化学反应工程试题-答案.doc

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1、2004-2005学年第2学期《化学反应工程》考试试题（A）卷标准答案一．选择题(每题2分，共10分)1．可逆放热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而Ａ．降低Ｂ.升高Ｃ.A、B均可能Ｄ.同可逆吸热反应2．对于A→P(主)，A→B（副）的平行反应，若反应级数α主>α副，在相同的操作条件和反应时间下，下列各种反应器所得转化率判断中正确的是Ａ．CSTR>PFRＢ.CSTR多级CSTR串联3．平推流反应器的Pe、N、σθ2值分别为Ａ．0、0、1Ｂ.∞、0、0Ｃ.0、∞、0Ｄ.∞、∞、04．对于转化率与反应速

2、率存在极大值的动力学关系，采用下列何种型式的反应器可能使得所需反应体积最小Ａ．PFRＢ.PFR后串接一个CSTRＣ.CSTRＤ.CSTR后串接一个PFR5．在相同反应体积时，保持其它操作条件亦相同，对于正常动力学，则Ａ．(XＡ)PFR>(XＡ)两个CSTR串联>(XＡ)单个CSTRＢ.(XＡ)单个CSTR>(XＡ)两个CSTR串联>(XＡ)PFRＣ.(XＡ)PFR>(XＡ)单个CSTR>(XＡ)两个CSTR串联Ｄ.(XＡ)PFR=(XＡ)单个CSTR=(XＡ)两个CSTR串联本题答案1．C，2、A，3、D，4、D，5、A二．讨论题（10分）一间歇

3、釜式反应器中进行一级不可逆反应，在相同的操作时间下采用大釜比用小釜所达到的转化率要高。这种说法是否正确？答：.这种说法不正确。4分要点：由于操作时间相同，由t=1/kln(1/(1-xA))(一级反应)知，反应的转化率与反应器的体积无关，只与反应时间有关。6分三．计算题1．有一级不可逆反应A→P，在85℃时反应速率常数为3.45×10-2min-1，若日产400Kg的产品P,A和P的密度均为1.25Kg/l,今拟在一容积为10m3的间歇釜式反应器中进行，若辅助操作时间为0.5h,最终转化率为95%，求:①每批操作所需反应时间？②若装填系数为0.7

4、5，求反应器的体积？（20分）解：①t===86.8min=1.45h（10分）②每批产量：400×24/（t0+t）=400×24/(0.5+1.45)=4923Kg每批物料的投放量：Q0=4923/1.25/95%=4146l=4.146m3反应器的实际体积VR=4.146/0.75=5.528m3（10分）2．某二级液相反应A+BC，CA0=CB0=1.0mol/m3，rA=1.0×10-2CACB（mol/m3.s）采用两釜串联操作，VR1＝VR2=2m3，Q0=0.01m3/S，求最终的转化率。解：VR1＝Q0CA0(XA1-XA0)=

5、Q0CA0XA1rA1kCA02(1-XA1)2因为:CA0=CB0,vA=vB代入已知数据得：XA1＝0.5（10分）同理：VR2＝Q0CA0(XA2-XA1)=Q0CA0（XA2-0.5）rA1kCA02(1-XA2)2解得：XA2＝0.634（10分）3．有如下平行反应A+B→P（主反应）A+B→S（副反应）其动力学方程为：rP=k1CACB0.3，rS=k2CA0.5CB1.8（mol/m3.s），已知：k1=k2=1，A和B两种物料的初浓度：CA0=CB0=1.0mol/l，分别从反应器进口等流量加入，反应转化率为0.9。①写出瞬时选择

6、性与组分A的转化率关系表达式②计算在平推流反应器中的总选择性③计算在全混流反应器中的总选择性④如采用平推流反应器，为提高选择性应采取怎样的加料方式。（20分）解：①写出瞬时选择性与组分A的转化率关系表达式SP=∵CA0=CB0∴SP=（5分）②计算在平推流反应器中的总选择性S===66.4%（5分）①计算在全混流反应器中的总选择性S=S=CAf=CA0(1-XAf)=0.1∴S=1/(1+0.1)=0.91（5分）④如采用平推流反应器，为提高选择性应采取如下的加料方式。（5分）采用平推流反应器时，由（1）的结果知：要使SP增加，CA-0.5.CB

7、1.3减小，CA增大，CB减小，有利于SP增加。故采取A从入口一次加入，B多股加入的方式。如下图所示：四．推导题（10分）对气-固催化反应A+B=C，其可能的反应机理如下：A+σAσB+σBσAσ+BCσ（控制步骤）CσC+σ试导出其速率方程表达式。解：因为第三步为控制步骤，所以其它各反应均达到平衡状态。则r=ks.θA.PB.–ks’θC4分因为1，2，4步达到平衡，所以有.θA.=KA.PAθvθB.=KB.PBθvθC.=KC.PCθv又：θA+θb+θv+θc=1解得θA＝KAPA/(1+KAPA+KBPB+KCPC)θC＝KCPC/(1

8、+KAPA+KBPB+KCPC)4分将之代入前面方程得r=K1PAPB-K2PC1+KAPA+KBPB+KCPC其中：K1=KSKAK2