X Af
X Af
dX A ( RA )
CH 3 COOH C 2 H 5 OH CH 3 COOC2 H 5 H 2 O (A) (B) (R) (S)
原料中反应组分的质量比为：A:B:S=1:2:1.35，反应液的密度为 1020kg/cm3 ， 并假定在反应过程中不变。每批装料、卸料及清洗等辅助操作时间为 1h。反 应在 100℃下等温操作，其反应速率方程为： rA
年级
( 输入) =（输出）+ （消耗）+ （累积） ， 消除反应过程中内扩 和
P(主)
11. 描述流化床的气泡两相模型，气泡与乳相间的交换量 Q 为 与 之和。
命 题 时 间 ：
2010.06.15
2. 内扩散影响的判据式为 散影响的方法有 3. 如果平行反应 A
S(副)
。
二、 简答题（13 分）
下面是某可逆放热反应的 T-X 图，图中 AB 是平衡曲线，NP 是最佳温
线
教 务 处 制
吸附、活化的吸附组分的化学反应和产物的脱附三个步骤。 6. 一级不可逆液相反应 A→2R，C A0=2.30kmol/m3，出口转化率 xA=0.7，每
学院
批操作时间 t+t0=2.06h，装置的生产能力为 50000kg 产物 R/天， MR=60，则 反应器的体积 V 为 31.1m3。
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化学反应工程
课程试卷 juan
第二学期
7. 在达到相同转化率时， 多段原料气冷激催化床的催化剂用量比多段间歇换 热式催化床用量 ，原因是 。
2009~2010 学年
姓名
8. 对于一定的固定催化床体积，降低床层压力降的方法有 和 （列举两种） 9. 对于气 — 固相流化床，部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙 外，多余的气体都以气泡状态通过床层，因此人们把气泡与气泡以外的密相 床部分分别称为__ _与__ ____。
100℃时，k1=4.76× 10-4L/(mol· min)，平衡常数 K=2.92。试计算乙酸转化 35% 时所需的反应体积。根据反应物料的特性，若反应器填充系数取 0.75，则反 应器的实际体积是多少？
0.9975
3 而第二个反应器， Q02 1.6m / min ，
X A2 1 e 0.9502 两个反应器出口混合后： 1 2 X A 0.9975 0.9502 0.9660 3 3 （4）用一个反应体积为 2m3 代替，其结果同（1） 。 k （5）当 CA0 提高到 4kmool/m3 时，由 X Af 1 e 可知，转化率 与 CA0 无关，所以，上列各种情况计算结果不变，而对苯酚产量： （以摩尔流量表示） F FA0 X A Q0C A0 X A

6.15 在 0.10Mpa,530℃进行丁烷脱氢反应,采用直径 5mm 的球形 铬铝催化剂 , 此催化剂的物理性质为 : 比表面积 120m2/g, 孔容 0.35cm3/g,颗粒密度 1.2g/cm3,曲节因子 3.4.在上述反应条件下
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该反应可按一级不可逆反应处理,本征反应速率常数为 0.94cm3/gs,外扩散阻力可忽略,试求内扩散有效因子. 解:丁烷分子量为 58,λ =10-5cm,<ra>=2Vg/Sg=58.3×10-8cm, λ /2<ra>=8.576,此值与 10 接近,故可近似扩散是以奴森扩散为 主:
2 2 rA kK A pA K B pBV kpR K RV
k ( pA pB pR / K (1 K A pA K B pB K R pR )2
其中
k kK A K B
K k / kK R
O 2 2C2 H 4 O
四、 计算题（45 分）
1、 现有反应体积为 1m3 的平推流反应器两个， 拟用来分解浓度为 3.2kmol/m3 的过氧化氢异丙苯溶液以生产苯酚和丙酮。该反应为一级不可逆反应，并在 86℃等温下进行，此时反应速率常数等于 0.08s-1 。过氧化氢异丙苯溶液处理 量为 2.4m3/min。试计算下列各种情况下过氧化氢异丙苯溶液的转化率。 （1）两个反应器串联操作；
说明苯酚产量与 CA0 成正比，即产量增加。 （6）从上列各种计算结果比较看出： （a）几个 PFR 串联与用一 个大的 PFR，只要保持二者的总体积相同，其效果是一样的。 （b ） 在并联时，只要保持 Vr 1 / Q01 Vr 2 / Q02 ，其结果也是相同的。但
Vr 1 / Q01 Vr 2 / Q02 时，其总转化率是下降的。 （c）对一级反应最终
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（1） A 点和 B 点哪一点的反应速率大？为什么？ （2）在等温线上， A、D、O、E、 M 点中哪一点 O 速率最大，哪一点 A 速 率最小？为什么？ （3）在等转化率线上，H、 C、R、 O、 F 及 B 点中，哪一点速率 O 最大， 哪一点 B 速率最小？为什么？ （4）在 C 、R 两点中，谁 R 的速率大？为什么？ （5）根据图中所给的十点中，判断哪一点 M 速率最大？为什么？
均为一级不可逆反应， 若 E主 ＞ E副 ， 提高主反
度曲线，根据下图回答问题：
专业、班
应的选择性Sp应提高反应温度，内扩散对Sp有影响。 4. 对于恒温恒容的活塞流反应器和间歇釜式反应器反应器平均停留时间、 反 应时间和空时均相等。 5. 气固相催化反应的本征动力学过程包括反应物在催化剂活性位上的化学
转化率与 CA0 无关，但目的产物的产量与 CA0 成正比关系。
2、（19 分）用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯 12000kg，其化学反应式为
解： （1）两个反应器串联操作如图示： 总反应体积为：
Vr Vr 1 Vr 2 FA0
X A1 0
dX A dX A FA0 FA0 X A1 ( R ) 0 ( RA ) A
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（3）两个反应器并联操作，但两者原料处理量之比为 1：2。 （8 分）
（4）用一个反应体积为 2 m3 的活塞流反应器代替； （5）若将过氧化氢异丙苯的浓度提高到 4 kmol/m3，其他条件不变，上列各 种情况的计算机过是否改变？相应的苯酚的产量是否改变？ （6）比较上列各项的计算结果并讨论之，从中可以得到那些结论？
(1) A ( ) (A) (2) B 2 2( ) 2(B) (3) (A) (B) (R) ( ) (4) (R) R ( )
若是表面反应是速率控制步骤，试推导其动力学方程。
（2）两个反应器并联操作，且保持两个反应器的原料处理量相同；
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在银催化剂上进行乙烯氧化反应： 2C 2 H 4 其反应步骤可表示如下：
图 2.2 可逆反应 吸热反应 M 点速率最大，A H 点速率最大，B C 点速率大于 R 根据等速线的走
(2) B2 2 2 B B K B pBV (4) R R R K R pRV 整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示： rA k A B k RV 根据总覆盖率为 1 的原则，则有： A B R V 1 或 K A pAV K B pBV K R pRV V 1 整理得： 1 V K A pA K B pB K R pR 将 A , B , R ,V 代入反应速率方程，得：
解： 根据速率控制步骤及定态近似原理， 除表面反应步骤外， 其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式： (1) A A A K A pAV
解： 图 2.1 （1）可逆反应 （2）放热反应 (3)M 点速率最大，A 点速率最小 点速率最小 (4)O 点速率最大，B 点速率最小 点速率最小 (5)R 点速率大于 C 点速率 点速率 (6)M 点速率最大 向来判断 H,M 点的速率大小。 三、 推导题（12 分）
0.08 1.6 / 60
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3、（18 分）在填充直径为 9mm、高为 7mm 的圆柱形铁铬催化剂的固定床 反应器中，0.6865MPa 下进行水煤气变换反应。反应气体的平均相对分子质 量为 18.96，质量速度（按空床计算）为 0.936kg/(s· m2 )。设床层的平均温度 为 689K，反应气体的粘度等于 2.5× 10-5Pa· S。已分别为知催化剂的颗粒密度 和床层的堆密度分别为 2000kg/cm3 和 1400kg/cm3。 （1）试计算单位床层高度的压力降。 （2 ） 若若采用直径为 8mm 的两端封闭的圆柱体催化剂在此固定床中进行反 应，已知反应速率方程为 rA=0.92cA mol/(g· s)，催化剂孔容为 0.35 cm3/g， De=1.70× 10-2cm2/s，试计算内扩散有效因子。 （cA ：mol/cm3 ；ρ： g/cm3 ）
将有关数据代入即得：
X Af 1 e k 1 e 2.4 / 60 98.17% （2）结果同（1） 。 3 （3）第一个反应器， Q01 0.8m / min ，
X A1 1 e
0.08 0.8 / 60
0.082
k1 (c AcB c Ac A /K )
Dk 9700 58.3 108
530 273 / 58 2.104 102 cm 2 / s
De Dk p / m 2.6 103 cm 2 / s 0.5 0.94 1.2 1.736 6 2.6 103 由(6.60)式算得η =0.465.
10. 对于气 —固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度 后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波 动频繁，这种流化床称为 。