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化学反应工程试题..

2010-2011学年第二学期末考试试题(A 卷)一、选择题(30分,每题1.5分)1、“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的“一反”是指 ( D )。

A .化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学2、对于反应sS pP bB aA +−→−+, 则P r = ___A__ ()A r -。

A. ap , B. a p , C. p a , D. p a3、气相反应A + B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与B 以1∶1 摩尔比进料,则膨胀因子A δ=(D )A. –2B. –1C. 1D. 24、气相反应2A + B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与B 以2∶1 摩尔比进料,则膨胀率A ε=( C ) A. –1 B . –1/2 C. 1/3 D.4/35、反应2421042H H C H C +→,反应速率常数10.2-=s k ,则反应级数n=( B)A. 0B. 1C. 2D. 36、串联反应A → P (目的)→R + S ,目的产物P 的得率X P =( A)。

A.00A P P n n n - B.A A P P n n n n --00 C.00S S P P n n n n -- D.0R R P P n n n n --7、分批式操作的间歇反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项( B )。

A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间8、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(B)。

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9、对于单一反应组分的平行反应 ,其瞬间收率P ϕ 随C A 增大而单调下降,则最适合的反应器为( A )。

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10、全混流反应器的无因次时间分布函数和分布密度函数是 ( D ) A.()ττ≥<=t t t F 10,ττ=≠∞=t t t E 0)(; B.1110)(≥<=θθθF ,110)(=≠∝=θθθE ;C.τtet F --=1)(,ττtet E -=1)(;D.θθ--=e F 1)(,θθ-=e E )(。

11、某平行反应SA PA −→−−→−21,其中反应1为二级反应,反应2为一级反应,反应活化能1E <2E , P 为目的产物,该反应的温度和反应物浓度如何选择?( B )A. 高的进料浓度高的反应温度;B. 高的进料浓度低的反应温度;C. 低的进料浓度高的反应温度;D. 低的进料浓度低的反应温度。

12、全混流反应器稳态操作点满足的基本条件是 ( B )A r g Q Q =,dT dQ dT dQ gr <; B r g Q Q =,dT dQ dT dQ g r >; C r g Q Q =,EaRT T T T m 2<-=∆;D )()(r r A g H V r Q ∆--=,)()(000m p p r AUT T C T AU C Q +-+=ρυρυ 13、 气-液反应过程包括以下那些步骤:( A,B,C,D) A 气体向气液界面的扩散;B 液体反应物向气液界面的扩散;C 气液界面处气体的溶解;D 溶解气体在界面以及液相内的化学反应。

14、等温催化剂的效率因子η 为催化剂粒子的( B)与催化剂内部的浓度和温度与其外表面上的相等时的反应速率之比。

A.外扩散速率B. 实际反应速率C. 内扩散速率D. 表观反应速率 15、全混流反应器中有( B)个稳定的定常态操作点。

A. 1 B. 2 C. 3 D. 416、全混流流动的E (t )曲线的无因次方差2θσ=(C )。

A. 0 B. 0~1 C. 1 D. >1 17、脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为( A )。

A. E (t )曲线 B. F (t )曲线 C. I (t )曲线 D. y (t )曲线18、对于气—液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应,为提高反应速率,应选用( C )装置。

A. 填料塔B. 喷洒塔C. 鼓泡塔D. 搅拌釜 19、骨架Ni 催化剂的制备是将Ni 与Al 按比例混合熔炼,制成合金,粉碎以后再用苛性钠溶液溶去合金中的Al 而形成骨架,这种制备方法是(A)。

A. 溶蚀法B. 热熔法C. 沉淀法D. 混合法20、对于一级反应,催化剂颗粒的无因次西勒模数e ss D k R 3=φ 值的大小反映了表面反应速率与(C)之比。

A. 扩散速率B. 外扩散速率C. 内扩散速率D. 实际反应速率二、间答题(20分,每题5分)1、气-固催化反应一般包括那些步骤?2、停留时间分布密度函数E(t)布函数F(t)的意义。

3、简述常用理想反应器的种类和特点。

4、简述表征催化剂颗粒特征的基本参数粒径的表示方法。

三、证明题(20分)串联反应M P A kk −→−−→−21,其中为目标产物,各反应均为一级不可逆反应,反应在等温全混流反应器中进行,开始时只有反应物A ,证明最大产物P 浓度为()[]22112max 1+=k kC C A P 。

四、计算题(30分,每题10分)1、平行反应 )(主P A →,)(副S A →,其中A P C r 2=,2A S C r =,已知C P0=0,L mol C A 20= ,求在全混流以及平推流反应器中的C P,max 。

(瞬时选择性()APA P P dC dC r r -=-=ϕ) 2、某一级不可逆反应在平推流反应器中进行,在150℃等温下反应,出口转化率为0.6。

现改为等体积的全混流反应器中进行,料液流率以及初浓度都不变,要求转化率达到0.7,问此时全混流反应器在什么温度下操作?(反应活化能mol kJ Ea /68.83=)3、有一反应器被用于某一级反应,对该反应器进行脉冲法示踪—应答试验,在进口处加入δ函数,示踪物在出口处的响应为:t/s 10 20 30 40 50 60 70 80 C(t)355421已知该反应在全混流釜中进行时,在相同τ下,82.0=Af X ,用多釜串联模型求本反应器所能获得的转化率。

2010/2011学年第2学期期末考试试题答案及评分标准(A 卷)课程名称:化学反应工程使用班级: 08040341、 08040342、 08040343 一、选择题(30分,每题1.5分)1、 D ;2、 A ;3、 D ;4、 C ;5、B ;6、A ;7、B ;8、B ;9、A ;10、D ; 11、B ;12、B ;13、A 、B 、C 、D ;14、B ;15、B ; 16、C ;17、A ;18、C ;19、A ;20、C 。

二、简答题(20分,每题5分) 1、气-固催化反应一般包括那些步骤?答:①气体分子由气相主体向催化剂表面的外扩散;②气体分子由催化剂表面向催化剂内孔的内扩散;(1分)③气体分子在固体催化剂上形成吸附态;(1分)④吸附态络合物之间进行表面反应;⑤产物从催化剂表面的脱附;(1分)⑥产物气体分子由催化剂内孔向表面的内扩散;(1分)⑦产物气体分子由催化剂表面向气相主体的外扩散。

(1分)2、停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)的含义。

答:停留时间分布密度函数E(t):在定常态下的连续稳定流动系统中,相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体,在反应器出口流体的质点中,在器内停留了t到t+dt之间的流体的质点所占的分率为E(t)dt。

⎰∞= 00.1)(dttE。

(3分)停留时间分布函数F(t):在定常态下的连续稳定流动系统中,相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体,在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F(t)。

⎰=t dt t EtF)()(。

(2分)3、简述常用理想反应器的种类和特点。

答:常用的理想反应器有间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器。

(1分)间歇反应器特点:①反应器中各处的物料温度、浓度都相同;②无返混现象;③出料组成与反应器内物料的最终组成相同。

(1分)平推流反应器特点:①反应器内没有物料的返混;②在垂直于流动方向上的同一截面,不同径向位置的流体特性(组成、温度等)是一致的;③在定常态下操作,反应器内状态只随轴向位置改变,不随时间改变。

(2分)全混流反应器特点:①物料在反应器内充分返混;②反应器内各处物料参数均一;③反应器的出口组成与器内物料组成相同;④连续、稳定流动,是一定态过程。

(1分)4、简述表征催化剂颗粒特征的基本参数粒径的表示方法。

答:固定床中粒径的表示方法常用的有三种。

(2分)颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积pV的球粒子直径,表达式()31/6πP V V d =; (1分)颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径,表达式πP a a d = ;(1分)颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示,表达式V S S d 6=。

(1分)三、证明题(20分)证明: 对反应物A 作物料衡算: V r vC vC A A A )(0-+= vV=τ (2分) τ1101111k vVk C C A A +=+=(3分) 对中间产物P 作物料衡算:V r vC vC P P P )(0-+= (2分)V C k C k vC P A P )(021+-+= (2分)()()τττ211011k k k C C A P ++=(3分) 上式对τ求导,使其为零,可得主产物P 浓度:22212121102110)1()1(])1()1([)1)(1(0ττττττττk k k k k k k C k k k C d dC A A P+++++-++== (5分) 221120max ,]1)/[(1+=k k C C A P (3分)四、计算题(30分,每题10分)1、平行反应 )(主P A →,)(副S A →,其中A P C r 2=,2A S C r =,已知C P0=0,L mol C A 20= ,求在全混流以及平推流反应器中的C P,max 。

(瞬时选择性()APA P P dC dC r r -=-=ϕ) 解:目标产物P的收率()AA A A A P A P C C C C r r dc dc +=+=-=-=22222ϕ (2分) ⑴ 在全混流反应器中()())2(2200A AAf A Af A Pf C C C C C C C -+=-=-Φ=ϕ (2分) 当0=APf dC dC 时,Pf C 为最大0224=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-AA A dC C C d (1分) 0=A C ,2=Pf C (1分)⑵ 在平推流反应器中()()A C A A C AC C A P C C dC C dC C A AAA +-=+=+=-=⎰⎰2ln 24ln 22ln 22222ϕ (2分) 当0=A C ,2ln 2=Pf C (2分) 2、某一级不可逆反应在平推流反应器中进行,在150℃等温下反应,出口转化率为0.6。

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