化工反应工程试卷127461.pdf
化学反应工程试卷 1 一、填空题（每空 1 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 52894 Jmol。2、所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指 质量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指 反应动力学 。3、各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能 高 的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数 大 的反应的选择性。4、测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为 脉冲示踪法 和 阶跃示踪法 。5、在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法 和 微分法 。6、多级混合模型的唯一模型参数为 串联的全混区的个数 N ，轴向扩散模型的唯一模型参数为 Pe（或 Ez/uL）。7、工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 活性、选择性 和 稳定性。8、平推流反应器的 E 函数表达式为 ,()0,ttE ttt ，其无因次方差2=0 ，而全混流反应器的无因次方差2 1。9、某反应速率常数的单位为 m3/(mol hr)，该反应为 2 级反应。10、对于反应22ABR，各物质反应速率之间的关系为(-rA)：(-rB)：rR 1：2：2 。11、平推流反应器和全混流反应器中 平推流 更适合于目的产物是中间产物的串联反应。12、某反应的计量方程为ARS，则其反应速率表达式 不能确定 。13、物质 A 按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在 67 时转化 50 需要 30 min,而在 80 时达到同样的转化率仅需 20 秒，该反应的活化能为 3.46105 (J/mol)。14、反应级数 不可能 （可能/不可能）大于 3。15、对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑 反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是 目的产物的收率 ；16、完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度 均一 ，并且 等于 （大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。二、单项选择题（选择正确的答案，将相应的字母填入括号中每题 2分，共 20 分）1反应器中等温进行着 AP(1)和 AR(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 1.0 B.0.25 C0.50 D0 3 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：E2E1-rA2 B-rA1=-rA2 C-rA1 E2，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 。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?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 1 m3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-1，2：23223H COCHCHH OH COHCHOHCH 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/,0.9rAAAAVm rkCkhCkmol l X QBAPBAkk2122 E(t)/min1 （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/AACXkmol m 丙二醇的产量=AfA00 xCQ1.89 1/30.63/15.15/日kmol hkmol (2)采用定态下连续操作 000.91(1)0.98(10.9)AfrAfQ XQVkX 所以 Q0=0.109m3/h 丙二醇的产量=0.109 1.890.2058/4.939/日kmol hkmol（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 Q300L/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？0 10 20 t/min 答：（1）E(t)-1/200(t-20)(2）F(t)-t2/400+0.1t （3）V 2 m3 （4）多级串联模型参数 N 2 (5)无因次方差2112N（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：cm dddDkd 1 (2)1 Dkd PPPeAPPeAPP816.068.0652.056668.08.0313tanh13100833.02.05601.06)1(试差，得
