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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）
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
η 2 ①。
①增加②不变③减小④其它
2、能使内扩散的影响加大的有①②③。
①增加催化剂颗粒的粒径②增强催化剂的活性③升高反应温度
④提高反应的主体相浓度C
b ⑤降低反应的主体相浓度C
b
3、均相CSTR反应器中S形放热曲线，在高温区的特征是③；颗粒催化剂的S形放热曲线，高温区的特征是①。
①扩散控制②动力学控制③反应物耗尽④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②。
①三者同为理想反应器，但理想的内涵是不同的
②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。
③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
④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？②③⑤。
①填料塔反应器②搅拌鼓泡反应器③流化床反应器④板式反应器⑤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 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，5.0/)(=-b es b C C C （C b 为气体主体相浓度，C es 为催化剂颗粒外表面浓度），则颗粒外扩散有效因子η1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C BL =C BL *(C BL * 为临界浓度)，则反应面位置 在液膜界面上 ，这时C Ai 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。
C A τPFR C A >C A,OPT,τCSTR <τPFR
返混有利，尤其是在开始阶段，采用CSTR 操作（3分）
（2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：
dT
dQ dT
dQ r
g <
，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C A ，反应级数为n ，反应速率常数为k
则 反应的速率n
A n A A C RT
E k kC r )exp()(0-==-（2分） 450℃时，n
A A C R
E k r )723exp()(01-
=-（2分） 400℃时，n
A A C R
E k r )673exp()(02-=-（2分）
由题意：
10])72316731ex p[()()(21=-=--R
E
r r A A （2分）
)/(3.186mol kJ E =⇒（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）：
CH 3COOH −→−1k CH 2=CO + H 2O （主反应）；CH 3COOH −→−1
2k
CH 4 + CO 2（副反应），已知在916℃
时的k 1=4.65 s -1，k 2=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C A0，则有： )(01Y X C k dt dX A --=（2分）；)(02Y X C k dt
dY
A --=
上面两式相加可得：))(()
(021Y X C k k dt
Y X d A --+=+，
积分得：t Y X C C k k A A =+-+)(ln 10021 （1）当醋酸的转化率为0.99时，应有X+Y=0.99C A0，代入上式可得：
)(549.099
.011
ln 74.365.41s t =-+=（5分） （2）X+Y=0.99C A0；X/Y=k 1/k 2=4.65/3.74，联解这两个方程得到：
X=0.549C A0；Y=0.441 C A0；醋酸转化为乙烯酮的选择性为：
%4.5599
.0549
.099.00===
A C X β。（52分）
六、均相气相反应A →3P 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F A0=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：21
1
3=-=A δ，5.00=A y ，根据k 的单位判断出反应为一级反应，
（2分） A A kC r =-)(，A
A
A A A A A A A x x C x y x C C +-=+-=1111000
δ（2分）
)/(333.83600
1000
30000s mol C F A A =⨯=
=ν（1分）
)/(0793.0)]
18515.273(314.8/[1000400333
.83000s m C F A A =+⨯⨯==
ν（1分） 反应器体积：
)(18.192ln0.2)-(-0.801.00793.0)1()1(38.000008.00
000m x kC dx x C kC dx C V A
A A
A A A A A R =⨯=-+===⎰⎰
νντν
（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：A A C r 158.0)(=-，
