(g)08-化学反应工程期末考试卷A(标答,A4格式)

学 号 卷号：A

总分 核分人 姓 名

二O一O—二O一一学年第2学期期末考试

在年级、班级

注意

三二一、、、考姓密生名封在、线答学内题号不前不准应许答先涂题将改。姓， 名否、则学试号卷、无年效级。和 班级填写在指定的方框内。 密 化工反应工程 试题A

（ 08化学1，2，3班 专业用）闭卷

题号 一 二 三 四 题分 20 20 30 30 得分 注意：学号、姓名和所在年级班级不写、不写全或写在密封线外者，试卷作废。

一、填空题（共20分, 每空1分）

1、化学反应工程中的―三传一反‖是指传质、传热、动量传递、化学反应 。

2、对于平行反应，提高反应物浓度，有利于级数高的反应，降低反应物浓度有利于

封 级数低 的反应。

3、催化剂的组成和结构直接影响其性能，其主要组成有活性成分、载体、助催化剂 和抑制剂四部分，一个好的催化剂必须具备高的选择性、高活性、高强度和长寿命等特点。4、化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有釜式反应器和 管式 反应器。 5、反应物能同时分别进行两个或多个独立的反应，称平行反应。当初始反应物所生成 的产物能进一步反应生成次级产物时，称 连串反应 。

6、固体催化剂中气体组分的扩散过程主要有 分子扩散 、Knudsen扩散 和 构型扩散 及 表面扩散 几种形式。

7、描述停留时间分布的规律测定方法主要是 阶跃法 和 脉冲法 。 8、生成主产物的反应称为主反应，其它的均为 副反应 。

9、三相床体系根据颗粒运动状态可分为滴流床、 机械搅拌鼓泡悬浮式 、鼓泡淤浆床 三种基本形式。

10、气液鼓泡反应器根据气泡流动的行为，可划分为 安静鼓泡区、湍流鼓泡区、 柱塞气泡流动区 三个区域。

11、活化能的大小直接反映了 反应速率 对温度的敏感程度。

12、分批式完全混合反应器操作的优化分析是以 单位时间产量最大 、生产经费最低

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四、试卷印刷不清楚。可举手向监考教师询问。 为目标进行优化的。

二、选择正确答案填写在（）内（共20分，每小题2分） 1、化学反应

，其中化学反应计量系数为-1的是（A ）

A、CO； B、CH4； C、H2； D、H2O

2、属于气-固相非催化反应的为 （ A ） A、CaCO3(s)→CaO(s) + CO2(g)；

B、FeTiO3(s) + H2SO4 (l)→ TiOSO4 (s)+ FeSO4·2H2O(s)； C、NaOH(l) + CO2(g) → NaCO3(l) D、F – T 合成方法将煤制成油。

3、串联反应A → P（目的）→R + S，目的产物P的得率XP= （ C ）

nP?nP0nP?nP0nP?nP0nP?nP0A. nA0?nA B. nA0 C. nS?nS0 D. nR?nR0 4、对平行反应A→P（n1,E1），A→S（n2,E2）若n1> n2，E1< E2，当温度升高时，中间 产物P的收率 （ E ） A、随CA的增大而减小； B、随CA的增大而增大；

C、随CA的增大先增加而后减小； D、随CA的增大先增加较多而后增加减慢； E、不能确定。

5、固定床反应器中由于固体催化剂固定不动，所以在操作时存在（ A ）这些特点。 A、床层不能过高； B、粒子直径能太小； C、床层温度易于控制； D、可制成一段式的。

6、下列属于非均相反应的是 （ D ） A. 乙酸丙酯水解 B. 氢气燃烧 C. HCl与NaOH的中和 D. 催化裂解 7、下列属于平行反应的是 （A ） A. 氨与氧反应生成一氧化氮，氧化亚氮，氮； B.一氧化碳加氢生成甲醇，甲醇继续反应生成二甲醚；

C.乙烯催化氧化生成环氧乙烷，同时乙烯和环氧乙烷深度氧化生成二氧化碳和水； D.醋酸与正丁醇在硫酸催化下生成乙酸正丁酯的反应。

8、下列属于均匀表面吸附等温方程的是 （A） A. Langmuir B. Freundlich C. Temkin D. BET 9、下列非催化气—固相反应，属于粒径缩小的缩粒模型的是 （ D ） A. 硫化矿的焙烧 B. 分子筛的焙烧 C. 氧化铁的还原 D. 煤炭的燃烧

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学 号 10、固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，

因此与返混式的反应器相比，可用___的催化剂和___的反应器容积来获得较大的生产能力 （A ）

A. 较少量、较小 B. 较少量、较大 C. 较大量、较小 D. 较大量、较大

三、简答题（共30分，每小题6分） 姓 名 在年级、班级

注意

三二一、、、考姓密生名封在、线答准内题考不前证准应号答先不题将许。姓涂 名改、，学否号则、试年卷级无和效班。级 填写在指定的方框内。 密 1、什么是固体催化剂的活化？

答：固体催化剂的活化就是在一定的温度和压力下，用一定组成的气体对催化剂进 行处理，使其中的某种氧化物、氢氧化物或盐的形态存在的活性组分得到还原或进行 相变，以获得催化反应所必须的活性组分和相组成。

2、化学反应器的设计、分析、开发一般包括哪些内容？

答：①根据反应过程的化学基础和生产上艺的基本要求。进行反应器的选型设计。 ②根据化学反应与有关流体力学、热量、质量传递过程综合的宏观反应动力学，计算 反应器的结构尺寸。 封 ③反应器的机械设计。 ④在机械设计可行的前提下。 ⑤反应器投产后，还要综合生产实践反馈来的效果改进今后同一类型化学反应器的设计。 ⑥开发新型反应器。

3、流化床反应器的有哪些优点？

答：①有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。而固定床与移动床所使用 的固体颗粒要大得多〔大约大2个数量级)，因此单位质量催化剂的生产强度要低于 流化床。 ②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层与内 浸换热表面间的传热系数很高，全床热容量大，热稳定性高，有利于强放热反应的 等温操作。 ③流化床内的颗粒群有类似流体的性质。可以大最地从装置中移出、引入，并可以 在两个流化床之间大量循环；这使得一些反应-再生、吸热-放热等反应耦合过程和 反应-分离耦合过程得以实现。使易失活催化剂能在f程中使用。 ④流体与颗粒之间传热、传质速率也较其他接触方式为高。 ⑤由于流一固体系中空隙率的变化可以引起颗粒曳力系数的大幅度变化，在很宽的 范围内均能形成较浓密的床层.流态化技术的

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四、试卷印刷不清楚。可举手向监考教师询问。学 号 操作弹性范围宽，没备生产能力大，造价低，符合现代化大生产的需要。 4、鼓泡反应器的特点是什么？

姓 名 答：鼓泡反应器的特点是气相高度分散在液相之中，具有大的液体持有量和相际 接触面，传质和传热效率较高。适用于缓慢化学反应和高度放热的情况;同时， 鼓泡反应器结构简单，操作稳定、投资和维修费用低。它的缺点是液相有较大的 所在年级、班级

注意

四三二一、、、、试考姓密卷生名封印在、线刷答准内不题考不清前证准楚应号答。先不题可将许。举姓涂 手名改向、，监学否考号则教、试师年卷询级无问和效。班。 级 填写在指定的方框内。 密 返棍和气相有较大的压降。 5、气—液—固三相反应器有哪些类型？

答：气-液-固三相反应器按反应物系的性质区分主要有下列类型: ①固相或是反应物或是产物的反应; ②固体为催化剂而液相为反应物或产物的气-液-固反应; ③液相为惰性相的气-液-固催化反应，液相作为热载体； ④气体.为惰性相的液一固反应，空气起搅拌作用。 工业上采用的气-液-固反应器按床层的性质主要分成两种类型，即固体处于 封 固定床和悬浮床。 四、计算题（共30分）

1、（10分）乙烯氧化生成环氧乙烷。进料：乙烯15mol，氧气8mol，出料中乙烯为

12 mol,氧气为4.76mol,试计算乙烯的转化率，环氧乙烷的收率及选择率。

解： C2H4＋0.5O2→C2H4O C2H4＋3O2→2CO2＋2H2O X A = (15mol－12mol)/15mol=0.2 第一个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×S 第二个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×（1－S） 故有：3 × S ×0.5 + 3 ×(1－S) ×3 = 8－4.76 1.5S + 9(1-S) = 3.24 S = 0.768 Y=第一个反应所消耗的乙烯÷加入的乙烯总量（15mol） 故Y＝3 × 0.768 ÷ 15 = 0.1536 或Y＝X A S=0.2 × 0.768 = 0.1536 答： 乙烯的转化率为20%，环氧乙烷的收率15.36%及选择率76.8%。

2 、（20分）以A（液体）和B（液体）为原料，固体酸做催化剂，在A、B为液体情况下，在某一间歇釜式反应器中生产C（液体）。每批进料1Kmol的A和4.96Kmol 的B。已知反应速率：

A与B的密度分别为0.96和

0.74 ；分子量分别为60和74 。

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1）若辅助操作时间为0.5 h，转化率为90%，求每批操作所需反应时间？ 2）若日产20000 Kg的产品C，装填系数为0.75，求反应器的体积？

答：1）A转化率分别为0.9时所需反应时间。 对1 kmolA 而言:

A 1 kmo 60kg 60/960 = 0.0625m3 B 4.96Kmol 368Kg 368/740 = 0.496m3

该反应为液相反应，反应过程中体积不变, 对每1KmolA 而言, 每次投料体积: VR = 0.0625 + 0.496 = 0.559 m3 CA0 = nA0/ VR =1/0.599 =1.79Kmol/m3

将xAf = 0.9分别代入计算可得t0.9 = 4.81h，每批操作所需反应时间=4.81+0.5=5.31h 2）反应器的实际体积是：

每天生产C 20000Kg ,需要投入A = 20000/(60+74) = 149.25批 每批投料的计算体积是0.599 m3 反应器装填系数取0.75;

故每批投料的实际体积是0.599/0.75 =0.799 m3

转化90%的反应时间是4.81h ,辅助时间是0.5h;故每批反应需要4.81 +1 =5.31h ;

24h仅能够投料反应24 / 5.31 =4.52 批 N = 149.25 / 4.52 = 33.02

反应器的实际体积 = 33.02 × 0.799 = 26.38 m3 合26380升

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