2004-2005期末考试试卷

南京工业大试题第1页共12页南京工业大学化学反应工程试题A（开）卷20０5--20０6学年第一学期使用班级一、单项选择题：（每题2分，共20分）1．反应器的类型不同，则()也将有不同。A．反应动力学B．传递特性C．反应的相态D．反应的可逆性2．等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应)R()(k21副产物主产物PAk若保持相同的转化率xA，调节反应温度使k2/k1降低，则P的收率将()A.增大B．减小C．不变D．先增后减3．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，但乙苯仍大量存在，表明这是一个()反应。A．慢速B．可逆C．自催化D．不可逆4．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()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5．等温一级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行：(1)一个间歇反应釜，容积V1(仅考虑反应时间所需)，(2)一个平推流反应器，容积V2，(3)二个等体积全混流反应器串联，总容积为V3。上述三种情况反应温度、物料处理量及转化率均相同，则容积比较为()A．V1V2V3B．V1=V2V3C．V2V1V3D．V2V1=V36．等温液相反应A+B→Prp=klCACB，P为目的产物2A→RrR=k2CA2有下列四种方案可供选择：(1)间歇釜式反应器，A和B一次性加入；(2)半间歇釜式反应器，A一次性加入，B连续滴加(3)半间歇釜式反应器，B一次性加入，A连续滴加；(4)全混流反应器。从提高P的收率着眼适宜选用()A．(1)B．(2)C．(3)D．(4)7．由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)=0.1exp(-t/10)min-1，可判别该反应器的流型为()A．平推流B．全混流C．轴向分散D．多级混合8．气固催化反应本征速率是指排除()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9．所谓固定床积分反应器是指反应物一次通过后，转化率大于()的情况。A．10％B．25％C．40％D．50％10．用硫酸吸收氨气气液反应，若H2SO4浓度大于临界浓度，则该过程的宏观反应速率的阻力主要集中在()。A．气膜内B．相界面C．相界面和气膜内D．液膜内二、填空题（每题5分，共30分）题号一二三四总分得分南京工业大试题第2页共12页1．一气固催化反应RBA2，若反应机理为：RRRBABBAA此步为控制步骤,222则本征反应速率方程为：2．一液相复合反应QAPAkk21，均为一级不可逆反应。在单一连续釜中等温反应，已知该温度下，217kk,问当最终转化率为80％时，目的产物P的瞬时选择性为：，总选择性为：。3．要使固定床反应器所用催化剂量最少，对简单不可逆反应，应尽可能在温度下操作；对可逆放热反应，应尽可能在温度下操作；对可逆吸热反应，应尽可能在温度下操作。4.)(1AR对xA的曲线上存在极小值的情况是________反应和__________反应的特征。5．已知一实际流动反应器，Pe=20，该反应器若用多级混合模型描述，则模型参数N=________。6.可逆放热反应AP，在四段绝热式固定床中进行，床层温度与转化率的关系如图所示。试比较各段床层的(1)进出口温差大小；(2)催化剂用量多少；(3)若整个床层以T4等温操作，则催化剂总装填量比原来(①增多②减少)(假定各段绝热温升相同)三、问答题：（每题6分，共12分）1.均相CSTR反应器中，放热S形曲线与移热直线一般有3个交点，高温区交点、中温区交点、低温区交点的特征分别是什么？工业上一般选择什么区交点为操作点？为什么？2．为什么说对于反应级数大于零的不可逆反应，反应温度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小；反应物浓度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小？四、计算题：（第1，2题均为12分，第3题为14分，共38分）1.在一反应体积为3m3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应：南京工业大试题第3页共12页hChCAA32Q3Pkmol/m2.0rQ2Akmol/m6.1rPBArP及rQ分别为产物P及Q的生成速率，P为目的产物。反应用的原料为A及B的混合液，其中CA0＝2kmol/m3，每小时处理混合液6m3。求：反应器出口A、P、Q的浓度，P的收率及总选择性。2.已知一闭式液相反应器在流量为5L／s下进行脉冲示踪，得到停留时间分布密度函数E(t)=20201tes-1，试求：（1）平均停留时间;（2）该反应器的反应体积为多少？（3）E(θ)、F(θ)和2（4）若将该反应器用多釜串联模型描述，其模型参数N为多少？3．一级气固催化反应)g(R)g(A.cat，在消除了内、外扩散阻力后，测得如下数据：T(℃)CA(kmol/m3)(-RA)(kmol/m3cat.s)40010.145012现将这种催化剂装在固定床中进行等温反应(400℃)，可视为活塞流。在进料流量为3.6m3/h（此时外扩散可忽略不计）时，反应器出口转化率为80％。已知催化剂装填量为200kg，颗粒密度32000m/kgP，求：（1）400℃时的内扩散有效因子η值（2）若将反应温度提高到450℃，进行等温反应，出口转化率仍为80％，求催化剂装填量。南京工业大试题第4页共12页南京工业大学化学反应工程试题B（开）卷2005—2006学年第一学期使用班级二、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．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)2.四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2为()A．1.0B.0.25C．0.50D．03．对一平行—连串反应RAQPA)3()2()1(，P为目的产物，若活化能次序为：E2E1E3，为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（）。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()。两釜反应温度相同。A．-rA1-rA2B．-rA1=-rA2C．-rA1-rA2D.不能确定何者为大5.已知一闭式反应器的1.0rauLD，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N为（）。A．4.5B.5.6C．3.5D．4.06．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()。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()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()。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()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()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。题号一二三四总分得分南京工业大试题第5页共12页2．一气固催化反应RBA，若本征反应速率方程为：2)1(RRBBAABBAASPKPKPKPKPKkr＋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：PA(1)－rA1＝k1CAa1SA(2)－rA2=k2CAa2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；在温度和反应时间保持不变下，增高反应物浓度，釜液中CP/CS增大，表明反应级数al、a2的相对大小为。A．ala2B．ala2C．活化能ElE2D．活化能ElE24．从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差98.02,反应器可视为,又若求得无因次方差02.02,则反应器可视为。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xA1xA2。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；（2）二级反应，等温操作。三、问答题（每题6分，共12分）1.液相复合反应QBAPBAkk2122,若25.025.021BAQBAPCCkrCCkr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？(2)若采用管式反应器，其进料方式为？(3)若E1E2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？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n0,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?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-1，2：23223HCOCHCHHOHCOHCHOHCH南京工业大试题第6页共12页E(t)/min－1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-1，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%。（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？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)（2）F(t)（3）该反应器体积为多少？（4）多级串联模型参数N为多少？(5)无因次方差2为多少？（6）轴向扩散模型参数Pe为多少？01020t/min3．某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得kP=5s-1,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？南京工业大试题第7页共12页（3）单项选择题：（每题2分，共20分）一、答案为：12345678910BABCBCBCBA二、填空题（每题5分，共30分）1．一气固催化反应RBA2，若反应机理为：RRRBABBAA此步为控制步骤,222则本征反应速率方程为：2AA)1(RRBBABBASPKPKPKPKPKkr2．一液相复合反应QAPAkk21，均为一级不可逆反应。在单一连续釜中等温反应，已知该温度下，217kk,问当最终转化率为80％时，目的产物P的瞬时选择性为：0.875，总选择性为：0.875。3．要使固定床反应器所用催化剂量最少，对简单不可逆反应，应尽可能在高温温度下操作；