2011年反应工程A卷参考答案

《化学反应工程》期末考试试题A 卷参考答案

一、填空（每空3分，共24分）

1、在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就 愈小 。

2、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠__分子引力__结合的，而化学吸附是靠__化学键__结合的。

3、在等温活塞流反应器中进行一级均相反应，反应器体积不变，进口浓度C A0从1mol/L 增加到2mol/L ，如果出口转化率不变，则进料体积流量V 0必须 不变 ；

4、活化能的大小直接反映了___反应速率 _____对温度的敏感程度。

5、对于等温下进行串联反应S P A k k −→−−→−

21，在达到相同转化率的情况下，平推流反应器的效果 优于 全混流反应器。

6、用阶跃示踪法测停留时间分布时，通入示踪物5秒后测得F(t)=0.8，这说明通过该反应器的流体中80%的停留时间为 小于等于5秒 ，20%停留时间为 大于5秒 。

二、选择题（每题3分，共24分）

1、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 。 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 2、全混流反应器停留时间分布特征值方差2θσ为 B 。

A 、0

B 、1

C 、t

D 、∞

3、气相反应2423CO H CH H O +↔+，进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子c o δ= A 。

A . -2 B. -1 C. 1 D. 2 4.反应级数n= C 时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 2

5、对于单一反应组分的平行反应((A S A P →→主），副），其瞬间收率A ϕ随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 A 。

A.全混流反应器

B. 全混流串接平推流反应器

C. 多釜串联全混流反应器

D. 平推流反应器 6. 阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为 B 。

A. E （t ）曲线

B. F （t ）曲线

C. I （t ）曲线

D. y （t ）曲线

7、反应物A 的水溶液在等温全混流反应器中进行两级反应，出口转化率为0.4，若改为等体积的活塞流反应器中进行，则出口转化率为 C 。

A. 0.4

B. 0.5

C. 10/19

D. 9/19

8、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_D_。 A. 平均停留时间 B. 反应时间t C. 停留时间t D. 空时τ

三、简答题（本大题共25分）

1、（12分）已知一反应体系

12

20.5

10.52

22 2 k P A B

k Q A B

A B P r k c c A B Q r k c c

+−−→=+−−→=

为使目的产物P 的选择性高，应选择：

(1) 若采用间歇反应釜，宜采用何种其加料方式？ (2) 若采用管式反应器，宜采用何种其加料方式？ (3) 若E 1>E 2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？

答：有动力学方程可知，c A 越高和c B 越低选择性越高。

(1) 采用间歇反应釜，要保证c A 较高而c B 较低，可采取半连续进料，即A 物质一

次性加入，而B 物质慢慢连续加入，即可达到上述要求。

（4分）

(2) 若采用管式反应器，要保证c A 较高而c B 较低，可采取A 物质一次性从入口加入，而B 物质分段加入，如下图所示。 a) 要求A 和B 的浓度都高

(b)要求A 的浓度高，B 的浓度低

(c)要求B 的浓度高，A

的浓度低A

B

B

A

（4分）

(3) 若E 1>E 2，则反应温度应尽可能采用高温。 （4分） 2、（8分）简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？

答：阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，（2分）在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A 且浓度为c A0的流体，（2分）同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂A 的浓度随时间的变化。（2分）对应的曲线

为F （t ），0

()A

A c F t c =

。（2分）

3、（5分）对于可逆放热反应如何选择操作温度？

答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；（2分）

2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；（2分）

3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。（1分）四、计算题（共

27分）

1、（15分）某自催化反应A R →，反应速率式A A R r kc c =，某温度下k=1.5m 3/(kmol ·h)，进口原料中含A 0.9 kmol/ m 3含R 0.1 kmol/ m 3，原料的进料量为2 m 3/h ，要求A 的最终浓度降到0.1 kmol/ m 3，求（1）反应速率最大时，A 的浓度为多少？（2）采用全混流反应器时，反应器体积是多大？（3）采用平推流反应器时，反应器体积是多大？（4）为使反应器体积为最小，应如何组合全混流和平推流反应器？其最小体积为多少？

解：（1）反应速率式(1)A A R A A r kc c kc c ==-，当1A A c c =-时，即30.5/A c kmol m =反应速率

最大 (3分) （2）由设计方程010.90.1

5.93(0.91) 1.50.1(10.1)

A A A A c c h k c c τ--=

==-⨯⨯-

302/Q m h = （公式1分，结果1分） 302 5.9311.86r V Q m τ=⋅=⨯= （公式1分，结果1分）

（3）由设计方程

00030011 5.86(1)1A

A A A A A c c c A A A

r c c c A A A A Q dc dc dc V Q m k c c k c c ⎛⎫=-=-+= ⎪--⎝⎭

⎰⎰⎰ （公式2分，结果2分）

（4）为使反应器体积为最小，应采用全混流-平推流反应器，即全混流反应器A 的出口浓度为30.5/A c kmol m =，进入平推流反应器。 对全混流反应器进行物料衡算：

0111110.90.5

0.267(1) 1.50.5(10.5)

A A A A c c h k c c τ--=

==-⨯⨯- (1分)