《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??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为( B )
A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0
(1)(2)A???P???Q3．对一平行—连串反应A???R，P为目的产物，若活化能次序为：E2 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 > -rA2 B．-rA1 = -rA2 C．-rA1 < -rA2 D.不能确定何者为大 (3)Da?0.1uL5. 已知一闭式反应器的r，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N为 （ B ）。 A． 4.5 B. 5.6 C．3.5 D．4.0 6．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+CàR+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 ) BB A．气、液均为平推流 B．气、液均为全混流 SAAr?2(1?KAPA? C．气相平推流、液相全混流 D．气相全混流、液相平推流 KBPB＋KRPR)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 52894 J／mol 。 kKPKPlnk2E11?(?)?ln2k1RT1T2E11?(?)?ln28.314298308J/mol解：?E?52894， 2．一气固催化反应A?B?R，若本征反应速率方程为： 则该反应可能的反应机理为 A?σ?AσB2?2σ?2BσkSAσ?Bσ???Rσ?σ (此步为速率控制步骤 ）Rσ?R?σ3．间歇釜反应器中进行如下反应： A1 =k2CA 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 E1 A．al>a2 B．al A2 A?P (1) －rA?S (2) －r ＝k1CA a2 a1 2??0.98,反应器可视为 全混流反应器 ?4．从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差 2??0.02,则反应器可视为 活塞流反应器 。 ?又若求得无因次方差 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 0.5 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 xA1A2 r P1AB0.526. 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、b两处的η值大rQ?ka2CACB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；ηa>ηb （2）二级反应，等温操作。ηa<ηb k12A?B???Pk2A?2B???Q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E1>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E1>E2，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n>0,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 m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： 3 H2COCHCH3?H2O?H2COHCHOHCH3 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，原料液中环氧 3 丙烷的浓度为2.1kmol/m，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？ 3?1V?1m,r?kC,k?0.98h,CA0?2.1kmol/l,XA?0.9 AA解：r-1 （1） 一级不可逆反应： 11ln(1?xAf)??ln(1?0.9)?2.35hk0.98Vr?Q0(t?t0)?Q0(2.35?0.65)?1t??Q0?1/3m3/hQCx 3CX?2.1?0.9?1.89kmol/m丙二醇的浓度=A0A 丙二醇的产量=0A0Af＝1.89?1/3?0.63kmol/h?15.15kmol/日 (2) 采用定态下连续操作 Vr?Q0XAfk(1?XAf)3 ?Q0?0.9?10.98(1?0.9) 所以Q0=0.109m/h 丙二醇的产量=0.109?1.89?0.2058kmol/h?4.939kmol/日 （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：