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化学反应工程施工期末考试题及答案.pdf
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化学反应工程施工期末考试题及答案.pdf
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"化学反响工程 "试题
XXX大学 化学反响工程 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.反响器中等温进展着 A→ P(1) 和 A→ R(2) 两个反响,当降低 A 的浓度后,发现反响生
成 P 的量显著降低,而 R 的生成量略降低,说明 (A )
A.反响 (1) 对 A 的反响级数大于反响 (2) B.反响 (1) 对 A 的反响级数小于反响 (2)
C.反响 (1) 的活化能小于反响 (2) D.反响 (1) 的反响速率常数大于反响 (2)
2.四只一样体积的全混釜串联操作,其无因次停留时间分布的方差值
2
为( B )
A. 1.0 B. 0.25 C. 0.50 D.0
3.对一平行—连串反响
RA
QPA
)3(
)2()1(
,P 为目的产物,假设活化能次序为: E
2
<E
1
<E
3
,
为了目的产物的收率最大,那么最正确操作温度序列为〔 B〕。
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响器进展串联操作,反响为一级不可逆,那么第一釜的反响速率 -r
A1
与第二釜的反响速率 -r
A2
之间的关系为 ( A )。两釜反响温度一样。
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. 一闭式反响器的
1.0
r
a
uL
D
,该反响器假设用多釜串联模型来描述,那么模型参数 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响组分的气体分子主要发
生( C)。
A.物理吸附 B.化学反响 C.化学吸附 D.质量传递
7.包括粒微孔体积在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.在气固催化反响动力学研究中,循环式无梯度反响器是一种 ( C )。
A.平推流反响器 B. 轴向流反响器 C. 全混流反响器 D. 多釜串联反响器
9.某液相反响,其反响式可写成 A+C R+C这种反响称为 (B )
A.均相催化反响 B.自催化反响 C.链锁反响 D.可逆反响
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
-
-
. 优选 -
二、填空题 〔每题 5 分,共 30 分〕
1.一不可逆反响,当反响温度从 25℃升高到 35℃时,反响速率增加一倍,那么该反
响的活化能为 52894 J/mol 。
解: molJE
E
TTR
E
k
k
/52894
2ln)
308
1
298
1
(
314.8
2ln)
11
(ln
211
2
,
2.一气固催化反响
RBA
,假设本征反响速率方程为:
那么该反响可能的反响机理为
σRRσ
σRσBσAσ
BσσB
AσσA
S
k
)此步为速率控制步骤(
22
2
3.间歇釜反响器中进展如下反响:
PA
(1) -r
A1
=k
1
C
A
a1
SA
(2) -rA2=k2CA
a2
在 C
A0
和反响时间保持不变下,降低反响温度,釜液中 C
P
/C
S
增大,说明活化能 E1 与 E2 的相对
大小为 E1<E2 ;在温度和反响时间保持不变下,增高反响浓度,釜液中 CP/CS
增大,说明反响级数 al、a2 的相对大小为 al>a2 。
A.al>a2 B.al<a2 C.活化能 El<E2 D.活化能 El>E2
4.从反响器停留时间分布测定中 ,求得无因次方差
98.0
2
,反响器可视为 全混流反响器 又
假设求得无因次方差
02.0
2
,那么反响器可视为 活塞流反响器 。
5.有两个有效容积不等的全混流反响器串联操作,反响为二级不可逆反响 A→P,假设大釜在
先,小釜在后,出口转化率为 x
A1
,小釜在先、大釜在后,那么出口转化率为 x
A2
,两种情况下,
进料流速、进料浓度和反响温度均一样,比拟 x
A1
和 x
A2
的相对大小为 x
A1
<x
A2
。
6. 在固定床反响器中,分别进展一级和二级不可逆气固催化反响,试比拟 a、 b 两处的η值大
小〔 a 处靠近反响器的进口, b 处靠近反响器的出口〕 ,并说明理由。
〔1〕一级放热反响,绝热操作;η
a
>η
b
〔2〕二级反响,等温操作。η a<ηb
三、问答题
〔每题 6 分,共 12 分〕
1.液相复合反响 , 假设为使目的产物 P 的选择性高,应选择:
(1) 假设采用间歇反响釜,其加料方式为?
QBA
PBA
k
k
2
1
2
2
25.0
2
5.02
1
BAQ
BAP
CCkr
CCkr
2
)1(
RRBBAA
BBAAS
PKPKPK
PKPKk
r
+
-
-
. 优选 -
(2) 假设采用管式反响器,其进料方式为?
(3) 假设 E1>E2,那么反响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)假设采用间歇反响釜,其加料方式为 A 一次性参加, B 连续滴加 ;
(2)假设采用管式反响器,其进料方式为 A 从反响器进口处参加, B 沿管长多处参加 ;
(3)假设 E
1
>E
2
,那么反响温度应采用 高温 。
2. 在四段绝热式固定床反响器中进展 n 级不可逆反响 ,各段的催化剂量一样 ,且控制进入各段的
反响物料温度相等 .假设 n>0,试问
(1) 哪一段的净转化率最大 "哪一段最小 "
(2) 假设段间采用冷激方法进展降温 ,试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间
哪处需参加的冷激剂量多 "为什么 "
解:(1)虽然各段进口温度相等 ,在催化剂量一样的情况下 ,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)因第一段反响量大于第二段反响量 ,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.在反响体积为 1 m
3
的釜式反响器中,环氧丙烷的甲醇溶液与水反响生产丙二醇 -1 ,2:
2 3 2 2 3
H COCHCH H O H COHCHOHCH
该反响对环氧丙烷为一级,对水为零级,反响温度下反响速率常数等于 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〕假设采用间歇操作,辅助时间为 0.65h,那么丙二醇 -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,那么丙二醇 -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?
解:
3 1
0
1 , , 0.98 , 2.1 / , 0.9
r A A A A
V m r kC k h C kmol l X
(1) 一级不可逆反响:
hmQ
QttQV
hx
k
t
r
Af
/3/1
1)65.035.2()(
35.2)9.01ln(
98.0
1
)1ln(
1
3
0
000
丙二醇的浓度 =
3
0
2.1 0.9 1.89 /
A A
C X kmol m
丙二醇的产量 =
AfA00
xCQ
=
1.89 1/ 3 0.63 / 15.15 /日kmol h kmol
(2) 采用定态下连续操作
0
0
0.9
1
(1 ) 0.98(1 0.9)
Af
r
Af
Q X
Q
V
k X
所以 Q
0
=0.109m
3
/h
-
-
. 优选 -
E(t) /min
-1
丙二醇的产量 =
0.109 1.89 0.2058 / 4.939 /日kmol h kmol
〔 3〕因连续釜在低的反响物浓度下操作,反响速率慢,故产量低。
2.对一闭式反响器进展停留时间分布实验测定,在 Q=300L/min 下,得到 E(t)~t 关系如以
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〕该反响器体积为多少?
〔4〕多级串联模型参数 N 为多少?
(5)无因次方差
2
为多少?
〔6〕轴向扩散模型参数
Pe
为多少?
0 10 20 t/min
答:
〔1〕E(t)=-1/200(t-20)
(2〕 F(t)=-t
2
/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
2
11
2
N
〔6〕
2.56Pe
5.0)e-(1
Pe
2
-
Pe
2
Pe-
2
2
3.某一级不可逆气固催化反响,在反响温度 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,扩散影响是否已消除?
(2) 欲保持催化剂扩散有效因子为 0.8,那么颗粒直径应不大于多少?
解:
cmd
d
d
D
kd
1
(2)
1
D
kd
P
P
P
eA
PP
eA
PP
816.0
68.0
6
5
2.0
5
66
68.0
8.0
3
1
3tanh
1
3
1
00833.0
2.0
5
6
01.0
6
)1(
=试差,得
-
-
. 优选 -
XX大学化学反响工程试题
一、选择题
1、气相反响
CO + 3H
2
CH
4
+ H
2
O
进料时无惰性气体,
CO
与
2
H
以1∶2摩尔比进料,那
么膨胀因子
CO
=__A_。
A. -2 B. -1 C. 1 D. 2
2、一级连串反响
A S
K
1
K
2
P
在间歇式反响器中,那么目的产物 P的最大浓度
max,P
C
___A____。
A.
12
2
)(
2
1
0
KK
K
A
K
K
C
B.
22/1
12
0
]1)/[( KK
C
A
C.
12
2
)(
1
2
0
KK
K
A
K
K
C
D.
22/1
21
0
]1)/[( KK
C
A
3、串联反响 A → P〔目的〕→ R + S,目的产物 P与副产物 S的选择性
P
S
=__C_。
A.
AA
PP
nn
nn
0
0
B.
0
0
A
PP
n
nn
C.
0
0
SS
PP
nn
nn
D.
0
0
RR
PP
nn
nn
4、全混流反响器的容积效率η =1.0时,该反响的反响级数 n___B__。
A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0
5、对于单一反响组分的平行反响
A
P(主)
S(副)
,其瞬间收率
P
随
A
C
增大而单调下降,
那么最适合的反响器为 ____B__。
A. 平推流反响器 B. 全混流反响器
C. 多釜串联全混流反响器 D. 全混流串接平推流反响器
6、对于反响级数 n>0的不可逆等温反响,为降低反响器容积,应选用 ____A___。
A. 平推流反响器 B. 全混流反响器
C. 循环操作的平推流反响器 D. 全混流串接平推流反响器
7、一级不可逆液相反响
A
2R
,
3
0
/30.2 mkmolC
A
, 出口转化率
7.0
A
x
,每批操
作时间
htt 06.2
0
,装置的生产能力为 50000 kg产物 R/天,
R
M
=60,那么反响器的体积 V
为_C_
3
m
。
A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4
8、在间歇反响器中进展等温一级反响 A → B,
slmolCr
AA
/01.0
,当
lmolC
A
/1
0
时,
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zls177
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