化學(xué)反應(yīng)工程期末考試試題與答案

《化學(xué)反應(yīng)工程》試題

XXX大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程試題B（開）卷

（答案）2011—2012學(xué)年第一學(xué)期

一、單項(xiàng)選擇題：（每題2分，共20分）

1.反應(yīng)器中等溫進(jìn)行著A-P（l）和A-R（2）兩個(gè)反應(yīng)，當(dāng)降低A的濃度后，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)生

成P的量顯著降低，而R的生成量略降低，表明（A）

A.反應(yīng)Q）對A的反應(yīng)級數(shù)大于反應(yīng)（2）B.反應(yīng)（1）對A的反應(yīng)級數(shù)小于反應(yīng)（2）

C.反應(yīng)（1）的活化能小于反應(yīng)（2）D.反應(yīng)（1）的反應(yīng)速率常數(shù)大于反應(yīng)（2）

2

2.四只相同體積的全混釜串聯(lián)操作，其無因次停留時(shí)間分布的方差值為（B）

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

A-^P-^Q

3.對一平行一連串反應(yīng)A—,P為目的產(chǎn)物，若活化能次序?yàn)椋篍20KE3,為

了目的產(chǎn)物的收率最大，則最佳操作溫度序列為（B）?

A.先高后低B.先低后高C.高溫操作D.低溫操作

4.兩個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器進(jìn)行串聯(lián)操作，反應(yīng)為一級不可逆，則第一釜的反應(yīng)速率-門,與

第二釜的反應(yīng)速率一j之間的關(guān)系為（A）o兩釜反應(yīng)溫度相同。

A.-rAi>-rA2B.-r1U=-rA2C.-rAi<-rA2D.不能確定何者為大

幺=0.1

5.已知一閉式反應(yīng)器的“乙，該反應(yīng)器若用多釜串聯(lián)模型來描述，則模型參數(shù)N為

（B）.

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

6.固體催化劑之所以能起催化作用，是由于催化劑的活性中心與反應(yīng)組分的氣體分子主要發(fā)

生（0。

A.物理吸附B.化學(xué)反應(yīng)C.化學(xué)吸附D.質(zhì)量傳遞

7.包括粒內(nèi)微孔體積在內(nèi)的全顆粒密度稱之為（B）

A.堆（積）密度B.顆粒密度C.真密度D.平均密度

8.在氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中，內(nèi)循環(huán)式無梯度反應(yīng)器是一種（C）。

A.平推流反應(yīng)器B.軸向流反應(yīng)器C.全混流反應(yīng)器D.多釜串聯(lián)反應(yīng)器

9.某液相反應(yīng)，其反應(yīng)式可寫成A+CRR+C這種反應(yīng)稱為(B=)-----2---------------

A.均相催化反應(yīng)B.自催化反應(yīng)C.鏈鎖反應(yīng)D.倩逆板血+JKBPB+KRPJ

10.高徑比不大的氣液連續(xù)鼓泡攪拌釜，對于其中的氣相和液相的流動(dòng)常可近似看成(B)

A.氣、液均為平推流B.氣、液均為全混流

C.氣相平推流、液相全混流D.氣相全混流、液相平推流

二、填空題(每題5分，共30分)

1.一不可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度從25七升高到359時(shí)，反應(yīng)速率增加一倍，則該反應(yīng)

的活化能為52894J/mol?

In-=—(―----)=ln2

%RTxT2

E

---------)=In2

8.314298308

解：E=52894J/mol,

2.一氣固催化反應(yīng)A+BTR,若本征反應(yīng)速率方程為:

則該反應(yīng)可能的反應(yīng)機(jī)理為

A+(T<=>A(y

2+2。Q2Ba

Ao+Bo人>Rb+a(此步為速率控制步驟)

Ro=H+a

3.間歇釜反應(yīng)器中進(jìn)行如下反應(yīng)：

al

/—>尸(1)-rA1=kiCA

NTS(2)一廿1(2(：『

在心。和反應(yīng)時(shí)間保持不變下，降低反應(yīng)溫度，釜液中G/Cs增大，表明活化能E1與E2的相對

大小為E1VE2；在溫度和反應(yīng)時(shí)間保持不變下,增高反應(yīng)濃度，釜液中G/Cs

增大，表明反應(yīng)級數(shù)al、a2的相對大小為al>a2。

A.al>a2B.al<a2C.活化能E1〈E2D.活化能E1>E2

4.從反應(yīng)器停留時(shí)間分布測定中,求得無因次方差C；=°98,反應(yīng)器可視為全混流反應(yīng)器

又若求得無因次方差°；=：°2,則反應(yīng)器可視為活塞流反應(yīng)器。

5.有兩個(gè)有效容積不等的全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作，反應(yīng)為二級不可逆?瓦拉代G?C翳大釜在先，

小釜在后，出口轉(zhuǎn)化率為XAU小釜在先、大釜在后，則出口轉(zhuǎn)化率初痂/解懵丸下，進(jìn)料

流速、進(jìn)料濃度和反應(yīng)溫度均相同，比較XA1和XA2的相對大小為XM<XA2o

6.在固定床反應(yīng)器中，分別進(jìn)行一級和二級不可逆氣固催化反應(yīng)，試比較a、b兩處的n值大

小(a處靠近反應(yīng)器的進(jìn)口，b處靠近反應(yīng)器的出口)，并說明理由。

(1)一級放熱反應(yīng)，絕熱操作；n.>nb

(2)二級反應(yīng)，等溫操作。n,〈rib

三、問答題(每題6分，共12分)

1.液相復(fù)合反應(yīng)，若為使目的產(chǎn)物P的選擇性高，應(yīng)選擇：

(1)若采用間歇反應(yīng)釜，其加料方式為？

(2)若采用管式反應(yīng)器，其進(jìn)料方式為？

(3)若E〉E2,則反應(yīng)溫度應(yīng)盡可能采用高溫或低溫？

答：為使目的產(chǎn)物P的選擇性高，應(yīng)選擇：

(1)若采用間歇反應(yīng)釜，其加料方式為A一次性加入，B連續(xù)滴加;

(2)若采用管式反應(yīng)器，其進(jìn)料方式為A從反應(yīng)器進(jìn)口處加入，B沿管長多處加入；

(3)若&>Ez,則反應(yīng)溫度應(yīng)采用高溫。

2.在四段絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行n級不可逆反應(yīng)，各段的催化劑量相同，且控制進(jìn)入各段

的反應(yīng)物料溫度相等.若n>0,試問

(1)哪一段的凈轉(zhuǎn)化率最大?哪一段最小？

(2)若段間采用冷激方法進(jìn)行降溫,試問第一段與第二段之間和第二段與第三段之間

哪處需加入的冷激劑量多？為什么？

解：(1)雖然各段進(jìn)口溫度相等，在催化劑量相同的情況下，凈轉(zhuǎn)化率也按1至4段的順

序遞減，第一段最大，第二段次之，第三段再次之，第四段最小.

(2)因第一段反應(yīng)量大于第二段反應(yīng)量，所以1-2段間要取出的熱量比2-3段間要取出

的熱量大，因而1-2段間需要的冷激量也大于2-3段間需要的冷激劑量.

四、計(jì)算題：(第1,2題均為12分，第3題為14分，共38分)

1.在反應(yīng)體積為1n?的釜式反應(yīng)器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反應(yīng)生產(chǎn)丙二醇-1,2：

H2COCHCH3+H2O.H2COHCHOHCH3

該反應(yīng)對環(huán)氧丙烷為一級，對水為零級，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于0.98h%原料液中環(huán)氧

丙烷的濃度為2.lkmol/m3,環(huán)氧丙烷的最終轉(zhuǎn)化率為90%。

(1)若采用間歇操作，輔助時(shí)間為0.65h,則丙二醇-1,2的日產(chǎn)量是多少？

(2)有人建議改在定杰下連續(xù)操作，其余條件不變，則丙二醇T,2的日產(chǎn)量又是多少？

(3)為什么這兩種操作方式的產(chǎn)量會有不同？

解.匕=1〃/,〃=kCA，k=0.98(1,CA()=2.1kmol/1,XA=0.9

(1)一級不可逆反應(yīng)：

Z=--ln(l-x)=-一—ln(l-0.9)=2.35〃

k/lf0.98

匕=00(/+如)=Qo(2.35+0.65)=1

Q?=l/3m3/h

丙二醇的濃度=GoX/=2.1x0.9=1.89kmolInt^

丙二醇的產(chǎn)量=QoCAo'Af=1.89x1/3=0.63〃〃，。//〃=15.15A〃i。//日

⑵采用定態(tài)下連續(xù)操作2A+B—^P

.；2°x*2)x0.9=1A+2B^^Q

r

-k(l-XAf)-0.98(1-0.9)一

所以Qo=O.109m7h

丙二醇的產(chǎn)量=0.109義1.89=0.2058AM。//h=4.939A/M。//日

(3)因連續(xù)釜在低的反應(yīng)物濃度下操作，反應(yīng)速率慢，故產(chǎn)量低。

2.對一閉式反應(yīng)器進(jìn)行停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)測定，在Q=300L/min下，得到E(t)?t關(guān)系如

下圖所示。由于該圖放置已久，縱坐標(biāo)模糊不清。試根據(jù)E(t)函數(shù)性質(zhì)確定并計(jì)算：

(1)E(t)

(2)F(t)

(3)該反應(yīng)器體積為多少？

(4)多級串聯(lián)模型參數(shù)N為多少？

⑸無因次方差W為多少？

(6)軸向擴(kuò)散模型參數(shù)產(chǎn)。為多少？

答：

(1)E(t)=-1/200(t-20)

(2)F(t)=-t2/400+0.It

(3)V=2m3

(4)多級串聯(lián)模型參數(shù)N=2

a2=J_=l

⑸無因次方差N2

(6)Pe=2.56

3.某一級不可逆氣固催化反應(yīng)，在反應(yīng)溫度1502下，測得女尸5丁,有效擴(kuò)散系數(shù)D40.2cm2/s。

求：

(1)當(dāng)顆粒直徑為0.1mm時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散影響是否已消除？

(2)欲保持催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子為0.8,則顆粒直徑應(yīng)不大于多少？

“、上dpIkP0.01I5..1

丫6丫加6V0.23

1(11>

(2)7]=---------------------=0.8

0l^tanh303。，

試差，得0=0.68

空叵=空尸二)68

6\DeA6V0.26

解d<0.816cm

nr:P

湖北XX大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程試題

一、選擇題

1、氣相反應(yīng)C°+3H2K=CH4+H2。進(jìn)料時(shí)無惰性氣體，c°與”2以1：2摩爾比進(jìn)料，則

膨脹因子生。=A。

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

K[K-

2、一級連串反應(yīng)A----AP——2AS在間歇式反應(yīng)器中，則目的產(chǎn)物p的最大濃度

3、串聯(lián)反應(yīng)AfP（目的）fR+S,目的產(chǎn)物P與副產(chǎn)物S的選擇性Sp二上。

〃p―〃尸0幾p-建P一〃一()九p-九PO

Dn-n

A.nA0_nAB.幾AOQ〃S一冷SORR()

4、全混流反應(yīng)器的容積效率n=l.o時(shí)，該反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)n_Lo

A.<0B.=0C.20D.>0

P（主）

A一

5、對于單一反應(yīng)組分的平行反應(yīng)s（副），其瞬間收率9P隨C”增大而單調(diào)下降,

則最適合的反應(yīng)器為__B_o

A.平推流反應(yīng)器B.全混流反應(yīng)器

C.多釜串聯(lián)全混流反應(yīng)器D.全混流串接平推流反應(yīng)器

6、對于反應(yīng)級數(shù)n>0的不可逆等溫反應(yīng),為降低反應(yīng)器容積，應(yīng)選用A。

A.平推流反應(yīng)器B.全混流反應(yīng)器

C.循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器D.全混流串接平推流反應(yīng)器

7、一級不可逆液相反應(yīng)A=>2R,CA。=2.30%。//"：出口轉(zhuǎn)化率4=0'每批操

作時(shí)間‘+'。=206/?,裝置的生產(chǎn)能力為50000kg產(chǎn)物R/天，MR=60,則反應(yīng)器的體積V為

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

8、在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級反應(yīng)A-B,一當(dāng)Go=加。〃/時(shí)，求

反應(yīng)至g=I"?。/"所需時(shí)間t=_B__秒。

A.400B.460C.500D.560

9,一級連串反應(yīng)A-P-S在全混流釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，使目的產(chǎn)物P濃度最大時(shí)的最優(yōu)空

時(shí)%?=D_?

111(焰/5)卜(4/6)ln(KJKJ1

10、分批式操作的完全混合反應(yīng)器非生產(chǎn)性時(shí)間八，不包括下列哪一項(xiàng)B。

A.加料時(shí)間B.反應(yīng)時(shí)間C.物料冷卻時(shí)間D.清洗釜所用時(shí)間

11、全混流反應(yīng)器中有_匚個(gè)穩(wěn)定的定常態(tài)操作點(diǎn)。

A.1B.2C.3D.4

12、全混流反應(yīng)器的容積效率n小于1.0時(shí)，且隨著'A的增大而減小，此時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)

nDo

A.<0B.=0C.20D.>0

13、當(dāng)反應(yīng)級數(shù)n2時(shí)，微觀流體具有比宏觀流體高的出口轉(zhuǎn)化率。

A.=0B.=1C.>1D.<1

14、軸向分散模型的物料衡算方程的初始條件和邊界條件與無關(guān)。

A.示蹤劑的種類B.示蹤劑的輸入方式C.管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)D.檢測位置

15、對于氣-液相反應(yīng)幾乎全部在液相中進(jìn)行的極慢反應(yīng)，為提高反應(yīng)速率，應(yīng)選用—C

裝置。

A.填料塔B.噴灑塔C.鼓泡塔D,攪拌釜

一㈣=k,￡W

16、催化劑在使用過程中會逐漸失活，其失活速率式為dt,當(dāng)平行失活對反應(yīng)

物有強(qiáng)內(nèi)擴(kuò)散阻力時(shí)，d為C.

A.*0B.=1C.f3D.

17、不屬于氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器擬均相二維模型的特點(diǎn)是一

A.粒子與流體間有溫度差B.粒子與流體間無溫度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層軸向有溫度梯度

18、屬于氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器擬均相二維模型的特點(diǎn)是A。

A.粒子與流體間有濃度差B.粒子與流體間無濃

度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層徑向有濃度

梯度

19、下列哪一項(xiàng)不屬于流化床反應(yīng)器按深度而分的第II級模型的特點(diǎn)

A.各參數(shù)均為恒值B.參數(shù)值不隨床高而變

C.參數(shù)值與氣泡大小無關(guān)D.參數(shù)值與氣泡大小有關(guān)

20、流化床反應(yīng)器中的操作氣速。。是根據(jù)具體情況定的，一般取流化數(shù)在范圍

內(nèi)。

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

21、全混流反應(yīng)器進(jìn)行放熱反應(yīng)時(shí)，要使反應(yīng)器操作在穩(wěn)定的定常態(tài)，則必須滿足以下條件C

A.移熱速率＞放熱速率B.移熱速率〈放熱速率

C.移熱速率隨溫度變化率＞放熱速率隨溫度的變化率

D.移熱速率隨溫度變化率〈放熱速率隨溫度的變化率

22、氣固催化反應(yīng)本征速率是指排除阻力后的反應(yīng)速率。

A.外擴(kuò)散阻力B.內(nèi)擴(kuò)散C.內(nèi)外擴(kuò)散D.吸附和脫附

23、等溫液相反應(yīng)A+B-Prp=klCACB,2A-*RrR=k2CA2

P為目的產(chǎn)物，有下列四種方案可供選擇，從提高P的收率著眼適宜選用D

A.間歇釜式反應(yīng)器，A和B一次性加入；B.全混流反應(yīng)器;

C.半間歇釜式反應(yīng)器，A一次性加入，B連續(xù)滴加；

D.半間歇釜式反應(yīng)器，B一次性加入，A連續(xù)滴加。

24、乙苯在催化劑上脫氫生成苯乙烯，經(jīng)一段時(shí)間反應(yīng)后，苯乙烯生成量不再增加，乙苯仍大

量存在，表明這是一個(gè)B反應(yīng)。

A.慢速B.可逆C.自催化D.不可逆

K[K2

25、等溫恒容下進(jìn)行各步均為一級不可逆串聯(lián)反應(yīng)A-AP----AS若保持相同的轉(zhuǎn)化

率X”調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度使kz/ki降低，則P的收率將A

A.增大B.減小C.不變D.先增后減

26、在全混流反應(yīng)器中，反應(yīng)器的有效容積與進(jìn)料流體的容積流速之比為__4_。

A.空時(shí)TB.反應(yīng)時(shí)間tC.停留時(shí)間

tD.平均停留時(shí)間

27、階躍示蹤法測定停留時(shí)間分布對應(yīng)曲線為B。

A.E(t)曲線B.F(t)曲線C.I(t)曲線D.y

(t)曲線

28、氣固催化反應(yīng)的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)，其中L為特征長度，若顆粒為球形則L=_g_。

A.厚度/2B.RC.

R/2D.R/3

29、對于反應(yīng)級數(shù)n>0的不可逆等溫反應(yīng)，為降低反應(yīng)器容積，應(yīng)選用A。

A.平推流反應(yīng)器B.全混流反應(yīng)器

C.循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器D.全混流串接平推流反應(yīng)器

二、填空題

1、化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究化學(xué)反應(yīng)的工程問題的科學(xué)。

2、化學(xué)反應(yīng)速率式為如用濃度表示的速率常數(shù)為用壓力表示的速率常數(shù)

右,則Kc=(RT嚴(yán)⑶J

______P(主)

A

3、平行反應(yīng)s(副)均為一級不可逆反應(yīng)，若E上>%,選擇性s。與濃度無關(guān),

僅是溫度的函數(shù)。

4,對于反應(yīng)級數(shù)n>0的反應(yīng)，為降低反應(yīng)器容積，應(yīng)選用平推流反應(yīng)器為宜。

5、對于恒容的平推流管式反應(yīng)器平均停留時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、空時(shí)一致。

6,若流體是分子尺度作為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元來進(jìn)行混合，這種流體稱為微觀流體。

7、流體的混合程度常用調(diào)勻度S、流體的混合態(tài)來描述。

8、催化劑在使用過程中，可能因晶體結(jié)構(gòu)變化、融合等導(dǎo)致表面積減少造成的物理失活,

也可能由于化學(xué)物質(zhì)造成的中毒或物料發(fā)生分解而造成的二時(shí)失活。

9、對于多孔性的催化劑，分子擴(kuò)散很復(fù)雜，當(dāng)微孔孔徑在約O.lum時(shí),分子與孔壁的碰撞

為擴(kuò)散阻力的主要因素，這種擴(kuò)散稱為努森擴(kuò)散。

10、絕熱床反應(yīng)器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當(dāng)作平推流處理，只考慮流體流動(dòng)方向上

有溫度和濃度的變化，因此一般可用擬均相一維模型來計(jì)算。

11、對于可逆的放熱反應(yīng)，存在著使反應(yīng)速率最大的最優(yōu)溫度和平衡溫度二者的關(guān)系

『q=Rln旦

為Q,T°p[E?-E[。

12、描述流化床的氣泡兩相模型，以“。的氣速進(jìn)入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流

化速度"""通過，而其余部分一。"“'則全部以氣泡的形式通過。

13、描述流化床的數(shù)學(xué)模型，對于氣、乳兩相的流動(dòng)模式一般認(rèn)為X相為平推流，而對—

埠相則有種種不同的流型。

14、多相反應(yīng)過程是指同時(shí)存在兩個(gè)或更多相態(tài)的反應(yīng)系統(tǒng)所進(jìn)行的反應(yīng)過程。

15、三傳一反是化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)。

16、不論是設(shè)計(jì)、放大或控制，都需要對研究對象作出定量的描述，也就要用數(shù)學(xué)式來表達(dá)個(gè)

參數(shù)間的關(guān)系，簡稱數(shù)學(xué)模型.。

KiK）

17、一級連串反應(yīng)A-AP—?S在平推流反應(yīng)器中，則目的產(chǎn)物P的最大濃度

（j、憶（9）].

1^11g/占）

“一九K0-nK

/CK-

18、著眼反應(yīng)組分K的轉(zhuǎn)化率的定義式為"K。。

19、一級連串反應(yīng)AS在間歇式全混流反應(yīng)器中，則目的產(chǎn)物P的最大濃度

IK]ln（&/匕）

Cp.max=、。必一J、々2一"1）

20、化學(xué)反應(yīng)速率式為-〃=KcC：C?,如用濃度表示的速率常數(shù)為右，用壓力表示的速率常

數(shù)七，則弓=J

21、理想反應(yīng)器是指全混流反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器。

22、具有良好攪拌裝置的釜式反應(yīng)器按金遨匚反應(yīng)器處理，而管徑小，管子較長和流速較大

的管式反應(yīng)器按平推流反應(yīng)器處理。

dQdQc

23、全混流反應(yīng)器穩(wěn)定的定常態(tài)操作點(diǎn)的判據(jù)為,打）dT

24、平推流反應(yīng)器的返混為_L。

25、一個(gè)可逆的均相化學(xué)反應(yīng)，如果正、逆兩向反應(yīng)級數(shù)為未知時(shí)，采用初始速率法法來求

反應(yīng)級數(shù)。

26、分批式完全混合反應(yīng)器操作的優(yōu)化分析是以平均生產(chǎn)速率最大、一生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)最低為目

標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化的。

27、軸向分散模型的數(shù)學(xué)期望值,方差。

28、測定氣-液相反應(yīng)速率的方法與均相反應(yīng)時(shí)不同之點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)時(shí)要排除氣相和液相中的_￡

散阻力，使反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。

29、在流化床中為了傳熱或控制氣-固相間的接觸，常在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件，但很少使用水平

構(gòu)件，它對顆粒和氣體的上下流動(dòng)起一定的阻滯作用，從而導(dǎo)致床內(nèi)產(chǎn)生明顯的量度_梯

度和濃度梯度。

30、對于氣-固系統(tǒng)的流化床反應(yīng)器的粗顆粒系統(tǒng)，氣速超過起始流化速度后，就出現(xiàn)氣泡，

氣速愈高，氣泡的聚并及造成的擾動(dòng)亦愈劇烈，使床層波動(dòng)頻繁，這種流化床稱為聚式流

化床_。

31、當(dāng)前用于描述氣-液兩相流相間傳質(zhì)的模型有兩大類：一是按穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散來處理的雙膜模型

一是按非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散處理模型，如溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型。

32、在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，根據(jù)基礎(chǔ)資料建立物料衡算式的一般式為輸入量=輸出量+反應(yīng)量+累

積量。

33、活化能的大小直接反映了反應(yīng)速率對溫度的敏感程度。

34、生成主產(chǎn)物的反應(yīng)稱為主反應(yīng)，其它的均為副反應(yīng)。

35、固定床中顆粒的體積相當(dāng)直徑定義為具有相同體積V。的球粒子直徑，表達(dá)式d,=（6VP/

n產(chǎn)。

三、分析解答題

1、簡述等溫恒容平推流反應(yīng)器空時(shí)、反應(yīng)時(shí)間、停留時(shí)間三者關(guān)系？

空時(shí)是反應(yīng)器的有效容積與進(jìn)料流體的容積流速之比。（①分）反應(yīng)時(shí)間是反應(yīng)

物料進(jìn)入反應(yīng)器后從實(shí)際發(fā)生反應(yīng)的時(shí)刻起到反應(yīng)達(dá)某一程度所需的反應(yīng)時(shí)間。

（①分）停留時(shí)間是指反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)器的時(shí)刻算起到離開反應(yīng)器內(nèi)共停留了多

少時(shí)間。（①分）由于平推流反應(yīng)器內(nèi)物料不發(fā)生返混，具有相同的停留時(shí)間且

等于反應(yīng)時(shí)間，恒容時(shí)的空時(shí)等于體積流速之比，所以三者相等。（②分）

2、簡述階躍示蹤法測停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其對應(yīng)曲線？

階躍示蹤法是對于定常態(tài)的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，（①分）在某瞬間t=0將流入系統(tǒng)的流

體切換為含有示蹤劑A且濃度為Cw的流體，（①分）同時(shí)保持系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)模式不

變，并在切換的同時(shí)，在出口處測出出口流體中示蹤劑A的濃度隨時(shí)間的變化。

尸⑺=

（①分）對應(yīng)的曲線為F（t）,Joo（②分）

3、簡述均相反應(yīng)及其動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容？

答：參與反應(yīng)的各物質(zhì)均處于同一個(gè)相內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)稱為均相反應(yīng)。均相反

應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究各種因素如溫度、催化劑、反應(yīng)物組成和壓力等對反應(yīng)速率、反

應(yīng)產(chǎn)物分布的影響，并確定表達(dá)這些影響因素與反應(yīng)速率之間定量關(guān)系的速率方

程。

4、對于可逆放熱反應(yīng)如何選擇操作溫度？

答：1）對于放熱反應(yīng)，要使反應(yīng)速率盡可能保持最大，必須隨轉(zhuǎn)化率的提高，

按最優(yōu)溫度曲線相應(yīng)降低溫度；2）這是由于可逆放熱反應(yīng)，由于逆反應(yīng)速率也

隨反應(yīng)溫度的提高而提高，凈反應(yīng)速率出現(xiàn)一極大值；3）而溫度的進(jìn)一步提高

將導(dǎo)致正逆反應(yīng)速率相等而達(dá)到化學(xué)平衡。

5、簡述氣-液反應(yīng)的宏觀過程：A（g）+bB（1）-產(chǎn)物（1）?

1）反應(yīng)物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達(dá)到氣液相平

衡；2）反應(yīng)物氣相組分A從氣液相界面擴(kuò)散入液相，并在液相內(nèi)反應(yīng)；3）液

相內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物向濃度下降方向擴(kuò)散，氣相產(chǎn)物則向界面擴(kuò)散；4）氣相產(chǎn)物向

氣相主體擴(kuò)散。

6、簡述固定床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)？

1）催化劑在床層內(nèi)不易磨損；2）床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近于平推流，與返混式

反應(yīng)器相比，用較少的催化劑和較小的反應(yīng)器容積來獲得較大的生產(chǎn)能力；3）

固定床中的傳熱較差；4）催化劑的更換必須停產(chǎn)進(jìn)行。

A<C

7、對于反應(yīng)'S,小=占1，其活化能為勺=心孰，其活化能為當(dāng)，

當(dāng)用>當(dāng)時(shí)如何選擇操作溫度可以提高產(chǎn)物的收率？

_rR_一RTc

QR———E,RTJA—7匕JA

答：對于平行反應(yīng)勺卜20廣，k2Q',所以，當(dāng)當(dāng)時(shí)應(yīng)

盡可能提高反應(yīng)溫度，方可提高R的選擇性，提高R的收率

8、簡述氣固流化床反應(yīng)器氣泡兩相模型的特點(diǎn)？

1）以U。的氣速進(jìn)入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流動(dòng)速度通過，而

其余部分以（U°-U或）則全部以氣泡的形式通過；2）床層從流化前的高度L增

高到流化時(shí)的高度Lf,完全是由于氣泡的體積所造成；3）氣泡相為向上的平推

流，大小均一；4）反應(yīng)完全在乳相中進(jìn)行；5）氣泡與乳相間的交換量Q為穿

流量q與擴(kuò)散量之和。

9、簡述雙膜理論？

該模型設(shè)想在氣-液兩相流的相界面處存在著呈滯流狀態(tài)的氣膜和液膜，而把氣

液兩相阻力集中在這兩個(gè)流體膜內(nèi)，而假定氣相主體和液相主體內(nèi)組成均一，不

存在傳質(zhì)阻力。組分是通過在氣膜和液膜內(nèi)的穩(wěn)定的分子擴(kuò)散過程來進(jìn)行傳質(zhì)

的，通過氣膜傳遞到相界面的溶質(zhì)組分瞬間的溶于液體且達(dá)到平衡。因此，把復(fù)

雜的相間傳質(zhì)過程模擬成串聯(lián)的穩(wěn)定的雙膜分子擴(kuò)散過程的疊加，相間傳質(zhì)總阻

力等于傳質(zhì)阻力的加和。

10、簡述理想反應(yīng)器的種類？

通常所指的理想反應(yīng)器有兩類：理想混合（完全混合）反應(yīng)器和平推流（活塞流

或擠出流）反應(yīng)器。所謂完全混合流反應(yīng)器是指器內(nèi)的反應(yīng)流體瞬間達(dá)到完全混

合，器內(nèi)物料與反應(yīng)器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推流反應(yīng)器是指

器內(nèi)反應(yīng)物料以相同的流速和一致的方向進(jìn)行移動(dòng)，不存在不同停留時(shí)間的物料

的混合，所有的物料在器內(nèi)具有相同的停留時(shí)間。

11、簡述氣固流化床反應(yīng)器鼓泡床模型的特點(diǎn)？

答：假定床頂出氣組成完全可用氣泡中的組成代表，而不必計(jì)及乳相中的情況，

對氣泡的組成進(jìn)行計(jì)算便可以達(dá)到反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率

12、簡述理想反應(yīng)器的種類。

答：通常所指的理想反應(yīng)器有兩類：理想混合（完全混合）反應(yīng)器和平推流（活

塞流或擠出流）反應(yīng)器。所謂完全混合流反應(yīng)器是指器內(nèi)的反應(yīng)流體瞬間達(dá)到完

全混合，器內(nèi)物料與反應(yīng)器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推流反應(yīng)器

是指器內(nèi)反應(yīng)物料以相同的流速和一致的方向進(jìn)行移動(dòng)，不存在不同停留時(shí)間的

物料的混合，所有的物料在器內(nèi)具有相同的停留時(shí)間

化學(xué)反應(yīng)工程期末試題

科目：化學(xué)反應(yīng)工程適用對象:化學(xué)工程與工藝本科

I.填空題

11)

化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究的科學(xué)。

2.(1)

化學(xué)反應(yīng)速率式為一5=KCCg,如用濃度表示的速率常數(shù)為Kc,用壓力表示的速率常數(shù)Kj

則“c=______勺。

3.(2)

一—=P(主)

A

平行反應(yīng)S(副)均為一級不可逆反應(yīng)，若%>￡%選擇性S.與無關(guān)，僅是

_______的函數(shù)。

4.(1)

對于反應(yīng)級數(shù)n>0的反應(yīng)，為降低反應(yīng)器容積，應(yīng)選用______反應(yīng)器為宜。

5.(3)

對于恒容的平推流管式反應(yīng)器、、一致。

6.(1)

若流體是分子尺度作為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元來進(jìn)行混合，這種流體稱為______.

7.(2)

流體的混合程度常用、來描述。

8.(2)

催化劑在使用過程中，可能因晶體結(jié)構(gòu)變化、融合等導(dǎo)致表面積減少造成的.一失活，也可

能由于化學(xué)物質(zhì)造成的中毒或物料發(fā)生分解而造成的失活。

9.(1)

對于多孔性的催化劑，分子擴(kuò)散很復(fù)雜，當(dāng)微孔孔徑在約時(shí)，分子與孔壁的碰撞為擴(kuò)散

阻力的主要因素。

10.(1)

絕熱床反應(yīng)器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當(dāng)作平推流處理，只考慮流體流動(dòng)方向上有溫

度和濃度的變化，因此一般可用模型來計(jì)算。

1L⑴

對于可逆的放熱反應(yīng)，存在著使反應(yīng)速率最大的最優(yōu)溫度和平衡溫度4“，二者的關(guān)系為

12.(1)

描述流化床的氣泡兩相模型，以“。的氣速進(jìn)入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流化速度

”時(shí)通過，而其余部分______則全部以氣泡的形式通過。

13.(2)

描述流化床的數(shù)學(xué)模型，對于氣、乳兩相的流動(dòng)模式一般認(rèn)為相為平推流，而對—

相則有種種不同的流型。

14.(1)

多相反應(yīng)過程是指同時(shí)存在相態(tài)的反應(yīng)系統(tǒng)所進(jìn)行的反應(yīng)過程。

IL單項(xiàng)選擇

1.(2)

一級連串反應(yīng)A-P-S在全混流釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，使目的產(chǎn)物P濃度最大時(shí)的最優(yōu)空時(shí)

ln(KJKJln(K"K?)3七/&)

A.B.K「K\C.』K[K]

2.(2)

全混流反應(yīng)器的容積效率n小于1.0時(shí)，且隨著ZA的增大而減小，此時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)

A.<0C.20

3.(2)

當(dāng)反應(yīng)級數(shù)n時(shí)，微觀流體具有比宏觀流體高的出口轉(zhuǎn)化率。

A.=0C.>1

4.(2)

軸向分散模型的物料衡算方程的初始條件和邊界條件與無關(guān)。

A.示蹤劑的種類B.示蹤劑的輸入方式C.管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)D.檢測位置

5.(2)

對于氣-液相反應(yīng)幾乎全部在液相中進(jìn)行的極慢反應(yīng)，為提高反應(yīng)速率，應(yīng)選用裝置。

A.填料塔B.噴灑塔C.鼓泡塔D.攪拌釜

6.(2)

催化劑在使用過程中會逐漸失活，其失活速率式為力，當(dāng)平行失活對反應(yīng)物有

強(qiáng)內(nèi)擴(kuò)散阻力時(shí)，d為o

A.^0B.=1C.-*3D.^1

7.(2)

不屬于氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器擬均相二維模型的特點(diǎn)是。

A.粒子與流體間有溫度差B.粒子與流體間無溫度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層軸向有溫度梯度

8.(2)

不屬于氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器擬均相二維模型的特點(diǎn)是。

A.粒子與流體間有濃度差B.粒子與流體間無濃度差

C.床層徑向有溫度梯度D.床層徑向有濃度梯度

9.(2)

下列哪一項(xiàng)不屬于流化床反應(yīng)器按深度而分的第II級模型的特點(diǎn)_______。

A.各參數(shù)均為恒值B.參數(shù)值不隨床高而變

C.參數(shù)值與氣泡大小無關(guān)D.參數(shù)值與氣泡大小有關(guān)

10.(2)

流化床反應(yīng)器中的操作氣速。。是根據(jù)具體情況定的，一般取流化數(shù)0。/4”在范圍內(nèi)。

A.0.1~0.4B.1.5—10C.10-15D.0.4?1.5

III.簡答題

15)

簡述等溫恒容平推流反應(yīng)器空時(shí)、反應(yīng)時(shí)間、停留時(shí)間三者關(guān)系？

2.(5)

簡述階躍示蹤法測停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其對應(yīng)曲線？

3.(5)

簡述氣-液反應(yīng)的宏觀過程：A(g)+bB(1)f產(chǎn)物(1)?

4.(5)

簡述固定床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)？

5.(5)

簡述氣固流化床反應(yīng)器氣泡兩相模型的特點(diǎn)？

6.(5)

簡述雙膜理論？

IV.計(jì)算題

1.(10)

醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水，而副反應(yīng)生成甲烷和二氧化碳：

CH^COOH—^CH2=CO+H2OCHiCOOH—CH4+CO2

已知在9160c時(shí)勺=4.65s=3.74si,試計(jì)算：

1)99%的醋酸反應(yīng)掉的時(shí)間；(6分)

2)在此反應(yīng)條件下醋酸轉(zhuǎn)化成乙烯酮的選擇性。(4分)

2.(10)

有一級不可逆反應(yīng)A-P,在85℃時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)為3.45h‘，今擬在一個(gè)容積為10m：'的釜式反應(yīng)

器中進(jìn)行，若最終轉(zhuǎn)化率為X'=。95,設(shè)該反應(yīng)的處理量為1.82n?/h,今若改用兩個(gè)容積相等

的串聯(lián)釜操作，求反應(yīng)器的總?cè)莘e？

3.(10)

(A)(P)(S)

c6H6一^C6HseIC6H4C/2

_"C4=k]C、dCp=_k[Cp

反應(yīng)速度出1\dt'P,在恒溫恒容下求等容積的兩釜串聯(lián)全混流反

應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行這一反應(yīng)時(shí)，求目的產(chǎn)物P的選擇性品，其中匕=1.0(/尸)，七=0.5(力

V/v=r=l(/z),C=C=0C=\moUl

0P050，A0°

4.(10)

21122

有一個(gè)反應(yīng)器測其方差5=-5min,r=15min；如果這個(gè)反應(yīng)器可以用等體積多釜串聯(lián)

模型來描述，并在這個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)A+B-2R,已知一心二KCACB,

CA0=CB0=\2mol/lk=11/molmin,求反應(yīng)器的出口轉(zhuǎn)化率？

5.(5)

用多級全混流串聯(lián)模型來模擬一管式反應(yīng)裝置中的脈沖實(shí)驗(yàn)，已知°；=8.971,/=6.187,

攵=0.15求

1)推算模型參數(shù)N；(3分)

2）推算一級不可逆等溫反應(yīng)的出口轉(zhuǎn)化率。（2分）

化學(xué)反應(yīng)工程期末復(fù)習(xí)題答案

（1）

1.(1)

化學(xué)反應(yīng)的工程問題

2.(1)

(RT嚴(yán)+⑶

3.(2)

濃度、溫度

4.(1)

平推流

5.(3)

平均停留時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、空時(shí)

6.(1)

微觀流體

7.(2)

調(diào)勻度S、流體的混合態(tài)

8.(2)

物理、化學(xué)

9.(1)

0.lum

10.(1)

擬均相一維

11.(1)

幾一?,_R/

Teq-Topt~E2-E.耳

12.(1)

U。-U,”f

13.(2)

氣、乳

14.(1)

兩個(gè)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）

空時(shí)是反應(yīng)器的有效容積與進(jìn)料流體的容積流速之比。（①分）反應(yīng)時(shí)間是反應(yīng)物料進(jìn)入反應(yīng)器

后從實(shí)際發(fā)生反應(yīng)的時(shí)刻起到反應(yīng)達(dá)某一程度所需的反應(yīng)時(shí)間。（①分）停留時(shí)間是指反應(yīng)物進(jìn)

入反應(yīng)器的時(shí)刻算起到離開反應(yīng)器內(nèi)共停留了多少時(shí)間。（①分）由于平推流反應(yīng)器內(nèi)物料不發(fā)

生返混，具有相同的停留時(shí)間且等于反應(yīng)時(shí)間，恒容時(shí)的空時(shí)等于體積流速之比，所以三者相

等。（②分）

2.（5）

階躍示蹤法是對于定常態(tài)的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，（①分）在某瞬間t=O將流入系統(tǒng)的流體切換為含有

示蹤劑A且濃度為C人。的流體，（①分）同時(shí)保持系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)模式不變，并在切換的同時(shí)，在出

F（t）=邑

口處測出出口流體中示蹤劑A的濃度隨時(shí)間的變化。（①分）對應(yīng)的曲線為F（t）,。八。。

（②分）

3.（5）

1）反應(yīng)物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達(dá)到氣液相平衡；②分

2）反應(yīng)物氣相組分A從氣液相界面擴(kuò)散入液相，并在液相內(nèi)反應(yīng)；①分

3）液相內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物向濃度下降方向擴(kuò)散，氣相產(chǎn)物則向界面擴(kuò)散;①分

4）氣相產(chǎn)物向氣相主體擴(kuò)散。①分

4.（5）

凡是流體通過不動(dòng)的固體物料所形成的床層而進(jìn)行反應(yīng)的裝置都稱作固定床反應(yīng)器。（①分）

1）催化劑在床層內(nèi)不易磨損；（①分）

2）床層內(nèi)流體的流動(dòng)接近于平推流，與返混式反應(yīng)器相比，用較少的催化劑和較小的反應(yīng)器容

積來獲得較大的生產(chǎn)能力：（①分）

3）固定床中的傳熱較差；（①分）

4）催化劑的更換必須停產(chǎn)進(jìn)行。（①分）

5.（5）

1）以U。的氣速進(jìn)入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流動(dòng)速度W通過,而其余部分以（U「UM）

則全部以氣泡的形式通過；①分

2）床層從流化前的高度5增高到流化時(shí)的高度L,完全是由于氣泡的體積所造成；①分

3）氣泡相為向上的平推流，大小均一；①分

4）反應(yīng)完全在乳相中進(jìn)行；①分

5）氣泡與乳相間的交換量Q為穿流量q與擴(kuò)散量之和。①分

6.（5）

該模型設(shè)想在氣-液兩相流的相界面處存在著呈滯流狀態(tài)的氣膜和液膜，（①分）而把氣液兩相

阻力集中在這兩個(gè)流體膜內(nèi)，而假定氣相主體和液相主體內(nèi)組成均一，不存在傳質(zhì)阻力（①分）。

組分是通過在氣膜和液膜內(nèi)的穩(wěn)定的分子擴(kuò)散過程來進(jìn)行傳質(zhì)的，通過氣膜傳遞到相界面的溶

質(zhì)組分瞬間的溶于液體且達(dá)到平衡（①分）。因此，把復(fù)雜的相間傳質(zhì)過程模擬成串聯(lián)的穩(wěn)定的

雙膜分子擴(kuò)散過程的疊加（①分），相間傳質(zhì)總阻力等于傳質(zhì)阻力的加和（①分）。

1.（10）

解：設(shè)在時(shí)間t時(shí)乙烯酮和甲烷的濃度分別為x和y,初始為°八。，則

鋁①分

先右（以-…）

①分

d(x+y).

---=(占+女2)(CAO-x-y)

相加得①分

."(x+y)=&+k2)dt

將其積分/一(》+》)

In————=(k.+k,)t

CA0-(x+y)'②分

1)當(dāng)轉(zhuǎn)化率為99%時(shí)

x+y=0.99CM①分

1

----------In---=0.549s

4.65+3.741-0.99①分

_dx

sQp=~r

2)瞬時(shí)選擇性為dy①分

x_k、_4.65

積分得yA3.74②分

Y

S=-=55A%

y①分

2.(10)

解：由于兩等體積釜串聯(lián)，則

T1=T2①分

r=以

A'N~(1+S)"

②分

C

(1+3)2=六

①分

°盛二0空=1—屋=0.95

4

而②分

即(1+2=20=1.006/?

kTj)Tj=①分

=—=>=T.v0=1.006x1.82=1.8363

由％②分

反應(yīng)器的總?cè)莘e為V=2匕=3-66加

①分

3.(10)

r=r

解:等容積釜串聯(lián)應(yīng)有7=4+72i2=l/2r=0.5/z①分

對第二個(gè)全混流反應(yīng)器作物料衡算

V(C-C)=k.CV

0MA2A22①分

CAI

1+y("KJK]=kt—kT—0.5

lli2①分

對于p：%（Gu—C）=匕（匕。八2+k2cp2）

A2①分

仁。

(1+KJ?(1+()+(1+K)(1+%yK2=k2r2=0.25②分

C=-------=0.444m。///

A12(1+0.5)2