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1、（勤奋、求是、创新、奉献）2014 2015学年第 2学期考试试卷主考教师： 王远强 学院 化学化工学院 班级 _ 姓名 _ 学号 _化学反应工程课程试卷A参考答案及评分标准（本卷考试时间120分钟）题号一二三四五六七八总得分题分1212201010101214100得分一、不定项选择题1、若外扩散阻力影响消除但存在内扩散的情况下，当催化剂粒径减小时，其颗粒内部效率因子2 。增加 不变 减小 其它 2、能使内扩散的影响加大的有 。增加催化剂颗粒的粒径 增强催化剂的活性 升高反应温度 提高反应的主体相浓度Cb 降低反应的主体相浓度Cb 3、均相CSTR反应器中S形放热曲线，在高温区的特征是 ；颗
2、粒催化剂的S形放热曲线，高温区的特征是 。扩散控制 动力学控制 反应物耗尽 转化率较小4、关于理想的间歇式反应器、平推流反应器和全混流反应器，下列描述错误的是 。 三者同为理想反应器，但理想的内涵是不同的 理想的间歇式反应器和全混流反应器的内涵是一样的，都是反应器内温度和组成相同。 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的，虽都是反应器内温度和组成处处相同，但前者随着时间的变化温 度和组成可能都发生变化，而后者则不随时间变化 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大5、工业生产中对气液反应器需要有较高的生产强度，若反应速度较快，反应基本上是在界面近旁
3、的反应带（液膜）中进行，要求反应器应具有表面积较大，具有一定得液相传质系数，下列哪些反应器不适用于此类反应？ 。填料塔反应器 搅拌鼓泡反应器 流化床反应器 板式反应器 固定床反应器二、填空题1、平行反应主副反应均为一级不可逆反应，若主反应活化能大于副反应活化能，则目标产物的选择性 浓度 无关，仅是 温度 的函数。 2、反应活化能就是 反应物 分子“激发”为活化分子所需的能量，因此，活化能的大小是表征 化学反应进行难易程度 的标志。3、当反应级数为 非零、非一级 时，流体的微观混合影响反应的速率，当反应级数大于一级时，宏观混合速率 大于 （大于、等于或小于）微观混合速率。4、非理想流动现象常包括
4、 滞留区的存在 、存在沟路和短路、 循环流 、流体流速分布不均匀以及扩散等。5、某二级不可逆气-固相催化反应，（Cb为气体主体相浓度，Ces为催化剂颗粒外表面浓度），则颗粒外扩散有效因子1为 0.25 ，外扩散影响程度 较高 。6、按双膜论，在气液反应中，反应物A在气相，反应物B在液相，若反应为极快反应，且CBL=CBL*(CBL* 为临界浓度)，则反应面位置 在液膜界面上 ，这时CAi 表示A组分在液膜内的界面浓度 (下标i表示界面)。三、简述题1、简述阶跃法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？阶跃法是当设备内流体达到定态流动后，自某瞬间起连续加入示踪物流，然后分析出口流体中示踪物浓度随时
5、间的变化，以确定停留时间分布。（3分）（2分）2、请说明返混定义、产生原因以及限制返混的措施。返混：具有不同停留时间物料的混合形成返混。（1分）返混产生的原因：（1）反应器内速度不均匀的物料混合，如流速分布；（2）反应器中的环流，如搅拌浆的流速分布。（2分）限制返混的措施：（1）强化速度分布的均匀性（2）横向分割（3）纵向分割（4）放置填料等。（2分）3、自催化反应如何进行最优反应器组合？用图示简要说明。最优的反应器组合就是先用一个全混流反应器，控制在最大速率点处操作，然后接一个平推流反应器。CAPFR CACA,OPT,CSTRPFR 返混有利，尤其是在开始阶段，采用CSTR操作（3分）（2
6、分）4、CSTR中进行一级不可逆均相放热反应，如何判定操作点？如釜中进行某串联反应，要求控制的转化率为不稳定操作点对应的转化率，应如何进行操作？（1分）图中A和C为稳定的操作点，B为不稳定操作点，由于A点转化率较点，实际中常在C点进行操作。CSTR的热稳定条件为：，即放热速率应小于移热速率。（2分）如要求控制的转化率为不稳定操作点对应的转化率，此时为了满足热稳定条件，必须提高冷却介质温度，并相应地增大UA，使移热线上移。（2分）四、某化学反应在450时的反应速率是400时的10倍，求该反应的活化能（设浓度不变）。解：设该反应物浓度为CA，反应级数为n，反应速率常数为k则 反应的速率（2分）45
7、0时，（2分）400时，（2分）由题意：（2分）（2分）五、醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳（反应均为一级）：CH3COOHCH2=CO + H2O（主反应）；CH3COOHCH4 + CO2（副反应），已知在916时的k1=4.65 s-1，k2=3.74 s-1，t=0时，乙烯酮和甲烷浓度均为0。试计算：（1）99%的醋酸反应掉所需的时间；（2）在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。解：设在时间为t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为X和Y，醋酸的初浓度为CA0，则有：（2分）；上面两式相加可得：，积分得：（1）当醋酸的转化率为0.99时，应有X+Y=0.99CA0，代入
8、上式可得：（5分）（2）X+Y=0.99CA0；X/Y=k1/k2=4.65/3.74，联解这两个方程得到：X=0.549CA0；Y=0.441 CA0；醋酸转化为乙烯酮的选择性为：。（52分）六、均相气相反应A3P在185，400kPa下在一个平推流反应器中进行，其中k=10-2s-1。进料量FA0=30kmol/h，A原料含50%惰性气，为使反应器出口转化率达80%，该反应器体积应为多大？解：，根据k的单位判断出反应为一级反应，（2分），（2分）（1分）（1分）反应器体积：（6分）七、有一醋酐水溶液，在25条件下进行水解反应，在该温度下的速率方程为：，。醋酐初浓度为，进料流量为500，现有
9、两个2.5L和一个5L的全混流反应器，试回答下列问题： （1）用一个5L的全混流反应器操作，转化率是多少？（2）用两个2.5L全混流反应器串连操作，转化率是多少？（3）若用一个2.5L的全混流反应器后串连一个2.5L的平推流反应器，转化率是多少？解：（1）一个5L的CSTR： （2分） （2分）（2）两个2.5L的CSTR串连： （2分） （2分）（3）先CSTR，后PFRCSTR： （2分）PFR：（2分）八、在球形催化剂上进行气体A的分解反应，该反应为一级不可逆放热反应。已知催化剂颗粒直径为0.3cm，气体在颗粒中的有效扩散系数为4.510-5m2，颗粒外表面气膜传热系数为，气膜传质系数为310m/h，反应热效应为，气相主体A的浓度为0.2mol/L，实验测得A的表观反应速率为，试估算：（1）外扩散阻力对反应速率的影响；（2）内扩散阻力对反应速率的影响；（3）外表面及气流主体间的温差。解：由题意得，（1），无外扩散的影响。（6分）（2）（6分）所以内扩散影响严重。（3） 为催化剂的表面积4分）第 5 页