《化学反应工程》期末考试试题及答案

r kSKAPAKBPB

(1 KAPA KBPB＋KRPR)2

二、填空题（每题5分，共30分）

反应的活化能为 52894 J／mol 。 1．一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则该

lnk2E11 ( ) ln2k1RT1T2

E11 ( ) ln28.314298308

J/mol解： E 52894，

2．一气固催化反应A B R，若本征反应速率方程为：

则该反应可能的反应机理为

A σ Aσ

B2 2σ 2Bσ

kSAσ Bσ Rσ σ (此步为速率控制步骤 ）

Rσ R σ

3．间歇釜反应器中进行如下反应：

A P (1) －rA1＝k1CAa1

A S (2) －rA2=k2CAa2

在CA0和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中CP/CS增大，表明活化能E1与E2的相对大小为 E1<E2 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中CP/CS增大，表明反应级数al、a2的相对大小为 al>a2 。

A．al>a2 B．al<a2 C．活化能El<E2 D．活化能El>E2

2 0.98,反应器可视为 全混流反应器 4．从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差

又若求得无因次方差 0.02,则反应器可视为 活塞流反应器 。 22

5．有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，反应为二级不可逆反应A→P，若大釜在0.520.5P1CACBrQ k2CACB

先，小釜在后，出口转化率为xA1，小釜在先、大釜在后，则出口转化率为xA2，两种情况下，进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较xA1和xA2的相对大小为 xA1<xA2 。

6. 在固定床反应器中，分别进行一级和二级不可逆气固催化反应，试比较a、b两处的η值大小（a处靠近反应器的进口，b处靠近反应器的出口），并说明理由。

（1）一级放热反应，绝热操作；ηa>ηb

（2）二级反应，等温操作。ηa<ηb

三、问答题（每题6分，共12分）

1.液相复合反应, 若为使目的产物P的选择性高，应选择：

(1) 若采用间歇反应釜，其加料方式为？

(2) 若采用管式反应器，其进料方式为？

(3) 若E1>E2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？

答：为使目的产物P的选择性高，应选择：

(1)若采用间歇反应釜，其加料方式为 A一次性加入，B连续滴加 ；

(2)若采用管式反应器，其进料方式为 A从反应器进口处加入，B沿管长多处加入 ；

(3)若E1>E2，则反应温度应采用 高温 。

2. 在四段绝热式固定床反应器中进行n级不可逆反应,各段的催化剂量相同,且控制进入各段的反应物料温度相等.若n>0,试问

(1)

(2) 哪一段的净转化率最大?哪一段最小? 若段间采用冷激方法进行降温,试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间

哪处需加入的冷激剂量多?为什么?

解:(1)虽然各段进口温度相等,在催化剂量相同的情况下,净转化率也按1至4段的顺

序递减,第一段最大,第二段次之, 第三段再次之，第四段最小.

(2)因第一段反应量大于第二段反应量,所以1-2段间要取出的热量比2-3段间要取出

的热量大,因而1-2段间需要的冷激量也大于2-3段间需要的冷激剂量.

四、计算题：（第1，2题均为12分，第3题为14分，共38分）

1.在反应体积为1 m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产丙二醇-1，2：

H2COCHCH3 H2O H2COHCHOHCH3

该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等于0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率为90%。

（1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h，则丙二醇-1，2的日产量是多少？

（2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2的日产量又是多少？

（3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？

解：

（1） 一级不可逆反应：

11ln(1 xAf) ln(1 0.9) 2.35hk0.98

Vr Q0(t t0) Q0(2.35 0.65) 1t

Q0 1/3m3/hk12A B Pk2A 2B Q

Vr 1m3,rA kCA,k 0.98h 1,CA0 2.1kmol/l,XA 0.9

3CX 2.1 0.9 1.89kmol/m丙二醇的浓度=A0A

丙二醇的产量=Q0CA0xAf＝1.89 1/3 0.63kmol/h 15.15kmol/日

(2) 采用定态下连续操作

Q0 0.9Vr 1k(1 XAf)0.98(1 0.9)

所以Q0=0.109m3/h Q0XAf

丙二醇的产量=0.109 1.89 0.2058kmol/h 4.939kmol/日

（3）因连续釜在低的反应物浓度下操作，反应速率慢，故产量低。

2.对一闭式反应器进行停留时间分布实验测定，在Q＝300L/min下，得到E(t)～t关系

如下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据E(t)函数性质确定并计算：

（1）E(t)

（2）F(t) （3）该反应器体积为多少？

（4）多级串联模型参数N为多少？

2(5)无因次方差 为多少？ （6）轴向扩散模型参数Pe为多少？

t/min

答：

（1）E(t)＝ -1/200(t-20)

(2）F(t)＝ -t2/400+0.1t

（3）V＝ 2 m3

（4）多级串联模型参数N＝ 2

(5)无因次方差

2 2 11 N2 22-2(1-e-Pe) 0.5PePe

（6） Pe 2.56

3．某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得kP=5s-1,有效扩散系数DeA=0.2cm2/s。求：

（1） 当颗粒直径为0.1mm时，内扩散影响是否已消除？

（2） 欲保持催化剂内扩散有效因子为0.8，则颗粒直径应不大于多少？

(1) dP

6kP0.0151 0.00833 DeA60.23

1

(2) 1 11 0.8 tanh3 3

试差，得 ＝0.68

dP