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2010—2011学年第二学期期末考试试卷一、填空（20×1ˊ=20ˊ）1、搅拌釜式反应器主要由壳体 、 、 、换热装置四大部分组成。
2、化学动力学方程一般用表达式),(T c f r i =±表示，说明影响反应速率最主要的影响因素是 、 。
3、填料塔中的填料性能优劣衡量三要素：效率、 及 。
填料综合性能评价最好的是 。
4、催化剂必须具备 、 、长寿命这三个条件。
5、气固催化反应过程化学吸附速率方程式： 、若固体吸附剂仅吸附组分A ，朗缪尔吸附等温方程： 。
6、搅拌器按 、 来进行选型。
气液相分散过程选用 ，低黏度均相液体混合选用 。
7、在系统中进行一连串反应 ，组分 A 的生成速率方程式： 、组分B 的生成速率方程式： 。
8、搅拌釜式反应器的换热装置有 、蛇管、 、列管、回流冷凝式。
9、催化剂非球形颗粒面积相当直径计算公式a d = 。
10、催化剂失活是由玷污、烧结、 、中毒等原因造成的。
二、问答题（5×5ˊ=25ˊ）1、 均相反应器有哪些？如何选择均相反应器？2、怎样理解“反应级数表明浓度对反应速率的敏感程度，活化能表明温度对反应速率的敏感程度？12k k A B C −−→−−→3、气固相催化反应过程分为几个步骤并简述？4、理想流动模型分为哪两种类型，并简述这两种类型的各自特征？5、固定床催化反应器的床层空隙率ε的概念？影响因素是什么？为什么空隙率ε是固定床反应器的重要参数？三、计算题（10ˊ+15ˊ+15ˊ+15ˊ=55ˊ）【3-1】 等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相反应A B + C ，在5min 内有40%的A 分解，在达到分解率为80%，（1）问需要多少时间？（2）若反应为二级反应，则需要多少时间？【3-2】在总长为4m 的固定床反应器中，反应气体以8 kg/(m 2.s)的质量流速通过床层，流体的黏度 ，流体的密度 。
如果床层中催化剂颗粒的直径为2.5mm ，床层的堆积密度为754kg/m 3，催化剂的表观密度为1300kg/m 3，求：（1）催化剂床层的空隙率ε ？（2）流体流动的修正雷诺数eM R ？（3）床层的压力降p ∆ ？32.46/fkg m ρ=51.810fPa s μ-=⨯【3-3】在体积312.0m V R =的连续操作釜式反应器中进行反应 ，式中min /731•=kmol m k 、m in /332•=kmol m k ，A 、B 两种物料以等体积加入反应器中，其中A 摩尔浓度为3/8.2m kmol ，B 摩尔浓度为3/6.1m kmol 。
化学反应⼯程⼆,三章答案第⼆章习题1.动⼒学⽅程的实验测定时，有采⽤循环反应器的，为什么?答：循环反应器⾏为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，⽽且反应器进出⼝浓度差⽐较⼤，对分析精度要求不很⾼。
2.为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在⾼温下操作，⽽可逆放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选⽤何种类型反应器适宜?为什么?答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升⾼⽽升⾼，⾼温下操作对⼆者都有利。
可逆放热反应的化学平衡随温度的升⾼向反应物⽅向移动，对达到⾼转化率不利。
对此类反应，可选⽤多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。
3.⼀级反应A→P，在⼀体积为V P的平推流反应器中进⾏，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改⽤全混流反应器，其所需体积设为V m，则V m/V p应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V m=V p，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n=2，1/2，?1时，全混流反应器的体积将怎样改变？解：)1ln()1()exp()1ln()1()1(CSTR )1ln(11d 1)(d PFR )exp()(A A Ap mA A A pm A 0A AA0m A A00AA A00A A A0P A 0A A AAx x x RT ERT E x x k kx V V x k c x F V x kc x x kE k kc r x x ----=---=-=--=-=-=-==-?)1ln()1()1ln()1( IF A A A A A P m m p x x x x x k k x V V T T A---=---==()()K07.43215.42302064.015.423876.234929.015.423876.23exp 6109.0637.115.42315.423314.884000 exp 1)6.01ln(6.016.0exp 10.6and 1IF m m mmmmm m m P m P A Pm =-=--=--=-=-- --===T T T T T T T TT T T T T R E x V V mnn n n kc x F V c V V cAf A0m 1Am1m 2A1m 1m 1AAA0m 2/1A 1m 2/1m 2/1A A A0m A1m 2m 2A A 0A m 1,1,2/11,2====-=======---或4. 在体积V R =0.12m 3的全混流反应器中，进⾏反应S R B A 21+??←?→?+kk，式中k 1=7m 3kmol -1min -1，k 2=3m 3kmol -1min -1，两种物料以等体积加⼊反应器中，⼀种含2.8kmolA ·m -3，另⼀种含1.6kmolA ·m -3。
化学反应工程原理一、选择题1、气相反应CO + 3H 2CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子CO δ=__A_。
A. -2B. -1C. 1D. 22、一级连串反应AS K 12P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C ___A____。
A. 122)(210K K K A K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 122)(120K KK A K K C - D. 22/1210]1)/[(+K K C A3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性P S =__C_。
A. A A P P n n n n --00 B. 00A P P n n n - C. 00S S P P n n n n -- D. 00R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。
A. ＜0B. =0C. ≥0D. ＞05、对于单一反应组分的平行反应AP(主)S(副)，其瞬间收率P ϕ随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为____B__。
A. 平推流反应器B. 全混流反应器C. 多釜串联全混流反应器D. 全混流串接平推流反应器6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。
A. 平推流反应器B. 全混流反应器C. 循环操作的平推流反应器D. 全混流串接平推流反应器7、一级不可逆液相反应A2R ，30/30.2m kmol C A =， 出口转化率7.0=A x ，每批操作时间ht t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3m 。
A. 19.6B. 20.2C. 22.2D. 23.48、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，s l mol C r A A ⋅=-/01.0，当l m ol C A /10=时，求反应至l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。
.化学反应工程试卷及答案一、填空题（共25分,每空1分）1．化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即 ，而且着重研究传递过程对 的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。
2．反应器按型式来分类可以分为管式反应器、 和 。
3．对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为 ；反应产物C 的生成速率表达式为： 。
4．反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、 和 。
5．间歇釜反应器中进行如下反应：P A → (1) 11n AA C k r = 1E S A → (2) 22nA A C k r = 2E在Ao C 和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中S p C C /增大，表明活化能1E 与2E 的相对大小为 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中S p C C /增大，表明反应级数1n 、2n 的相对大小为 。
6．单位时间内由颗粒外表面传递至气相主体的热量可由牛顿冷却定律表达，其表数学表达式为 。
7．全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。
8．对催化剂性能影响最大的物理性质主要是 、 和孔体积分布。
9．复合反应包括三个基本反应类型，即并列反应、平行反应和_____________。
10．在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为 。
而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为 。
11．对于反应级数0<n 的反应，为了降低反应器容积，应选用 反应 器为宜；对于反应级数0>n 的反应，为了降低反应器容积，应选用 反应器为宜。
12．固定床催化反应器主要缺点是 ， 。
13．有效因子物理意义 =η 。
14. 多段绝热式反应器是筒体内放置几次搁板，搁板上放置 ，层与层之间设置气体的 装置。
二、选择题（共20分,每小题2分）1．对于可逆放热反应，为提高反应速率应( )。
A ．提高压力B ．降低压力C ．提高温度D ．降低温度 2．对于反应sS rR bB aA +→+，则)___(A r r r -=( )。
1. 化学反应过程按操作方法分为_______、______、_______操作。
（分批式操作、连续式操作、半间歇式）2. 反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。
3. 理想流动模型是指（平推流）模型和（全混流）模型。
5.间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。
6. 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（级数低）的反应。
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。
7. 平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。
（浓度、温度）主-副大于0，是吸热反应！8. 如果平行反应)()(副主S A P A →→均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应_____。
(提高温度)9.理想反应器是指_______、_______。
[理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器]8.全混流反应器的返混_______。
（最大） 平推流反应器的返混为_______。
（零）9.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。
10.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______。
（脉冲法、阶跃法、周期示踪法）11.平推流管式反应器t t =时，E （t ）=_______。
（∞）12.平推流管式反应器t t ≠时，E （t ）=_______。
（0）13.平推流管式反应器t t ≥时，F （t ）=_______。
（1）14.平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。
（0）15.平推流管式反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。
《化学反应工程》课程测试试卷一、填空题（每空2分，共50分）1.非等分子反应N2+3H2→2NH3的膨胀因子δN2 = 。
2.工业催化剂所必备的主要性能有、和。
3.对于平行反应，当主反应的活化能大于副反应的活化能时，温度有利于提高目的产物的收率。
4.化学吸附的吸附热要物理吸附的吸附热。
5.非均相反应进行的多个步骤中可能存在最难进行的一步，通常把阻力最大、速率最慢的一步叫做。
6.反应器内液体在搅拌器的作用下有、和三种流动形态，为防止液体在釜内出现“打漩”现象，可在釜内壁安装。
7.催化剂颗粒内气体扩散类型有、和。
8.操作温度越高物理吸附，化学吸附。
9.反应器大修时，在卸出催化剂前需进行处理。
10.多个连续釜式反应器串联的目的是。
11.气固相催化反应本征动力学指消除对反应速率的影响得到的动力学。
12.在确定反应器形式时，如反应级数越高，要求的转化率越高，则优先选用。
13.间歇反应器的生产周期包括和两部分时间，为缩短生产周期，应保证设备之间的平衡以最大限度减小时间。
14. 是催化剂中真正起到催化作用的部分。
15.传递工程和反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱，简称。
二、简答题（共32分）1．什么是绝热温升？（3分）2．什么是反应器的热稳定性？热稳定的条件是什么？（5分）3．什么是流化床反应器？列出常见异常现象及处理方法。
（8分）14．内扩散对常见复杂反应的选择性有何影响？如何消除？（8分）5．如何根据反应速率的变化趋势来选择反应器？（8分）三、计算题（共18分）1．进入SO2氧化器的气体组成（摩尔分数）为：SO2 3.07%；O2 8.44%；SO3 4.6%；N2 83.89%。
经过下列反应：2SO2+O2→2SO3，离开反应器的气体中SO2含量为1.5%，试计算SO2的转化率。
（8分）2．在555K，0.3MPa下，在连续操作管式反应器中进行A→P反应，已知进料中A的摩尔分数为30%，其余为惰性物料，加料中A的流量为6.3mol/s，动力学方程为-r A=0.27c A mol/(m3·s)，为了达到95%的转化率，求所需空速和反应器有效体积分别为多少？（10分）234。
第 1 页共 5 页.化学反应工程试卷及答案一、填空题（共25分,每空1分）1．化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即 ，而且着重研究传递过程对 的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。
2．反应器按型式来分类可以分为管式反应器、 和 。
3．对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为 ；反应产物C 的生成速率表达式为： 。
4．反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、 和 。
5．间歇釜反应器中进行如下反应：P A → (1) 11n AA C k r = 1E S A → (2) 22nA A C k r = 2E在Ao C 和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中S p C C /增大，表明活化能1E 与2E 的相对大小为 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中S p C C /增大，表明反应级数1n 、2n 的相对大小为 。
6．单位时间内由颗粒外表面传递至气相主体的热量可由牛顿冷却定律表达，其表数学表达式为 。
7．全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。
8．对催化剂性能影响最大的物理性质主要是 、 和孔体积分布。
9．复合反应包括三个基本反应类型，即并列反应、平行反应和_____________。
10．在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为 。
而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为 。
11．对于反应级数0<n 的反应，为了降低反应器容积，应选用 反应 器为宜；对于反应级数0>n 的反应，为了降低反应器容积，应选用 反应器为宜。
12．固定床催化反应器主要缺点是 ， 。
13．有效因子物理意义=η 。
第 2 页共 5 页14. 多段绝热式反应器是筒体内放置几次搁板，搁板上放置 ，层与层之间设置气体的 装置。
二、选择题（共20分,每小题2分）1．对于可逆放热反应，为提高反应速率应( )。
一．一均相反应RA →，其动力学方程式为min ./)(l mol kC R A A =-，其中1min1-=k ，要求最终转化率%90=Af x 。
若反应分别在等体积的间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器中在相同的条件下等温进行，已知间歇反应器的辅助时间为10min 。
求：（1）这三种反应器生产强度之比值；（2）在间歇反应器中，生产强度最大时的最佳反应时间及此时的转化率。
解：（1）1.0:39.0:073.0)(:)(:)(1.0min9)1(:39.0min3.2:073.0min 3.2)1ln(1)(:00000000000000000000=∴=====-=========+=+=+==-=-=⎰CSTR R PFR R BR R A r Af A rAf A Af A R Af A Af A rA r Af A rAf A Af A R rA r Af A r Af A RR Af x A A A F F F C V x C V x C Q x F F x kC x C Q V CSTR C V x C V x C Q x F F Q V PFR C V t t x C V t t x n t t n F x k-R dx C t BR Afττττ（2）000000)1()(t t e C V t t x C V t t x n t t n F tA r AfA r Af A RR +-=+=+=+=-926.01min 6.20)10()1()10(120=-==⇒=+--+=+-=----tAf t t te x t t e t e dt dJ t t e J 令 二．一台全混流反应器，其反应体积为5m 3，拟在等温下进行下列液相反应：h m kmol C r Q A hm kmol C r P B A A Q A P ./2.0(2./6.1(323=→=→+副反应）主反应）每小时处理A 和B 的混合液体积为10m 3，其中30/2mkmol C A =。
求反应器出口处P 的总选择性及A 、P 、Q 的浓度。
解：303220002/8.01056.154,/14.06.121054.06.1)(444.06.16.1)(2)(m kmol C C C R C Q V S m kmol C C C C C C C C R C C Q V C C C C R R S r r R P A P P P r P A A A A AA A A A A A r A A A A A P P QP A =⇒======⇒+-=∴+-=--==+=+=-=+=-ττ 320/1.01052.0m kmol C C C R C Q V Q A Q Q Q r =⇒====τ 三．某二级不可逆液相反应A+B →P ，已知C A0 ＝C B0，在间歇反应器中达到x Af =0.99时，需反应时间10min 。
问：（1）在全混流釜式反应器中进行时，所需的空时为多少？ （2）在两个串联的全混流釜式反应器中进行，当第一釜的出口转化率达50％时，所需的总空时又为多少？解：min 1000)99.01(9.999.0)1()1(9.9min 109910111)1(2220000002200=-⨯=-==∴=⨯=-=-=⎰Af A AfA A A Af A A x A A A A x kC x C kC kC x x kC x kC dX C t Afτmin 15.495)99.01(5.099.0)5.01(5.0)2(2020=--+-=A A kC kC τ 四．现有一台2m 3的全混流反应器，进行液相一级不可逆反应：R A 2−→−，当处理量Q 0＝1m 3/h 时，出口转化率达80%。
现在原反应器后串联一只反应器，反应温度相同。
若为了使处理量增加一倍，则问：（1）串联一只全混流反应器，总出口转化率仍为80％，该反应体积为多大？（2）若串联一只2 m 3的活塞流反应器，总出口转化率可达多少？ 解：955.02)1ln()1()2(3/2)1()(3/2)1()1(2)1()1()1(1'000'0231'02'11111'0110000001=⇒=--=-==--==+=⇒-==-=∴-=--=⎰-Af A Af A x x AA AA r Af A Af r r r A A A r Af r Af Af Af Af A A Af A r x x x x k Q x kC dx C Q V m x k x x Q V Q kV kV x x k x Q V h x V x Q k x k x Q x kC x x C Q V AfA五．在一等温平行反应DA R A −→−−→− ，R 为目的产物，已知R 瞬时选择性S 和转化率Ax 的关系为：2A A x x S 526.0-+=，当S ＝0.5时终止反应。
试计算：（1）在PFR 中进行反应时R 的总收率 （2）在CSTR 中进行反应时R 的总收率（3）在两个串联的CSTR 中进行，当第一釜的出口转化率为多少时，才能使总收率达到最大？此最大总收率为多少？解：2225.0445.05.0)2(318.0)526.0()1(445.05.0526.0445.00445.00=⨯==-+===⇒=-+=⎰⎰Pf A 2A A A Pf Af 2Af Af Y dx x x Sdx Y x x x S 298.0,29.00)445.0(5.0)526.0()3(111111==⇒=-⨯+-+=Pf A A Pf A A 2A A Pf Y x x d dY x x x x Y六. 一级反应A →P ，进料温度为150℃，活化能为83.684kJ/mol 。
在PFR 中等温进行该反应，反应器体积为V P ，如改为CSTR 在相同温度下操作，其体积为V M ，为达到同样的转化率90％，则V M ／V P 之值应如何？若PFR 的操作温度不变，转化率仍为90％，为使V M ／V P ＝1，CSTR 的反应温度应如何变化？)1(11ln 12 909.39.011ln)9.01(9.011ln )1( (1) )1()1( 1n CSTR 11ln1n PFR,M 0P 000000A AA P M A A A P M A M AA A M A A M AP P -x k x Q -x k Q V V -x -x x V V -x k x Q -x C k x C Q V -x k Q V ＝，＝）（：，对：解：对=--=======⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛P M A A AM P T -T R E exp -x x -x k k 11)1(11ln＝＝KT -T .exp --M M 71.44815027311314883684)9.01(9.09.011ln =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+＝ 七. 某液相均相反应A ＋ B → P ，(-R A )=kC A C B ；当反应温度100℃时，反应速率常数为0.5（mol/L ）-1.h -1，进料混合物中A 、B 的初始浓度均为2mol/L 。
要求P 的产量为80mol/h ，最终转化率为80％。
求下列几种情况下的反应体积：（1）反应在间歇釜式反应器中进行，辅助时间为1h;（2）反应在全混流釜式反应器中进行；(3) 反应在活塞流管式反应器中进行。
解：h C C k t L mol x C C kC C kC R C C A Af Af A Af AB A A B A B A 4)214.01(5.01)11(1/4.0)8.01(2)1()(,)1(00200=-=-==-=-===-∴==νν000/A A C F Q =hL C F Q hmol x F F A A Af P A /502/100//10080.0800000======)(2004504)3()(100010010/.10)8.01(25.08.0)1()2()(250)14(50)(022220000L Q V ht L V mol h L x kC x F V L t t Q V r r Af A Af A r r =⨯=====⨯==-⨯⨯=-==+=+=ττ八．在一等温操作的间歇反应器中进行某液相一级反应，13分钟后反应物转化掉70％。
今若把此反应移到活塞流管式反应器或全混流釜式反应器中进行，为达到相同的转化率，所需的空时各为多少？解：10926.0)70.01ln(131)1ln(1)1ln(-=--=--=∴--=min x t k x kt A A（1）活塞流反应器：min t 13==τ （2）全混流反应器：min x k x x kC x C A A A A A A 2.25)7.01(0926.07.0)1()1(00=-=-=-=τ。
