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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
。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
（每点 1 分，全对 6 分）。
第5页
共7页
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(基本点答对就给全分，根据答题情况酌情给分)
五、计算题（共 31 分，第 1 题 11 分，第 2 题 10 分，第 3 题 10 分。）
1．在 555K 及 0.3MPa 下，在平推流管式反应器中进行气相反应 A P ，已知进
三、名词解释（共 12 分,每小题 3 分）
1．理想置换反应器:
2．体积当量直径：
3．气液相反应过程： 4. 浓相段:
四、简答题（共 12 分,每小题 6 分）
1．简述反应速率方程的推导过程（步骤）。
共7页
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2. 简述流化床反应器的特点。
五、计算题（共 31 分，第 1 小题 11 分，第 2 小题 10 分，第 3 小题 10 分。）
2.9
1 0.45
0.453
4
3296Pa
4分
第7页
共7页
解
Re m
dSu
g 1
m
g B
3103 2500
1.8
10
5
1
3600
0.45
210 ……3
分
Ergun 方程
第6页
共7页
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p
150 Re m
1.75
um2 dS
g
1
3 B
B
L3分
p
150 210
1.75
2500 2 3600 2.9
3 10 3
(基本点答对就给全分，根据答题情况酌情给分)
四、问答题（共 12 分,每题 6 分）
3．简述反应速率方程的推导过程
答：①假定反应机理，即确定反应所经历的步骤；②确定速率控制步骤，该步骤 的速率即为反应过程的速率，根据速率控制步骤的类型，写出该步骤的速率方程； ③非速率控制步骤均达到平衡。若为吸附或解析步骤，列出兰格缪尔吸附等温式，
全混流反应的体积。
解：全混流反应器平均选择性等于瞬间选择性 ……1 分
a
SP
SP
p rP rA
k1c A
k1c A
k
2
c
2
A
2分
1（5 1 0.9）
1分
1（5 1 0.9）1.5[（5 1 0.9）]2
57.11分
cP S p (c A0 cA ) 0.571(5 0.5) 2.57kmol m3 2分
料中含 A 30% （摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为 6.3mol s1 ，动力学
方程式为 rA 0.27cAmol m3 s1 为了达到 95％转化率，试求： (3)所需空速为多少?
(4)反应器容积大小?
解
c A0
PA RT
0.3 0.3103 8.314 555
1.75103 mol m3
VR
V0
(
c
A0 c - rA
A
)
1
5 0.5
(5 0.5) 1.5 0.5
2
25.7(m3 )3分
3.在一总长为 4m 的填充床中，气体以 2500kg m2 h1 的质量流率通过床层。床
层体安装直径为 3mm 的球形催化剂颗粒，空隙率为 0.45，气体密度为 2.9kg m3 ，
其粘度为1.8105 kg m1 s 1 。求床层的压降。
，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 A 2B 3C 4D ，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
标准空速为：
S VNO
V0
T0 T
VR
p p0
0.0969 273.15 0.3
555.15 0.1013
1.075
0.131s1
4．有一分解反应
A P 目的产物 rp k1cA
A S 目的产物
rS
k
2c
2 A
其中 k1 1h1 ， k2 1.5m3 kmol 1 h1 ， cA0 5kmol m3 ， cP0 cS0 0 ，体积流 率为 5m3 h1 ，求转化率为 90%时：全混流反应器出口目的产物Ｐ的浓度及所需
，
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
2．对于反应 aA bB rR sS ，则 rr ___(rA ) ( )。
A. r
B. r
C. a
a
b
r
a D.
r
D．降低温度
3． 非等分子反应 2NO H 2 N2 H 2O2 的膨胀因子 NO 等于（ ）
若为化学反应，则写出化学平衡式；④利用所列平衡式与 I V 1，将速率
方程中各种表面浓度变换为气相组分分压的函数，即得所求的反应速率方程。 （每点 1.5 分，全对 6 分）。
(基本点答对就给全分，根据答题情况酌情给分)
三、名词解释（共 12 分,每小题 3 分）
1．理想置换反应器（平推流反应器）是指通过反应器的物料沿同一方向以相 同速度向前流动，向活塞一样在反应器中向前平推，故又称为活塞流或平推 流反应器。
８. 对于气液相反应来说，慢反应是指化学反应将在液相主体内发生的，而快反
应过程是指反应仅发生在液膜区( )。
A．液相主体，气相主体 B．气相主体，液相主体
C．液相主体，液膜区 D．液膜区， 液相主体
9. 焦姆金吸附模型认为一般吸附活化能随覆盖率的增加而 ，脱附活化能
随覆盖率的增加而
( )。
2．体积当量直径：与颗粒具有相同体积的球体的直径称为该颗粒的体积当量 直径
2. 简述流化床反应器的特点。 （1）颗粒剧烈搅动和混合，整个床层处于等温状态，可在最佳温度点操作； （2）传热强度高，适于强吸热或放热反应过程； (3)颗粒比较细小，有效系数高，可减少催化剂用量； （4）压降恒定，不易受异物堵塞； （5）返混较严重，不适于高转化率过程； （6）为避免沟流、偏流等，对设备精度要求较高。
14. 催化剂、冷却（或加热）
二、选择题（共 20 分,每小题 2 分）
题号 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
答案 C
A
C
C
B
B
B
C
A
A
3．气液相反应过程：是指气相中的组分必须进入到液相中才能进行反应的过 程。 4. 浓相段:当流体通过固体床层的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速 度时，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，所形成的流固混合物称为浓相段。
。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 n 0 的反应，为了降低反应器容积，应选用 器为宜；对于反应级数 n 0 的反应，为了降低反应器容积，应选用
反应
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
。
14. 多段绝热式反应器是筒体内放置几次搁板，搁板上放置
V0
6.3 10 3
8.314 555.15 300
0.0969m3
s1
cA0
0.95 dxA 0 rA
0.95 0
dxA
0.271
xA
1 0.27
ln 1
1 0.95
11.10s
SV 1 11.101 0.09s1
VR V0 0.0969 11.10 1.075m3
B. 平推流反应器
C. 全混流反应器
D. 无法确定
6. 等温一级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行：
(1)一个间歇反应釜，容积 V1(仅考虑反应时间所需)， (2)一个平推流反应器，容积 V2， (3)二个等体积全混流反应器串联，总容积为 V3。上述三种情况反应温度、物 料处理量及转化率均相同，则容积比较为( )
其粘度为1.8105 kg m1 s 1 。求床层的压降。
2．槽式反应器（釜式反应器）和塔式反应器（先后可以互换）
3． rA
1 V
dnA dt
、 rC
1 V
dnC dt
。
4．物料衡算方程式、热量衡算方程式（先后可以互换）
5． E1 E2 、 n1 n2 。
6．
dQ dt
ag SS(TS
Tg
2．有一分解反应
A P 目的产物 rp k1cA