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

（答案）2011—2012学年第一学期

一、单项选择题： （每题2分，共20分）

1．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)

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( B )

A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0

(1)(2)A???P???Q3．对一平行—连串反应A???R，P为目的产物，若活化能次序为：E2

了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ B）。

A．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-rA1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．-rA1 > -rA2 B．-rA1 = -rA2 C．-rA1 < -rA2 D.不能确定何者为大

(3)Da?0.1uL5. 已知一闭式反应器的r，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N为

（ B ）。

A． 4.5 B. 5.6 C．3.5 D．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)。

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 )。

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 52894 J／mol 。

kE11ln2?(?)?ln2k1RT1T2r?kSKAPAKBPB(1?KAPA?KBPB＋KRPR)2E11?(?)?ln28.314298308解：?E?52894J/mol，

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

A?σ?AσB2?2σ?2BσkSAσ?Bσ???Rσ?σ (此步为速率控制步骤 ）Rσ?R?σ

3．间歇釜反应器中进行如下反应：

=k2CA

在CA0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 E1a2 。

A．al>a2 B．alE2

A2

A?P (1) －rA?S (2) －r

A1

＝k1CA

a2

a1

2??0.98,反应器可视为 全混流反应器 ?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 。 ?又若求得无因次方差

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xA1和xA2的相对大小为 xA1

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η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；ηa>ηb （2）二级反应，等温操作。ηa<ηb

20.5rP?k1CACB0.52rQ?k2CACB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？ k12A?B???P(2) 若采用管式反应器，其进料方式为？

k2(3) 若E1>E2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？ A?2B???Q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 ；

(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E1>E2，则反应温度应采用 高温 。

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）

1.在反应体积为1 m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： 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，原料液中环氧

3

丙烷的浓度为2.1kmol/m，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？

3?1V?1m,r?kC,k?0.98h,CA0?2.1kmol/l,XA?0.9 AA解：r3

H2COCHCH3?H2O?H2COHCHOHCH3

-1

（1） 一级不可逆反应：

11ln(1?xAf)??ln(1?0.9)?2.35hk0.98Vr?Q0(t?t0)?Q0(2.35?0.65)?1t??Q0?1/3m3/hQCx

3CX?2.1?0.9?1.89kmol/m丙二醇的浓度=A0A

丙二醇的产量=0A0Af＝1.89?1/3?0.63kmol/h?15.15kmol/日

(2) 采用定态下连续操作

Vr?Q0XAfk(1?XAf)3

?Q0?0.9?10.98(1?0.9)

所以Q0=0.109m/h

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。

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：

（1）E(t)

－1（2）F(t) E(t) /min （3）该反应器体积为多少？

（4）多级串联模型参数N为多少？

2?(5)无因次方差?为多少？ （6）轴向扩散模型参数Pe为多少？

0 10 20 t/min

答：

（1）E(t)＝ -1/200(t-20)

2

(2）F(t)＝ -t/400+0.1t

3

（3）V＝ 2 m （4）多级串联模型参数N＝ 2

11?N2 (5)无因次方差222????-2(1-e-Pe)?0.5PePe（6）?Pe?2.56

2???

-12

3．某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得kP=5s,有效扩散系数DeA=0.2cm/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？

dP(1) ??6 ? ??1(2) ??kP0.0151??0.00833??DeA60.231?11??????0.8??tanh3?3???试差，得 ?＝0.68??dP6kPd?PDeA655?dP?0.680.26

解：dP?0.816 cm

湖北XX大学化学反应工程试题

一、选择题 1、气相反应CO + 3H2膨胀因子

CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与H2以1∶2摩尔比进料，则

?CO=__A_。

A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应ACP,max?K1PK2S在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度

___A____。

KCA0KCA0(1)K2?K1CA0(2)K1/22K2K1A. B. [(K2/K1)?1] C.

K2K22?K1CA01/22[(K/K)?1]12 D.

3、串联反应A → P（目的）→R + S，目的产物P与副产物S的选择性SP=__C_。

nP?nP0nP?nP0nP?nP0nP?nP0n?nA B. nA0 C. nS?nS0 D. nR?nR0 A. A04、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。

A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0

P(主)A5、对于单一反应组分的平行反应

S(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__。

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A作时间

32R，CA0?2.30kmol/m， 出口转化率xA3?0.7，每批操

t?t0?2.06h，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，MR=60，则反应器的体积V为

_C_m。

A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4

C?1mol/l8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B，?rA?0.01CAmol/l?s，当A0时，求

反应至CA?0.01mol/l所需时间t=____B___秒。

A. 400 B. 460 C. 500 D. 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

?opt?_____D__。

ln(K1/K2)K2?K1ln(K2/K1)K1K21K1K2A.

ln(K2/K1)K2?K1 B. C. D.

10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间

t0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

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