最新化学反应工程期末考试试题及答案(整理)

XXX 大学 化学反应工程 试题B （开）卷

（答案）2011—2012学年第一学期

一、单项选择题： （每题2分，共20分）

1．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反

应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明( )

A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2)

B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应(2)

C ．反应(1)的活化能小于反应(2)

D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2)

2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( )

A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0

3．对一平行—连串反应R A Q

P A ?→??→??→?)3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2

为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ ）。

A ．先高后低 B.先低后高 C ．高温操作 D ．低温操作

4．两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-r A1

与第二釜的反应速率-r A2之间的关系为( )。两釜反应温度相同。

A ．-r A1 > -r A2

B ．-r A1 = -r A2

C ．-r A1 < -r A2 D.不能确定何者为大

5. 已知一闭式反应器的1

.0=r a uL D ，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N 为

（ ）。

A ． 4.5 B. 5.6 C ．3.5 D ．4.0

6．固体催化剂之所以能起催化作用，是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要

发生( )。

A ．物理吸附

B ．化学反应

C ．化学吸附

D ．质量传递

7．包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为( )

A ．堆(积)密度

B ．颗粒密度

C ．真密度

D ．平均密度

8．在气固催化反应动力学研究中，内循环式无梯度反应器是一种( )。

A ．平推流反应器 B. 轴向流反应器 C. 全混流反应器 D. 多釜串联反应器

9．某液相反应，其反应式可写成A+C R+C 这种反应称为( )

A ．均相催化反应

B ．自催化反应

C ．链锁反应 D.可逆反应

10．高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似看成( )

A ．气、液均为平推流

B ．气、液均为全混流

C ．气相平推流、液相全混流

D ．气相全混流、液相平推流

二、填空题（每题5分，共30分）

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，则该反应的活化

能为 。 2．一气固催化反应R B A →+，若本征反应速率方程为： 则该反应可能的反应机理为

3．间歇釜反应器中进行如下反应： P A → (1) －r A1＝k 1C A a1

S A → (2) －r A2=k 2C A a2

在C A0和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中C P /C S 增大，表明活化能E1与E2的

相对大小为 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中

C P /C S 增大，表明反应级数al 、a2的相对大小为 。

4．从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差

98.02=θσ,反应器可视为 2

)1(R R B B A A B B A A S P K P K P K P

K P K k r ＋++=

又若求得无因次方差

02.02=θσ,则反应器可视为 。 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

先，小釜在后，出口转化率为x A1，小釜在先、大釜在后，则出口转化率为x A2，两种情况

下，进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较x A1和x A2的相对大小为 。

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

（2）二级反应，等温操作

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E 1>E 2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？

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)哪一段的净转化率最大？哪一段最小？

(2)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？

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 m 3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：

23223+→H COCHCH H O H COHCHOHCH

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/m 3，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？

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：

Q B A P B A k k ?→?+?→?+212225.025.021B A Q B

A P C C k r C C k r ==

（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？ (5)无因次方差2θσ为多少？

（6）轴向扩散模型参数Pe 为多少？

t/min

3．某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得k P =5s -1,有效扩散系数

D eA =0.2cm 2/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？

一、1.A 2. B 3.B 4.A 5. B 6.C 7.B 8.C 9.B 10.B

二、1.52894 J ／mol m ol J E E T T R E k k /528942ln )308

12981(314.82ln )11(ln 2112=∴=-==-=

2.

σR R σσR σB σA σB σ

σB A σ

σA S k +?+?→?+?+?+）

此步为速率控制步骤 ( 222

3.E1a2

4.全混流反应器 活塞流反应器

5..xA1

6.（1）ηa>ηb （2）ηa<ηb

三、简答题

1.答：(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.答：(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：

1.解：

3101,,0.98, 2.1/,0.9-=====r A A A A V m r kC k h C kmol l X 一级不可逆反应：

h m Q Q t t Q V h x k t r Af /3/11)65.035.2()(35.2)9.01ln(98

.01)1ln(130000==+=+==--=--

=

丙二醇的浓度=30 2.10.9 1.89/=?=A A C X kmol m

丙二醇的产量=Af A00x C Q ＝1.891/30.63/15.15/?==日kmol h kmol

(2) 采用定态下连续操作

000.91(1)0.98(10.9)?===--Af

r Af Q X Q V k X 所以Q0=0.109m3/h

丙二醇的产量=0.109 1.890.2058/ 4.939/?==日kmol h kmol

（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.答：（1）E(t)＝ -1/200(t-20) (2）F(t)＝ -t2/400+0.1t （3）V ＝2 m 3

（4）多级串联模型参数N ＝ 2 (5)无因次方差

2112==σθN （6） 2.56Pe 5.0)e -(1Pe

2-Pe 2Pe -22=∴==σθ

3.解：

cm

d d d D k d 1 (2)1

D k d P P P

eA P P

eA P P

816.068.06

52.056668

.08.0313tanh 13

100833.02.05601.06)1(≤====φφ=???

? ??φ-φφ=η≈η∴<<===φ＝试差，得

湖北XX 大学化学反应工程试题

一、选择题

1、气相反应CO + 3H 2CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与H 2

以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子δCO =_ _。A. -2 B. -1 C. 1 D. 2

2

、一级连串反应A

S K 1P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C __ _ _ __。 A. 122

)(210K K K A K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 122)(120K K K A K K C - D. 22/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性P S =_ _。 A. A A P P n n n n --00 B. 00A P P n n n - C. 00S S P P n n n n -- D. 00R R P P n n n n --

4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___ __。

A. ＜0

B. =0

C. ≥0

D. ＞0

5

、对于单一反应组分的平行反应

A

P(主)

S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下

降，则最适合的反应器为___ __。 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

6、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____ ___。

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

7

、一级不可逆液相反应A 2R ，30/30.2m kmol C A =， 出口转化率7.0=A x ，每批

操作时间t+t 0=2.06h ，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，M R =60，则反应器的体积V

为_ _m 3。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4

8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，

求反应至l mol C A /01.0=所需时间t=___ ___秒。

A. 400

B. 460

C. 500

D. 560

9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空

时=opt τ____ _。A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221)/ln(K K K K - C. 2112)/ln(K K K K D. 211K K

10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t 0不包括下列哪一项____ ___。

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

11、全混流反应器中有___ __个稳定的定常态操作点。

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

12、全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着χA 的增大而减小，此时该反应的反应级数

n _ _ 。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0

13、当反应级数n_ _时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。

A. =0

B. =1

C. ＞1

D. ＜1

14、轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与___ __无关。

A. 示踪剂的种类

B. 示踪剂的输入方式

C. 管内的流动状态

D. 检测位置

15、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___ ____

装置。 A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜

16、催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ=-

，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为__ __。

A. ≈0

B. =1

C. →3

D. ≈1

17、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__ __。

A. 粒子与流体间有温度差

B. 粒子与流体间无温度差

C. 床层径向有温度梯度

D. 床层轴向有温度梯度

18、属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是___ ____。

A. 粒子与流体间有浓度差

B. 粒子与流体间无浓度差

C. 床层径向有温度梯度

D. 床层径向有浓度梯度

19、下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点__ __。

A. 各参数均为恒值

B. 参数值不随床高而变

C. 参数值与气泡大小无关

D. 参数值与气泡大小有关

20、流化床反应器中的操作气速U 0是根据具体情况定的，一般取流化数mf U U 0在__ __范

围内。 A. 0.1～0.4 B. 1.5～10 C. 10～15 D. 0.4～1.5

21、全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件

A ．移热速率>放热速率

B ．移热速率<放热速率

C ．移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率

D ．移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率

22、气固催化反应本征速率是指排除 阻力后的反应速率。

A ．外扩散阻力

B ．内扩散

C ．内外扩散

D ．吸附和脱附

23、等温液相反应 A+B→P rp=k l C A C B ， 2A→R r R =k 2C A 2

P 为目的产物，有下列四种方案可供选择，从提高P 的收率着眼适宜选用

A ． 间歇釜式反应器，A 和

B 一次性加入； B ．全混流反应器；

C ．半间歇釜式反应器，A 一次性加入，B 连续滴加；

D ．半间歇釜式反应器，B 一次性加入，A 连续滴加。

24、乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，乙苯仍

大量存在，表明这是一个 反应。

A ．慢速

B ．可逆

C ．自催化

D ．不可逆

25、等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 A S P 若保持相同的转

化率x A ，调节反应温度使k 2/k 1降低，则P 的收率将

A.增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减

26、在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为___ ___。

A. 空时τ

B.反应时间t

C. 停留时间t

D. 平均停留时间

27、阶跃示踪法测定停留时间分布 对应曲线为___ ___。

A. E （t ）曲线

B. F （t ）曲线

C. I （t ）曲线

D.y （t ）曲线

28、气固催化反应的内扩散模数 ，其中L 为特征长度，若颗粒为球形则L=___ ___。

A. 厚度/2

B. R

C. R/2

D. R/3

29、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___ ___。

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

二、填空题

1、化学反应工程是一门研究 的科学。

2、化学反应速率式为

βαB A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数P K ，则

C K = P K 。

3、平行反应A P(主)

S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与 无

关，仅是 的函数。

4、对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用 反应器为宜。

5、对于恒容的平推流管式反应器 一致。

6、若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_ _。

7、流体的混合程度常用 、 来描述。

8、催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_ 失活，

也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_ _失活。

9、对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_ _时，分子与孔壁的碰

撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为 。

10、绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向

上有温度和浓度的变化，因此一般可用 模型来计算。

11、对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度

opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为___ ___________。

12、描述流化床的气泡两相模型，以

0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化速度mf U 通过，而其余部分 则全部以气泡的形式通过。

13、描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_气_相为平推流，而对___

__相则有种种不同的流型。

14、多相反应过程是指同时存在 相态的反应系统所进行的反应过程。

15、 是化学反应工程的基础。

16、不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达

个参数间的关系，简称_ _。