桂林理工大学化学反应工程习题

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 )

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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为

( B )

A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0

(1)(2)APQ3．对一平行—连串反应AR(3)，P为目的产物，若活化能次序为：

E2A．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-rA1与第二釜的反应速率-rA2之间的关系为( A )。两釜反应温度相同。

A．-rA1 > -rA2 B．-rA1 = -rA2 C．-rA1 < -rA2 D.不能确定何者为大

Da0.1uL5. 已知一闭式反应器的r，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型

参数N为（ B ）。

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( C)。

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( B )

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( C )。 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(B )

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( B )

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 524 J／mol 。

lnk2E11()ln2k1RT1T2E11()ln28.314298308J/mol解：E524，

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AσB22σ2BσkSAσBσRσσ (此步为速率控制步骤 ）RσRσ3．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 E1a2 。

A．al>a2 B．alE2

20.98,反应器可视为 全混4．从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差20.02,则反应器可视为 活塞流反应流反应器 又若求得无因次方差

器 。

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 xA16. 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) 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?

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？

31V1m,rkC,k0.98h,CA02.1kmol/l,XA0.9 AA解：r（1） 一级不可逆反应：

11ln(1xAf)ln(10.9)2.35hk0.98VrQ0(tt0)Q0(2.350.65)1tQ01/3m3/h

3CX2.10.91.kmol/mA0A丙二醇的浓度=

丙二醇的产量=Q0CA0xAf＝1.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.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？ 20 t/min

E(t) /min －1 0 10

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) dP6kP0.01510.00833DeA60.23  1(2) 1110.8tanh33试差，得 ＝0.68dP6kPdPDeA655dP0.680.26

解：dP0.816 cm