陕西科技大学试题纸

陕西科技大学试题课程化学反应工程（A卷）班级

学号姓名

一、（15分）某液相反应伴随着不希望的副反应发生

dC

dt

C C

2A B

2.00.2

k

A B Q

k2

+Q

dC

dt

k C C

1A

B

0.6 1.2

A B P

k1

+P

其中：P为目的产物，Q为副产物。

1、（10分）从有利于目的产物生成的观点，将下列接触方式按从优到劣的顺序重新进行排列，并简述其理由。

2、（5分）若k

1

=k

2

,C

A0

=C

B0

。试写出P瞬时选择性S

P

的计算式

二、假定气-固相催化反应为由以下基元步骤组成

A

A

S

S

k

k

k

k

A A

A B D

σσ

σσ

−−→

+←−−

−−→

++

←−−

①若A吸附为速率控制步骤，试推导反应速率方程

②若该反应在等温平推流反应器中进行，操作压力为0.1MPa，反应物A、B的

加料比符合化学计量系数，催化剂床层压强降可以忽略，试求当A转化率为

0.8时，各组分的分压。

三、实验测得体积为31.0m 反应器的停留时间分布统计特征值为：

22

t 0.5s t 1.0s

σ==

① 拟采用多釜串联模型描述该反应器，试求模型参数。 ② 若用轴向扩散模型描述该反应器，试求模型参数 ③ 在两个反应器中，进行A 的液相反应

3B A 3

D A 2A B r 0.5C mol m s A D r 2.0C mol m s

→=→=

反应条件下，纯A 进料，进料得体积为31.0m ，试求A 的转化率和B 的收率。 四、在直径为0.5m 固定床反应器中等温进行一级不可逆气-固催化反应A P →。原料液的流量为30.5m ，假定反应物在反应器中呈平推流，反应温度下的本征反应速率常数为332.010m s -⨯⋅。若采用直径为5mm φ的球形催化剂，内扩散有效扩散系数-621.010m ⨯，催化剂颗粒密度为331.810kg m ⨯，催化剂床层高度为3.0m ，堆积密度为331.010kg m ⨯，外扩散的影响可以忽略。 试计算：①催化剂的内扩散有效因子

②反应器出口处A 的转化率

③以A 的浓度A C 为纵坐标，径向距离r 为横坐标，绘制出催化剂颗粒内

的浓度分布示意图。

附公式：x x x x e e tanhx e e

---=+

五、气体A 与液体B ，可按拟一级反应对待，已知下列情况，,,L AL k k D 和α值。

试求两种情况下β和η值，并进行讨论。

化学反应工程答案及评分标准

（03级A 卷）

一、（12分）

由瞬时选择性可知： 1.4 1.0

21

11p A B

S k C C k -=

+当 A C 浓度降低，B C 浓度升高可提高

p S 值。

①2→4→3→1（绘出顺序图） ②0.40.40.4

011

1(1)1p A A A

S C x C =

=+-+ 二、（每小题10分共20分）

①已知A 的吸附为速率控制，由此写出反应速率

A A A A V A r k p k θθ=-

第二步反应达到化学平衡，则有：

0s S s B A D V r k p k p θθ=-=

1A V θθ+=

联立求解后两式：

1D

S B A S B

p K p K p θ=+ 11V D S B p K p θ=+

式中：s

S s

k K k =

将上两式代入由速率控制步骤写出的反应速率表达式得：

1D s A B A D

S B

p k p Kp r r p K p ⎛⎫- ⎪

⎝

⎭

==+

式中：A S K K K = A

A A

k

K k =

② 0001i

i A A A

i A A A

p p x p y x ννδ-

=+

由题知1A δ=- 则：0.050.050.0166710.5A

A B A

x p p MPa x -==

=-

0.050.0066710.5A

D A

x p MPa x =

=-

三、(30分)

①因为多釜串联模型2

2

2

0.5t t

θσσ==

所以串联釜数

2

1

2N θσ=

=

②轴向扩散模型2222

(1)e P e e

e P P θσ-=-- 试差得： 2.557e P =

③由化学反应式知A 的消耗速率

2 3.0A B D A r r C -ℜ=+=

用多釜串联模型计算时，可以列出

120

1.0

0.52P s Q τττ===

= 对于一级不可逆反应有如下的多釜串联模型方程

112

11

110.511131N

P Af Af k x x

τ⎡

⎤⎡

⎤⎛⎫

⎛⎫

⎢⎥⎢⎥==-=-

⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪--⎝⎭

⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣

⎦⎣⎦

解之得：0.84Af x =