化学反应工程考试试卷及答案

化学反应工程考试试卷及答案
一、填空（40分）
（1）气相反应A ＋3B →2C ，则δA =
δΒ= 。

（2）反应速率常数有时可以表为dt dC r
A A ±=,前提是 。

（3）空间速度是指 ___________ ，
空间时间是指 __________。

（4） 反应具有最佳温度曲线，
最佳温度曲线是指 __________ 。

（5）多孔性球形颗粒10克，半径1cm ，系由密
度为4.0克／cm 3
的材料制成。

则其孔容积V g = ,孔隙率θ
=
假密度ρ = 。

（6）已知某非理想流动反应器其停留时间分布
的方差20.218θσ=，如果采用扩散模型，则
Pe =_______,如果采用多级全混流模型，则
（12）某一级不可逆的气液反应过程，已知k L=10－4m/s,D L=1.5×10＝9m2/s,
则当k 时，该反应属于快反
应，反应区主要在，工业上可
选用反应器或反
应器；当k 时，该反应属于
慢反应，这时反应区主要
在，工业上可选用
或反应器。

（
13）对于平行反应A＋
L2
2
1.0
2.0
L A B
A A B
r C C
r C C
=
=
，L
为主产物，则适
宜的操作条件对
A
C和B C的要求是。

（14）返混是指
（15）测定停留时间分布最常用的示踪剂注入方法有法和法。

二、简答题（20分）
（1）简述活塞流模型和全混流模型的基本特征。

（2） 根据缩芯模型，描述S H 2
和ZnO 反应的宏观步骤。

（3） 对于快速的一级不可逆的气液反应，写出
其宏观反应速率的表达式（指明 式中各参数的含义）。

（4） 对于一级不可逆的气固相催化反应，写出
其宏观反应速率的表达式（指明式中各参数的含义）。

三、 计算题（每题10分，共40分。

）
（1） 乙烯氧化生成环氧乙烷为银催化剂上的
气固相催化反应，进入反应器的气体组成（摩尔比）：C 2H 4： 15%, O 2 ：7%,CO 2 ：10%,其余为Ar 、N 2；出反应器气体中现已知：C 2H 4 ：13.1%,O 2 ：4.8%。

试计算乙烯的转化率、环氧乙烷的选择性及收率。

（24224242220.5322C H O C H O C H O CO H O +→+→+）
（2） 丁烯制丁二烯
C 4H 8
4H 6＋H 2，已知反应的步骤为 484848462
4646()()()
()()()()()()A C H C H B C H C H H C C H C H +⇔⇔+⇔+
请分别导出（A ）（B ）（C ）为控制步骤
的均匀吸附动力学方程。

（3）在活塞流反应器中进行等温、体积不变的一级不可逆反应，则出口转化率可达0.96，
现保持反应条件不变，但将反应改在：
（a）相同体积的全混流反应器中，
（b）等体积串联的两个全混流反应器（总体积与活塞流反应器相等）中。

（c）相同体积的间歇反应器，反应时间与辅助时间之比为5：1
试分别计算所能达到的转化率。

（4）某全混流反应器体积为100L，物料流率为10 L/s。

（a）试分别求出在反应器中逗留时间为
9~11s、小于10s、大于10s的物料在总进料
中所占的比例。

（b）用脉冲法注入示踪剂，其出口浓度用
C(t)表示，假设C(0)为已知，试写出C(t)这
个函数的表达式。

并指出
() C t dt
∞
⎰的值。

一、填空（40分）
（1）－2，－2/3
（2）等容。

（3）单位时间内，流过多少个反应器体积的物料（其它正确表达方式也可），
物料流过反应器所需要的时间（其它正确表达方式也可）______。

（4）可逆放热反应
不同转化率下的最佳温度所形成的曲线
（5）V g = 0.169 cm 3
/g ,θ = 0.403 ρ =
2.39g/cm 3 。

（6）Pe =_9.17__, m =_4.59____
（7）分子扩散，努森Knudsen 扩散、表面扩散、
构型扩散
（8） s L = 2/3 。

会 增高 。

（9） ⎰=t dt t E 0)(F(t) ,=∞)(F 1，
=)0(F 0。

（10）外扩散和化学动力学控制时ζ → 1，Φ 值较 小 ；
内扩散强烈影响时ζ << 1，Φ值较 大 。

（11）多段绝热反应器。

轴向和 径向反应器。

（12）某一级不可逆的气液反应过程，已知k=10
－4m/s, D L =1.5×10＝9
m 2/s, 则当k >>20/3 时，该反应属于快反
应，反应区主要在 液膜 ，工业上可
选用 填充床反应器或 降膜 反应
器；当k <<20/3 时，该反应属于慢反
应，这时反应区主要在 液相主体 ，工业上可选用 鼓泡床 或
搅拌鼓泡床 反应器。

（13） C A 低 C B 高 。

（15） 不同年龄粒子之间的混合
（15） 阶跃 法和 脉冲 法。

四、 简答题（20分）
（5） 要点：
PFR: 流动如活塞，各参数轴向有变化，径向无变化，返混为0
CSTR ：瞬间完全混合，参数无变化，返混为最大
（6） 要点：
①S H 2外扩散；②S H 2内扩散；③S H 2
与ZnO 在未反应芯表面上反应；
④H 2O 内扩散；⑤H 2O 外扩散。

（7） g ()= 11ζ
Ag A G e s i C r k S k S + （8） (*)(*)11111G G L L G G L
L L G N K
p p K C C K k Hk H K k k ββ=-=-=+=+
五、 计算题（每题10分，共40分。

）
（4） 以100mol 进料为基准，以α、β表示环
氧乙烷及二氧化碳的生成量，
进行物料衡算，结合出口条件可知： 15/20.131100/2
7/2 1.50.048100/2αβααβα--=---=- 则可求得α＝
1.504mol ，β＝0.989mol
乙烯反应量：1.504＋0.989/2=1.9985mol 转化率：1.9985/15=0.1333
收率：1.504/15=0.1003
选择率：1.504/1.9985=0.7526
（5）
记 A=C 4H 8 B=C 4H 6 C=H 2 (A) 00B C B C A A B C B C (1) 1(2) 11(3) (4) 1A A A
A aA dA aA A dA A
A A A
B B A B B p p
aA A dA A
p A A B B p
r r r k p k b p b p b p b p b p p p p p K p p K p p k p k b K r p p b b p K θθθθ*****--=＝＝＝,＝＋＋＋＋，＝－＝
＋＋ (B) ''1A A B B c A A B c A A B B kb p k b p p r k k p b p b p θθ-=-=++
(C)
00*
*
A C
B C
A B C
A C
(1) 1
(2) 11(3) (4) 1B
B
B dB aB dB B aB B B B A A B B A A B p B p A p dB B
aB A p A A B
r r r k k p b p b p b p b p b p K p p p K p p p K p k b k p p r K p b p b p θθθθ*
*
*
--=＝＝＝
,＝＋＋＋＋，＝
－＝
＋＋
（6）
2
11
'1(1) 3.219
1
(1)10.76311(2)/2 1.6095,1(
)0.85315
(3)' 2.6825,10.932
6
k A A A A k A x e k ln x x k k k x k k k x e ττττ
τττττ---=→=--==-
=+===-=+===-=
（4）
11/109/101/0/0
10(1) (11)(9)(1)(1)0.406570.332870.074 (10)10.632 1(10)0.368()
1(2)() ()()1()() 0,()(0)m
m
m t t m
t t m
t s
F F e e F e F C t E t E t e
t C t dt
C t C t dt
e t t C t C ----∞
∞
-=-=---=-==-=-==
====→⎰
⎰0
0//1001
(0)()()(0)1 ()()(0)m
m
m
t t t m
C C t dt C t dt C t t C t C t dt
e C e t ∞
∞∞
--=→===⎰⎰⎰。