《化學反應工程》試題XXX大學化學反應工程試題B（開）卷逐案） 2011—2012學年第一學期一、單項選擇題：（每題2分，共20分）.反應器中等溫進行著A-P（1）和A-R（2）兩個反應，當降低A的濃度后，發現反應生成P的量顯著降低，而R的生成量略降低，表明（A）A.反應（1）對A的反應級數大于反應（2）B.反應（1）對A的反應級數小于反應（2）C.反應（1）的活化能小于反應（2） D.反應（1）的反應速率常數大于反應（2）.四只相同體積的全混釜串聯操作，其無因次停留時間分布的方差值°（2為（B）A.1.0B.0.25 C.0.50 D.0A—（iw>P—ew>Q.對一平行一連串反應A⑶>R ,P為目的產物，若活化能次序為：E<E<E,為了目的產物的收率最大，則最佳操作溫度序列為（B）。 23人.先高后低 B.先低后高 C人.先高后低 B.先低后高 C.高溫操作 D.低溫操作4.兩個等體積的全混流反應器進行串聯操作，反應為一級不可逆，則第一釜的反應速率-0A1與第二釜的反應速率-%之間的關系為（A）。兩釜反應溫度相同。A-rA1>-，B-一%=-%C.-rAi<-rA2D?不能確定何者為大—a-=0.1uLr ，該反應器若用多釜串聯模型來描述，則模型參數N為5.(已知一閉式反應器的B）。A.4.5B.5.6 C,3.5D,4.0.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組分的氣體分子主要發生（C）。A.物理吸附 B.化學反應 C.化學吸附 D.質量傳遞.包括粒內微孔體積在內的全顆粒密度稱之為（B）人.堆（積）密度 B.顆粒密度風真密度 口.平均密度.在氣固催化反應動力學研究中，內循環式無梯度反應器是一種（C）。人.平推流反應器 B.軸向流反應器C.全混流反應器D.多釜串聯反應器.某液相反應，其反應式可寫成A+CR+C這種反應稱為（B）人.均相催化反應8.自催化反應 C.鏈鎖反應 D.可逆反應.高徑比不大的氣液連續鼓泡攪拌釜，對于其中的氣相和液相的流動常可近似看成（B）A.氣、液均為平推流 B.氣、液均為全混流二氣相平推流、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）.一不可逆反應，當反應溫度從25℃升高到35℃時，反應速率增加一倍，則該反應的活化能為52894J/mol。

k

ln—2-kiE8.314E,11、=—(—)=lnk

ln—2-kiE8.314E,11、=—(—)=ln2RTT11=( — )=ln2298308ksKAP/KBPB(1+KPA+\KbPb+KRPR)2.一氣固催化反應A+BTR，若本征反應速率方程為:則該反應可能的反應機理為A+goAgB2+2g02BgAa+Bgf-Rg+g(此步為速率控制步驟)RgoR+g.間歇釜反應器中進行如下反應：—r=kCa1A11A—r=kCa2在—r=kCa1A11A—r=kCa2在CA0和反應時間保持不變下對大小為 E1<E2,降低反應溫度，釜液中C/C增大，表明活化能E1與E2的相一;在溫度和反應時間保持不變下，增高反應濃度，釜液中CP/CS增大，表明反應級數al、a2的相對大小為al>a2-「SA.al>a2 B.al<a2 C.活化能El<E2 D.活化能El>E2.從反應器停留時間分布測定中，求得無因次方差。3=0.98，反應器可視為全混流反應“又若求得無因次方差0W=0,02,則反應器可視為 活塞流反應器 。.有兩個有效容積不等的全混流反應器串聯操作，反應為二級不可逆反應A-P,若大釜在先，小釜在后，出口轉化率為5,小釜在先、大釜在后，則出口轉化率為xA2,兩種情況下,進料流速、進料濃度和反應溫度均相同，比較xA1和xA2的相對大小為xA1aA2 。.在固定床反應器中，分別進行一級和二級不可逆氣固催化反應，試比較a、b兩處的n并說明理由。(1)一級放熱反應，絕熱操作；n2n(2)二級反應，等溫操作。n<nb三、問答題并說明理由。(1)一級放熱反應，絕熱操作；n2n(2)二級反應，等溫操作。n<nb三、問答題(每題6分，共12分)1.液相復合反應，若為使目的產物P的選擇性高，應選擇:(1)若采用間歇反應釜，其加料方式為？(2)若采用管式反應器，其進料方式為？(3)若E?E2,則反應溫度應盡可能采用高溫或低溫？答：為使目的產物P的選擇性高，應選擇：rprQ=kC2C0.51AB=kC0.5C22AB2A+B—k1rPA+2B1-Q(1)若采用間歇反應釜，其加料方式為 A一次性加入，B連續滴加(2)若采用管式反應器，其進料方式為 A從反應器進口處加入，B沿管長多處加入；(3)若E/E2，則反應溫度應采用_高院。2.在四段絕熱式固定床反應器中進行n級不可逆反應，各段的催化劑量相同,且控制進入各段的反應物料溫度相等.若n>0,試問(1)哪一段的凈轉化率最大?哪一段最小？

(2)若段間采用冷激方法進行降溫，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)雖然各段進口溫度相等，在催化劑量相同的情況下,凈轉化率也按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)因第一段反應量大于第二段反應量，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、計算題：(第1，2題均為12分，第3題為14分，共38分).在反應體積為1m3的釜式反應器中，環氧丙烷的甲醇溶液與水反應生產丙二醇-1，2：HCOCHCH+HOfHCOHCHOHCH該反應對環氧丙烷為一級2，對水為零級3反應溫度下反備速率常數等于0.9811，原料液中環氧丙烷的濃度為2.1kmol/m3,環氧丙烷的最終轉化率為90%。(1)若采用間歇操作，輔助時間為0.65h，則丙二醇-1，2的日產量是多少？(2)有人建議改在定態下連續操作，其余條件不變，則丙二醇-1，2的日產量又是多少？(3)為什么這兩種操作方式的產量會有不同？解：V=1m3,rjkCA,k=0.98h-1,CA0=2.1kmol/1,XA=0.9一級不可逆反應: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丙二醇的濃度==2.1x0.9=1.89kmol/m3丙二醇的濃度=丙二醇的產量=^0^A0^Af=1.89*1/3°.63k15.1S^iti°〃日(2)采用定態下連續操作QXQX0.9 .V= 0Af=0=1rk(1-X)0.98(1-0.9)所以Q=0.109m3/h0站立縣0.109x1.89=0.2058kmol/h=4.939kmol/0丙二醇的產量=(3)因連續釜在低的反應物濃度下操作，反應速率慢，故產量低。2.對一閉式反應器進行停留時間分布實驗測定，在Q=300L/min下，得到E(t)?t關系如下圖所示。由于該圖放置已久，縱坐標模糊不清。試根據E(t)函數性質確定并計算：E(t)F(t)(3)該反應器體積為多少？(4)多級串聯模型參數N為多少？b2(5)無因次方差Ge為多少？(6)軸向擴散模型參數Pe為多少?t/min答：(1)E(t)= -1/200(t-20)F(t)= -t2/400+0.1tV= 2m3(4)多級串聯模型參數F(t)= -t2/400+0.1tV= 2m3(4)多級串聯模型參數N=22_1_1

OA ⑸無因次方差0N22 2 2 _。2 -(1-e-Pe)=0.50 PePe2(6)「.Pe=2.563.某一級不可逆氣固催化反應，在反應溫度 150℃下，測得kP=5s-1,有效擴散系數D=0.2cm2/s。求:eA當顆粒直徑為0.1mm時，內擴散影響是否已消除？欲保持催化劑內擴散有效因子為吧則顆粒直徑應不大于多少?(1)。=dP =0011—=0.00833<<16\：DeA 6 0.2 3(2)n=￡Mtanh3。3。=0.8試差，得。=0.68務/=編旦=eA5務/=編旦=eA5d=0.686\0.26p解：dp<0.816cm湖北XX大學化學反應工程試題一、選擇題1、氣相反應CO+3I2 CH4+q0進料時無惰性氣體，°°與H2以1：2摩爾比進料,則膨脹因子5CO__A_。A.-2 B.-1 C.1 D.22、一級連串反應a4*-P3=?S在間歇式反應器中，則目的產物P的最大濃度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、串聯反應慶fP(目的)fR+$,目的產物P與副產物S的選擇性Sp=C。n一nn一nn一nA. A0 AB.n一nC.ns~ns0D.4、全混流反應器的容積效率n=1.0時，該反應的反應級數n_L。A.<0 B.=0 C.，0 D.>0一一一吠P（主）A5、對于單一反應組分的平行反應5、對于單一反應組分的平行反應降，則最適合的反應器為B__。A.平推流反應器C.多釜串聯全混流反應器6、對于反應級數n>0的不可逆等溫反應,A.平推流反應器C.循環操作的平推流反應器S（副），其瞬間收率①p隨°a增大而單調下B.全混流反應器D.全混流串接平推流反應器為降低反應器容積，應選用 A。B.全混流反應器D.全混流串接平推流反應器7、一級不可逆液相反應a=2R,°40=2.30km01/m3,出口轉化率“A=°-7，每批操作時間t+10=2.06h，裝置的生產能力為50000kg產物R/天，加斤60,則反應器的體積V為_C_m3。A.19.6 B.20.2 C.22.2 D.23.48、在間歇反應器中進行等溫一級反應A-B,—〃a=0.01CAmo1/lf,當J。=1mo/1時，求反應至CA=0.01mol/l所需時間t=―B—秒。A.400 B.460 C.500 D.5609、一級連串反應A-P-S在全混流釜式反應器中進行，使目的產物「濃度最大時的最優空時"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應器非生產性時間間0不包括下列哪一項 B。A.加料時間B.反應時間 C.物料冷卻時間D.清洗釜所用時間11、全混流反應器中有 B個穩定的定常態操作點。A.1 B.2 C.3 D.412、全混流反應器的容積效率n小于1.0時，且隨著％A的增大而減小，此時該反應的反應級數n DoA.<0 B.=0 C.20 D.>013、當反應級數n_D_時，微觀流體具有比宏觀流體高的出口轉化率。A.=0 B.=1 C.＞1 D.V114、軸向分散模型的物料衡算方程的初始條件和邊界條件與_C__無關。A.示蹤劑的種類B.示蹤劑的輸入方式 C.管內的流動狀態D.檢測位置15、對于氣-液相反應幾乎全部在液相中進行的極慢反應，為提高反應速率，應選用 C裝置。A.填料塔 B.噴灑塔 C.鼓泡塔 D,攪拌釜一碼二…d16、催化劑在使用過程中會逐漸失活，其失活速率式為 dtd1 ，當平行失活對反應物有強內擴散阻力時，d為_L。A.弋0 B.=1 C.—3 D.七117、不屬于氣固相催化反應固定床反應器擬均相二維模型的特點是_丁。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固定床反應器擬均相二維模型的特點是—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、下列哪一項不屬于流化床反應器按深度而分的第11級模型的特點——。A.各參數均為恒值 B.參數值不隨床高而變C.參數值與氣泡大小無關 D.參數值與氣泡大小有關20、流化床反應器中的操作氣速U0是根據具體情況定的，一般取流化數00Um在B范圍內。A.0.1?0.4 B.1.5?10 C.10?15 D.0.4?1.521、全混流反應器進行放熱反應時，要使反應器操作在穩定的定常態，則必須滿足以下條件CA.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、氣固催化反應本征速率是指排除 C阻力后的反應速率。A.外擴散阻力 B.內擴散 C.內外擴散D.吸附和脫附23、等溫液相反應A+B—Prp=klCACB,2A—RrR=k2CA2「為目的產物，有下列四種方案可供選擇，從提高「的收率著眼適宜選用_D_A.間歇釜式反應器，A和B一次性加入； B.全混流反應器；C.半間歇釜式反應器，A一次性加入，B連續滴加；口.半間歇釜式反應器，B一次性加入，A連續滴加。24、乙苯在催化劑上脫氫生成苯乙烯，經一段時間反應后，苯乙烯生成量不再增加，乙苯仍大量存在，表明這是一個_B_反應。人.慢速 B.可逆 口自催化 D.不可逆25、等溫恒容下進行各步均為一級不可逆串聯反應AU^Ap」^s若保持相同的轉化率5,調節反應溫度使k/k1降低，則P的收率將AA.增大 B.減小 C.不變 D.先增后減26、在全混流反應器中，反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比為一A___。A.空時t B.反應時間t C.停留時間t D.平均停留時間27、階躍示蹤法測定停留時間分布對應曲線為_B___。TOC\o"1-5"\h\zA.E(t)曲線 B.F(t)曲線 C.I(t)曲線 D.y(t)曲線28、氣固催化反應的內擴散模數,其中1為特征長度，若顆粒為球形則L= D。A.厚度/2 B.R C.R/2 D.R/329、對于反應級數n>0的不可逆等溫反應，為降低反應器容積，應選用^。A.平推流反應器 B.全混流反應器C.循環操作的平推流反應器 D.全混流串接平推流反應器二、填空題1、化學反應工程是一門研究化學反應的工程問題的科學。2、化學反應速率式為一。=&C：CB，如用濃度表示的速率常數為KC，用壓力表示的速率常數KP，則KC=(RT)(3)KP。…一一一p(主)A3、平行反應 *S(副)均為一級不可逆反應，若E主>E副，選擇性$口與濃度無關,僅是溫度的函數。4、對于反應級數n>0的反應，為降低反應器容積，應選用平推流反應器為宜。5、對于恒容的平推流管式反應器平均停留時間、反應時間、空時一致。6、若流體是分子尺度作為獨立運動單元來進行混合，這種流體稱為_微觀流體_。7、流體的混合程度常用爭勻度_、流體的混合態來描述。8、催化劑在使用過程中，可能因晶體結構變化、融合等導致表面積減少造成的物理失活,也可能由于化學物質造成的中毒或物料發生分解而造成的_化學_失活。9、對于多孔性的催化劑，分子擴散很復雜，當微孔孔徑在約0.1um_時，分子與孔壁的碰撞為擴散阻力的主要因素，這種擴散稱為努森擴散。10、絕熱床反應器由于沒有徑向床壁傳熱，一般可以當作平推流處理，只考慮流體流動方向上有溫度和濃度的變化，因此一般可用擬均相二維模型來計算。11、對于可逆的放熱反應，存在著使反應速率最大的最優溫度%和平衡溫度Teq，二者的T—TR^E 3= ln—2關系為T/ E「Ei E關系為12、描述流化床的氣泡兩相模型，以U0的氣速進入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流化速度Umf通過，而其余部分U。-Umf則全部以氣泡的形式通過。13、描述流化床的數學模型，對于氣、乳兩相的流動模式一般認為_氣_相為平推流，而對—乳相則有種種不同的流型。

14、多相反應過程是指同時存在爭個或更多相態的反應系統所進行的反應過程。15、三傳一反是化學反應工程的基礎。16、不論是設計、放大或控制，都需要對研究對象作出定量的描述，也就要用數學式來表達個參數間的關系，簡稱_數學模型_。K17、一級連串反應AK17、一級連串反應A——PCp,max、 optK~AS在平推流反應器中,則目的產物P的最大濃度ln(k2/k)

k—k2 118、著眼反應組分K的轉化率的定義式為19、一級連串反應A*~Ap**S在間歇式全混流反應器中，則目的產物P的最大濃度Cp,max、Cp,max、optln(kJk,

k—k2 120、化學反應速率式為一KcC：CB，如用濃度表示的速率常數為Kc，用壓力表示的速率常數KP，則UKc=21、理想反應器是指全混流反應器、平推流反應器。22、具有良好攪拌裝置的釜式反應器按上混流反應器處理，而管徑小，管子較長和流速較大的管式反應器按平推流反應器處理。dQ)dQG23、全混流反應器穩定的定常態操作點的判據為Q3-、dT'-dT,24、平推流反應器的返混為_0___。25、一個可逆的均相化學反應，如果正、逆兩向反應級數為未知時，采用_初始速率法_法來求反應級數。26、分批式完全混合反應器操作的優化分析是以_平均生產速率最大_、_生產經費最低.為目標進行優化的。27、軸向分散模型的數學期望值―—，方差-。28、測定氣-液相反應速率的方法與均相反應時不同之點是實驗時要排除氣相和液相中的—擴散阻力，使反應在動力學區域內進行。29、在流化床中為了傳熱或控制氣-固相間的接觸，常在床內設置內部構件，但很少使用水平構件，它對顆粒和氣體的上下流動起一定的阻滯作用，從而導致床內產生明顯的魂度_梯度和_濃度_梯度。30、對于氣-固系統的流化床反應器的粗顆粒系統，氣速超過起始流化速度后，就出現氣泡,氣速愈高，氣泡的聚并及造成的擾動亦愈劇烈，使床層波動頻繁，這種流化床稱為使式流化床。31、當前用于描述氣-液兩相流相間傳質的模型有兩大類：一是按穩態擴散來處理的_雙膜模型：一是按非穩態擴散處理模型,如溶質滲透模型和表面更新模型。32、在建立數學模型時，根據基礎資料建立物料衡算式的一般式為輸入量=輸出量+反應量+累積量_。33、活化能的大小直接反映了_反應速率_對溫度的敏感程度。34、生成主產物的反應稱為_主反應__,其它的均為—副反應__。35、固定床中顆粒的體積相當直徑定義為具有相同體積%的球粒子直徑，表達式dv=J以/n）1/3。三、分析解答題1、簡述等溫恒容平推流反應器空時、反應時間、停留時間三者關系？空時是反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比。（①分）反應時間是反應物料進入反應器后從實際發生反應的時刻起到反應達某一程度所需的反應時間。（①分）停留時間是指反應物進入反應器的時刻算起到離開反應器內共停留了多少時間。（①分）由于平推流反應器內物料不發生返混，具有相同的停留時間且等于反應時間，恒容時的空時等于體積流速之比，所以三者相等。（②分）2、簡述階躍示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應曲線？階躍示蹤法是對于定常態的連續流動系統，（①分）在某瞬間t=0將流入系統的流體切換為含有示蹤劑A且濃度為Jo的流體，（①分）同時保持系統內流動模式不變，并在切換的同時，在出口處測出出口流體中示蹤劑A的濃度隨時F（t）=￡-間的變化。（①分）對應的曲線為F（t）， *0。（②分）3、簡述均相反應及其動力學的研究內容？答：參與反應的各物質均處于同一個相內進行的化學反應稱為均相反應。均相反應動力學是研究各種因素如溫度、催化劑、反應物組成和壓力等對反應速率、反應產物分布的影響，并確定表達這些影響因素與反應速率之間定量關系的速率方程。4、對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度？答：1）對于放熱反應，要使反應速率盡可能保持最大，必須隨轉化率的提高，按最優溫度曲線相應降低溫度；2）這是由于可逆放熱反應，由于逆反應速率也隨反應溫度的提高而提高，凈反應速率出現一極大值；3）而溫度的進一步提高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。5、簡述氣-液反應的宏觀過程：A（g）+bB（l）f產物（l）？1）反應物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達到氣液相平衡；2）反應物氣相組分A從氣液相界面擴散入液相，并在液相內反應；3）液相內的反應產物向濃度下降方向擴散，氣相產物則向界面擴散；4）氣相產物向氣相主體擴散。6、簡述固定床反應器的優缺點？1）催化劑在床層內不易磨損；2）床層內流體的流動接近于平推流，與返混式反應器相比，用較少的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產能力；3）固定床中的傳熱較差；4）催化劑的更換必須停產進行。a<!：r