广州大学化学反应工程试卷(含答案).doc

院、系领导
审批并签名

B 卷

广州大学 2014-2015 学年第 一 学期考试卷
课程 化学反应工程 考试形式（闭卷，考试）
学院 化学化工系 化工专业 化学工程与工艺 班级 2012级 学号 姓名
题次
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
评卷人
分数
20
20
15
45

评分

一 填空题（每空1分，共20分）
1.半衰期是指 所需的时间，对于反应，反应速率为，CA0=3kmol/m3，则该反应的半衰期是 。
2.某活化的Al2O3催化剂，采用汞-氦法测定孔体积。已知催化剂的质量为101.5g，被样品置换的氦气体积为40cm3，置换汞的体积为82cm3，则催化剂的颗粒体积Vp= cm3/g催化剂，催化剂的孔体积Vg= cm3/g催化剂，颗粒密度= g/cm3催化剂，催化剂空隙率εp为 。
3. 当分子管径d0小于分子的平均自由程λ（d0/λ<0.1）, 此时扩散为 ，扩散的阻力主要来自 ，扩散系数与 有关。（选择“压力”或“温度”）。
4．气液反应用 来判别反应快慢的程度。对于气液瞬间反应，液相主体中反应物A的浓度CAL＝ ，反应主要在 上进行，宜采用
反应器。
5. T-x图中，多段绝热床反应器段间间接冷却时，冷却线为 ；用原料气直接冷激时，冷却线为 。多段绝热床每段出口温度位于
之间。
6.对于气-固相流化床，流体通过床层可视为 ，流化床催化剂颗粒内外扩散 ，宏观动力学与本征动力学 。
7. 连续釜式反应器中发生一级不可逆放热反应，存在三个定态点，其中仅一个稳态的定态点，该点的数学特点为 。
二 选择题（每题2分，共20分）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案

1. 反应器中发生反应，已知反应器中，则反应的膨胀因子= ，膨胀率= 。
A. 0.25，0.08 B. 0.2，0.08 C. 0.25，0.1 D. 0.2，0.1
2. 对于反应，下列描述正确的是 。
A. A的消耗速率 B. A的消耗速率
C. A的消耗速率 D.
3.由下图推测反应的级数为 。
A. 1 B. 0 C. 0.5 D. 2

4. 反应体系有A，B，C三种组分，下图表示的间歇反应器中这三种组分浓度随时间变化曲线，判断反应的类型为 。
A.平行反应 B.并列反应 C.单一反应 D. 连串反应
5. 采用下述两种反应器进行等温、恒容二级不可逆反应：
（1）体积为VR的一个活塞流反应器；
（2）两个体积为0.5VR的活塞流反应器串联。
在相同条件下，两种反应器能达到的出口转化率 。
A.无法判断 B.前者大于后者 C. 相同 D.前者小于后者
6.下面的T-X图中，AB是平衡曲线，则确定图中所标明的各点中，等温线AM上 点速率最大。

A. A点 B. D点 O. B点 D. M 点
7.下面 可以作为停留时间分布密度函数E（t）。
A. B. C. D.
8. 对于转化率与反应速率存在极大值的动力学关系，采用 型式的反应器可能使得所需反应体积最小。
A．全混流 B．活塞流
C．活塞流后串接一个全混流 D．全混流后串接一个活塞流
9. 一级连串反应，在全混流釜式反应器中，当k1≠k2，目的产物R最大浓度对应的时间topt＝ 。
A. B. C. D.
10．在流化床反应器中，流体通过床层时基本可视为 ，催化剂颗粒在床内运动接近 。
A．全混流，全混流 B．平推流，平推流
C．全混流，平推流 D．平推流，全混流
三 简答与分析题（共15分）
1. 试分析积分反应器和微分反应的优缺点。（5分）

2.对于平行反应， ，其中L为目的产物，其动力学方程分别为：，，为使L的选择性最大，如果在连续流动反应器中进行，分析并确定下图中哪种操作方式最好，应该如何确定温度？（10分）

四 推导及计算题（共45分）
1.（10分） 在CuZnAl催化剂上发生可逆反应， ，已知A、B、R和D均能被催化剂吸附，推导出表面反应为控制步骤时的速率方程。

（化学反应工程+54学时-- （B） 卷 共 14 页/第 9 页

2. （10分）在平推流反应器中进行下列液相反应

反应开始时A和B的浓度分别等于和，目的产物为P，试计算:
(1) 反应时间为3h时A的转化率。（5分）
(2) 求目的产物p浓度为多少。（5分）

3. （12分）有一自催化液相反应，其速率方程为，在373K温度下，速率常数，，每小时处理1000mol原料，其中A占80%（mol），其余为P。当A的最终转化率为90%。为使所需反应体积最小，采用何种型式的反应器组合好，并计算所需的反应器总体积。

4.（13分）已知某一流动反应器的停留时间分布密度函数如下：

求：(1) 求平均停留时间及方差；（4分）
(2) 进行一级不可逆反应，反应速率常数为1min-1，CA0 =0.5mol/l，采用多釜串联模型计算反应器出口转化率；（4分）
(3) 若反应物料为宏观流体，其它条件均与上述相同，计算反应器出口转化率。（5分）。

广州大学 2014-2015 学年第 一 学期考试卷B卷答案
一 填空题（每空1分，共20分）
1. 转化率从0变为50%，0.067h 2. 0.808，0.414，1.238，0.513 3.努森扩散，气体分子与孔壁的碰撞，温度 4. 膜内转换系数（八田准数），0，界面或者气膜，填料塔 5.平行线，斜线，最佳温度与平衡温度 6.平推流，可以忽略，相等 7.
二 选择题（每题2分，共20分）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
B
D
D
A
C
D
A
D
B
D
三 简答与分析题（共15分）
1. 答：
积分反应器结构简单，实验方便，转化率较高，对取样和分析要求不高，能全面考察反应的全过程，对于热效应大的反应，反应器难以处于恒温条件，数据处理较繁琐。（2.5分）
微分反应器可直接求出反应速率，催化剂用量少，转化率低，易实现等温，但分析精度要求较高，配料较复杂，床层较薄，容易产生沟流，影响实验的准确度。（2.5分）
2.答：
（3分）
要提高L的选择性，则应该保持较高的A浓度，较低的B浓度（3分）。
因此选择（3）进料方式（2分）。反应温度控制在低温下操作（2分）。
四 推导及计算题（共45分）
1.解：

由于常数的选取不同，表达式的形式有差异，得分主要看推导步骤。
2. 解：(1)
　积分得：
　即： 　　　　　（2）
，反应时间t=3h，代入式（2）求出组分A的浓度。

所以：，转化率
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)　　　　　　　　　　
方法1：式（1）除以式（3）有

所以

由上式可知：CA=0时，P的浓度CP　最大，即：
方法2：利用选择率求出P的浓度，

由上式可知：CA=0时，P的浓度CP　最大，即：
3.

则
即反应速率随A转化率的不同存在一个极值，反应器的最佳组合方式是先全混流釜式反应器后串联管式反应器。

全混流反应器的体积为：

管式反应器的体积：

则总体积为
4.
（1）

无因次的方差：
（2）

（3）宏观流体用凝集流模型：平均转化率为 
一级反应：
则

（化学反应工程+54学时-- （B） 卷 /第 4 页