本文格式為Word版，下載可任意編輯——化學工程中化學反應工程習題化學反應工程期末自測試卷

科目:化學反應工程適用對象:化學工程與工藝本科

I.填空題1.(1)

化學反應工程是一門研究______________的科學。

2.(1)

P(主)AS(副)均為一級不可逆反應，若E主假使平行反應_______。

＞E副，提高選擇性SP應

3.(1)

aA+bBpP+sS對于反應，則rP?_______(?rA)。

4.(1)

全混流反應器的移熱速率Qr=______________。

5.(1)

全混流反應器的返混_______。

6.(1)

介于非凝集態與完全凝集態之間的混合態稱為_______。

7.(1)

在軸向分散模型中，模型的唯一參數彼克萊準數愈大軸向返混程度就_______。

8.(1)

氣-固相催化反應的內擴散模數

?S?_______，它是表征內擴散影響的重要參數。

9.(2)

氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是靠_______結合的，而化學吸附是靠_______結合的。

10.(1)

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，只考慮流體滾動方向上有溫度和濃度的變化，因此一般可用_______模型來計算。

11.(2)

目前描述固定床反應器的數學模型可分為_______和_______的兩大類。

12.(3)

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，以垂直管最為常用，它同時具有_______，_______并甚至_______的作用。

13.(1)

描述流化床的鼓泡床模型，它相當于

U0/Umf_______時，乳相中氣體全部下流的狀況，工

業上的實際操作大多屬于這種狀況。

14.(1)

雙膜模型把繁雜的相間傳質過程模擬成_____________________的疊加，相間傳質總阻力等于雙膜傳質阻力的加和。

II.單項選擇1.(2)

全混流反應器中有_______個穩定的定常態操作點。

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

2.(2)

一級連串反應ACP,max?K1PK2S在全混流釜式反應器中，則目的產物P的最大濃度

_______。

K1K2K2K2?K1CA0()CA0A.B.

[(K2/K1)1/2?1]2C.

CA0(K2K1K2)K2?K1CA0D.

[(K1/K2)1/2?1]2

3.(2)

軸向分散模型的物料衡算方程在_______式邊界條件下有解析解。

A.閉-閉B.開-閉C.閉-開D.開-開

4.(2)

反應級數n=_______時微觀流體和宏觀流體具有一致的反應結果。

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

5.(2)

?d?dt?kdCi?md催化劑在使用過程中會逐漸失活，其失活速率式為，當進料中的雜質吸附

極牢以及對產物無內擴散阻力時，d為_______。

A.≈0B.=1C.→3D.≈1

6.(2)

催化劑顆粒擴散的無因次擴散模數

?S?RkVCSm?1/De值的大小反映了表面反應速率與

_______之比。

A.擴散速率B.外擴散速率C.內擴散速率D.實際反應速率

7.(2)

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_______。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固定床反應器擬均相二維模型的特點是_______。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)

流化床反應器中的操作氣速內。

U0是根據具體狀況定的，一般取流化數

U0ut在_______范圍

A.0.1～0.4B.1.5～10C.10～15D.0.4～1.5

10.(2)

以下哪一項不屬于流化床反應器按深度而分的第Ⅱ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

III.簡答題1.(5)

對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度？

2.(5)

簡述尋求停留時間分布的試驗方法及其分類？

3.(5)

簡述氣-液反應的宏觀過程：A（g）+bB（l）→產物（l）？

4.(5)

簡述固定床反應器的優缺點？

5.(5)

簡述流化床反應器的缺點？

6.(5)

簡述氣-液相反應器的設計所包含的內容？

IV.計算題1.(10)

醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水，而副反應生成甲烷和二氧化碳：

CH3COOH1???CHk2?CO?H2O?1

?1CH3COOH2???CHk4?CO2

已知在916℃時

k1?4.65s,k2?3.74s，試計算：

1）99%的醋酸反應掉的時間；(6分)

2）在此反應條件下醋酸轉化成乙烯酮的選擇性。（4分）

2.(5)

P(主)AS(副)，其中rP平行反應

CP0?CA0?0?2CA，

rS?CA2，已知

CA0?2.0mol/l，

，求在平推流反應器中的

CP,max？

3.(10)

在一容積為2.5m3的間歇釜中進行均相反應A+B→P，為防止產物P在高溫分解，反應維持在75℃等溫操作，

?rA?kCACBkmol/l?sk1?2.78l/kmol?s，，活化能

E?4.611kJ/mol。當反應物A和B的初始濃度均為CA0?CB0?4mol/l，A的轉化率

xA?0.80時，該間歇釜平均每分鐘可處理0.684kmol的反應物A。今若把反應移到一個管

內徑為125mm的理想管式反應器中進行，若將溫度提升到85℃等溫操作，且處理量與所要

求達到的轉化率均與間歇反應時一致，求所需的管式反應器長度。

4.(10)

應用脈沖示蹤法測定一容積為12l的反應裝置，進入此反應器的流體流速實測數據如下：t（min）0CA（g/l）0

試根據試驗數據確定E（t）曲線的方差

?2tv0?0.8l/min，

在定常態下脈沖的輸入80克的示蹤劑A，并同時測其出口物料中A的濃度CA隨時間的變化，

53

105

155

204

252

301

350

和

??2。

5.(5)

某一液相分解反應，若已知其反應動力學為?rA?kCA，k?0.307min2?1，當平均停留時

??0.211間為15min時，當多級全混流模型可用時，其?，求其最終轉化率為多少？

化學反應工程期末自測試卷答案

(3)

1.(1)

化學反應的工程問題

2.(1)

提高溫度

3.(1)

pa

UAv0?cPUAT4.(1)

T(1?)?(T0?mv0?cP)

5.(1)

最大

6.(1)

部分凝集態

7.(1)

愈小

8.(1)

RkVCSDem?1

9.(2)

范德華力、化學鍵力

10.(1)

擬均相一維

11.(2)

擬均相、非均相

12.(3)

傳熱、控制氣泡聚、減少顆粒帶出

13.(1)

＞6～11

14.(1)

串聯的穩定的雙膜分子擴散過程

1.(2)

B

2.(2)

B

3.(2)

D

4.(2)

C

5.(2)

A

6.(2)

C

7.(2)

A

8.(2)

A

9.(2)

A

10.(2)

C

1.(5)

1）對于放熱反應，要使反應速率盡可能保持最大，必需隨轉化率的提高，按最優溫度曲線相應降低溫度；（②分）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；（②分）

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。（①分）

2.(5)

通過物理示蹤法來測反應器物料的停留時間的分布曲線。（①分）所謂物理示蹤是指采用一種易檢測的無化學反應活性的物質按一定的輸入方式參與穩定的滾動系統，通過觀測該示蹤物質在系統出口的濃度隨時間的變化來確定系統物料的停留時間分布。（②分）根據示蹤劑輸入方式的不同大致分為四種：脈沖法、階躍法、周期示蹤法和隨機輸入法。（②分）

3.(5)

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分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；①分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；①分4）氣相產物向氣相主體擴散。①分

4.(5)

凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。（①分）1）催化劑在床層內不易磨損；（①分）2）床層內流體的滾動接近于平推流，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；（①分）3）固定床中的傳熱較差；（①分）4）催化劑的更換必需停產進行。（①分）

5.(5)

1）氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態經過床層，氣-固兩相接觸不夠有效；（①分）2）粒子運動基本上是全混式，因此停留時間不一。（①分）在以粒子為加工對象時，影響產品質量的均一性，（①分）且粒子的全混造成了氣體的部分返混，影響反應速率和造成副反應的增加；（①分）

3）粒子的磨損和帶出造成催化劑的損失，并要設置旋風分開器等粒子回收系統。（①分）

6.(5)

首先是根據氣-液反應系統的動力學特征來選擇正確的反應器型式，（②分）然后結合反應器特性來確定能滿足給定生產任務的反應器幾何尺寸。（③分）

1.(10)

解：設在時間t時乙烯酮和甲烷的濃度分別為x和y，初始為

dxdt?k1(CA0?x?y)CA0，則

①分

dydt?k2(CA0?x?y)d(x?y)?(k相加得

dt1?k2)(CA0?x?y)d(x?y)將其積分

CA0?(x?y)?(k1?k2)dt

lnCA0(x?y)?(k1?k2)t

CA0?1）當轉化率為99%時

x?y?0.99CA0t?1ln14.65?3.741?0.99?0.549sSdxP?2）瞬時選擇性為

dyx?k1積分得

yk?4.6523.74S?x55.4%y?2.(5)

?P?rP?2?dCP解：

?rA2?CA?dCA對上式進行積分得

CP???CA2C2?CdCAA0A①分

①分

②分

①分

①分

①分

②分

①分

①分

①分

當CA?0時，產物P的濃度最大①分

CP,max?∴

3.(10)

?222?CA0dCA?2ln2?1.386mol/l②分

解：根據阿累尼烏斯公式

k?k0e?E/RT①分?E(1?1T1)lnk1k2故

RT2①分

求得k2?6.633l/mol?s①分由于

CA0?CB0?4mol/l，且為等摩爾反應，故

22?rA?kCACB?kCA?kCA0(1?xA)??2dCAdt①分

在間歇反應器中所需的反應時間為：

t??1k

?CAdCA2CA0CA?1kCA(1?1CA0)?1kCA0(1?xA)?xA①分

帶入得t?151s?2.5min①分此反應時間應等于在理想管式反應器中的停留時間，即??2.5min①分v0?FA0CA0?0.6840.004?171l/min①分

3V??v0?171?2.5?428l?0.428m①分

L?V管長

4.(10)

?/4D2?35m①分

解：首先對試驗數據進行一致性檢驗，此時應滿足：

??0CAdt?Mv0?C0?800.8?100①分

??0CAdt?53[0?2(5?4?1)?4(3?5?2?0)]?100①分

∴試驗數據的一致性檢驗是滿足的。