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)2.四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(B)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（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-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（B）。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(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52894J／mol。解：molJEETTREkk/528942ln)30812981(314.82ln)11(ln2112，2．一气固催化反应RBA，若本征反应速率方程为：则该反应可能的反应机理为σRRσσRσBσAσBσσBAσσASk）此步为速率控制步骤(2223．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E1E2；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中CP/CS增大，表明反应级数al、a2的相对大小为ala2。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,反应器可视为全混流反应器又若求得无因次方差02.02,则反应器可视为活塞流反应器。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；ηaηb（2）二级反应，等温操作。ηaηb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？(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？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E1E2，则反应温度应采用高温。QBAPBAkk212225.025.021BAQBAPCCkrCCkr2)1(RRBBAABBAASPKPKPKPKPKkr＋E(t)/min－12.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?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？解：3101,,0.98,2.1/,0.9rAAAAVmrkCkhCkmollX（1）一级不可逆反应：hmQQttQVhxktrAf/3/11)65.035.2()(35.2)9.01ln(98.01)1ln(130000丙二醇的浓度=302.10.91.89/AACXkmolm丙二醇的产量=AfA00xCQ＝1.891/30.63/15.15/日kmolhkmol(2)采用定态下连续操作000.91(1)0.98(10.9)AfrAfQXQVkX所以Q0=0.109m3/h丙二醇的产量=0.1091.890.2058/4.939/日kmolhkmol（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)（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/min答：（1）E(t)＝-1/200(t-20)(2）F(t)＝-t2/400+0.1t（3）V＝2m3（4）多级串联模型参数N＝2(5)无因次方差2112N（6）2.56Pe5.0)e-(1Pe2-Pe2Pe-223．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？解：cmdddDkd1(2)1DkdPPPeAPPeAPP816.068.0652.056668.08.0313tanh13100833.02.05601.06)1(＝试差，得湖北XX大学化学反应工程试题一、选择题1、气相反应CO+3H2CH4+H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子CO=__A_。A.-2B.-1C.1D.22、一级连串反应ASK1K2P在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度max,PC___A____。A.122)(210KKKAKKCB.22/1120]1)/[(KKCAC.122)(120KKKAKKCD.22/1210]1)/[(KKCA3、串联反应A→P（目的）→R+S，目的产物P与副产物S的选择性PS=__C_。A.AAPPnnnn00B.00APPnnnC.00SSPPnnnnD.00RRPPnnnn4、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.＜0B.=0C.≥0D.＞05、对于单一反应组分的平行反应AP(主)S(副)，其瞬间收率P随AC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A2R，30/30.2mkmolCA，出口转化率7.0Ax，每批操作时间htt06.20，装置的生产能力为50000kg产物R/天，RM=60，则反应器的体积V为_C_3m。A.19.6B.20.2C.22.2D.23.48、在间歇反应器中进行等温一级反应A→B，slmolCrAA/01.0，当lmolCA/10时，求反应至lmolCA/01.0所需时间t=____B___秒。A.400B.460C.500D.5609、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__。A.1212)/ln(KKKKB.1221)/ln(KKKKC.2112)/ln(KKKKD.211KK10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t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11、全混流反应器中有___B__个稳定的定常态操作点。A.1B.2C.3D.412、全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A的增大而减小，此时该反应的反应级数n_D_。A.＜0B.=0C.≥0D.＞013、当反应级数n_D_时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。A.=0B.=1C.＞1D.＜114、轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与___C__无关。A.示踪剂的种类B.示踪剂的输入方式C.管内的流动状态D.检测位置15、对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用___C____装置。A.填料塔B.喷洒塔C.鼓泡塔D.搅拌釜16、催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为dmidCkdtd，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d为__C__。A.≈0B.=1C.→3D.≈117、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__A__。A.粒子与流体间有温度差B.粒子与流体间无温度差C.床层径向有温度梯度D.床层轴向有温度梯度18、属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是___A____。A.粒子与流体间有浓度差B.粒子与流体间无浓度差C.床层径向有温度梯度D.床层径向有浓度梯度19、下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点__C__。A.各参数均为恒值B.参数值不随床高而变C.参数值与气泡大小无关D.参数值与气泡大小有关20、流化床反应器中的操作气速0U是根据具体情况定的，一般取流化数mfUU0在__B__范围内。A.0.1～0.4B.1.5～10C.10～15D.0.4～1.52