

???0.047?4.76N4

0.211C(l?k?)[l?0.307(15/4)]取N=4AO

CA

?l?0.047?0.953?95.3%CA0

CA?CAO(l?xA)?xA?l?

(五)在银催化剂上进行乙烯氧化反应：2C2H4?O2?2c2H40其反应步

骤可表示如下：

(1)A?()?(A)

(2)B2?2()?2(B)

(3)(A)?(B)?(R)?()

(4)(R)?R?()若是表面反应是速率控制步骤，试推导其动力学方

程。

1.化学反应动力学是定量描述随变化即

的基础理论。

2.空间速率度即空速是单位反应体积所能处理的反应混合物的

3.收率（或称产率）Y指在反应工程中由原料A所生成的产物L的量。

表达为按可能生成量的分率。

4.反应物A的水溶液在等温CSTR中进行两级反应，出口转化率为0.4,

现改为在等体积

PFR中进行，则出口转化率为o

5.返混是指之间的混合。

6.平推流反应器各截面上物料参数只随变化，不随

__________变化。

7.对一级不可逆反应，采用多级全混流反应器串联时，若各釜反应条

件相同（等温、等

容），则要使总的反应体积最小，必需的条件是

8.定量描述物料在流动系统中的停留时间分布的两种概率分布规律

为____________

与，其中具有归一化性质的是O

9.气体分子在固体催化剂微孔中扩散的主要形式有

___________________________，当

,DAe?DAB,当时，D?DkA。

10.为了能够计算所有气体组分的摩尔数变化，至少应该知道多少化

学物质的摩尔数如何变化，这些物质称为。为了说明所有组

分的摩尔数变化，至少需要多少反应方程式，这些反应称之为

11.在PFR中，停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的

%,在CSTR中停留时间大于平均停留

时间的流体粒子占全部粒子的%o

在温度为25℃时，当温度升高10℃反应速率增加一倍，则该反应活

化能应为多少？

三、对于气-固反应过程为以下三个步骤组成：

kl,a????###?Al?z????X??Z其中：Z为表面活性位，AX为中间物Y为

表面络合物A3,gl,g?A2,skl,d?当第二步为控制步骤时，试推导整个反应

过程的动力学方程式。k2??????##X??Z??????四(20分)？Y??Zk?2在容

积为2.5m3的间歇反应器中进行液相反应A+BP

反应维持在75℃等温操作，实验测得反应速率方程式为

k3,d????Y??Z????A3?zrA=kcAcBkmol/(Lk3,a〃s),k#?2.78?10?3L/(mol?s),

当反应物A和B的初始浓度CA0=CB0=4mol/L,而A的转化率xA=0.8

时，该间歇反应器平均每分钟可处理0.684kmol的反应物A。

(1)今若将反应移到一个管径为125mm的理想管式反应器中进行，仍

维持75℃等温操作，且处理量和所要求转化率相同，求所需反应器的管长。

(2)今若将反应移到一个连续搅拌的釜式反应器中进行，仍维持75℃

等温操作，且处理量和所要求转化率相同，求反应体积。

五、用脉冲法测定一流动反应器的停留时间分布，得到出口流中示踪

剂c(t)与时间t的关系如下：

C(t)/(g/min)014798521.510.60.20

1、化学反应时间化学反应速率2.体积流率3.化学计量最大4.

0.535.在反应器中不同年龄的物料

6.流向时间7.各釜的反应体积相等8.停留时间分布密度E(t)

停留时间分布函数F(t)E(t)

9.纽特逊扩散(Knudsen)和分子扩散以分子扩散为主时，

(?/2ra?10?2)以纽特逊扩散(Knudsen)为主时，(?/2ra?10)10.关

键组分关键反应11,036.9

设rAl为温度T1时的反应速率；rA2为温度T2时的反应速率。在相

同条件下，lnrA2kE?ll??lr)2????解得rAlklR?TlT2?

E=8.314?298.1?308.1kRTTkl2?ln2=52928J/molT1=298.1K,

T2=308.1K,2?2代入上式则E=ln2将?T=10,10kl?Tkl

表面反应很慢且为总反应的控制步骤时：

5分？Rl?k2?pX#?k?2pY#又第一步和第三步反应达到平衡，即()？k3,

dpY#?0??kl,31?