化学反应工程 试题A答案

南京工业大学 化学反应工程 试题A（开）卷

（答案）

20０5--20０6学年第 一 学期 使用班级

题号 得分 一 二 三 四 总分 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 一、答案为： 1 2 3 4 5 6 B A B C B C 7 B 8 C 9 B 10 A 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

A???P(主产物)???R(副产物)若保持相同的转化率x，调节反应温度A

k1k2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．V1

2A→R rR=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)

-1

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，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）

1．一气固催化反应A2?B?R，若反应机理为：

A2?2??2A?B???B?A??B??R???,此步为控制步骤R??R??

kSKAPAKBPB2r?则本征反应速率方程为：

kk(1?KAPA?KBPB?KRPR)

1A???P22．一液相复合反应A???Q，均为一级不可逆反应。在单一连续釜中等温反应，

k1?7k2,问当最终转化率为80％时，已知该温度下，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；对可逆放热反应，应尽可能在 最佳 温度下操作；对可逆吸热反应，应尽可能在 高温 温度下操作。

14. (?RA)对xA的曲线上存在极小值的情况是___可逆放热反应_____反应和____自催化______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=____10.53____。 P，在四段 6. 可逆放热反应A 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

?T1??T2??T3??T4 (3)

填量比

(2)催化剂用量多少 Wl

若整个床层以T4等温操作，则催化剂总装 原来 ① (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？

答：高温区交点特征：热稳定点，T高，反应速度快，能达到的转化率高，中温区交

点的特征：热不稳定点；低温区交点的特征是热稳定点，T低，反应速度慢。

工业上一般选择高温区交点为操作点，T高，反应速度快，易达到高转化率。

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？

答：

?＝L??1kP2DeACAS?-1T??kP????????为了使??，必须L???????同理CAG??CAS????????为了使??，必须L??????? 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：

A?B???P rP?1.6CA kmol/m23?h3

rP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

33

混合液，其中CA0＝2 kmol/m，每小时处理混合液6 m。 求：反应器出口A、P、Q的浓度，P的收率及总选择性。 解： (?RA)?rP?2rQ ??VrQ0?CA0?CA(?RA)22A???Q rQ?0.2CA kmol/m?h?CA0?CA1.6CA?0.4CA2?36 2?CA1.6CA?0.4CA?123 ? CA?1 kmol/m??VrQ0?CPRP?CP ?CP1.6?1?0.5

1.6CA3CP?0.8 kmol/m??VrQ0?CQRQ?CQ0.2C32A?CQ0.2?12?0.5

CQ?0.1 kmol/mCPCA0

YP?SP??0.820.40.5?0.40YPXA??0.8

SP?RP(?RA)?1.6CA1.6CA?0.4CA2?44?CA?45或：

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1?t20E(t)=20s-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

（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？

t??0tE(t)dt??0t??e??2120?t20解：（1）（2）

edt?20s

?t20Vr?Q0??5?20?100L（3）E(?)?20E(t)?e?e??，属于全混流理想流动反应器

F(?)?1?e??＝1

2??

模型参数N＝1

3． 一级气固催化反应A(g)???R(g)，在消除了内、外扩散阻力后，测得如下数据： T(℃) (-RA)( kmol/ m3颗粒.s) CA(kmol/m3) 400 1 0.1 450 1 2 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

3装填量为200kg，颗粒密度?P?2000kg/m，求：

cat.（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。 解：

?1?4000C时, kPW/?PQ0CA0即： ??0Af?x?(-RA)CAdxA?0.11?0.1s-1?kPCA0(1-xA)?kP??0.1W/?PQ0?－ln(1-xAf)200/20003.6/3600－ln(1-0.80)??0.16, 属于严重内扩散。?2?温度升高到k?'P450C时，仍应为严重内扩散0??21??'?2s?-1'kPk'P?WW''?10.220.12?0.12?0.22??kP?k''P＝＝0.2236W＝0.2236W?44.72 (kg)

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