化学反应工程综合复习资料(有答案)(3)

★对于固定床的反应管，管内径至少应为催化剂粒径的8倍以上，层高至少为粒径的30倍以上，并需充填均匀。 ★临界流化速度：当流达到某一限值，床层刚刚能被流体托动时，床内颗粒就开始流化起来了，这时的流体空床线速被称为临界流化速度。

★湍动床：随着气速的加大，流化床中的湍动程度也跟着加剧，这种情况叫湍动床。 ★吸附等温线方程类型

答：①朗缪尔型 ②弗罗因德利希型（①②物理化学法） ③焦姆金型（物理法） ④BET型（化学法） ★反应的控制步骤

答：气体在催化剂存在下进行化学反应可以设想是由下列步骤组成的 ② 应物从气流主体扩散到催化剂的外表面（外扩散过程） ②反应物进一步向催化剂的微孔内扩散进去（内扩散过程） ③反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程）

④吸附的反应物转化成反应的生成物（表面反应过程） ⑤反应生成物从催化剂表面上脱附下来（脱附过程）

⑥脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程） ⑦生成物分子从催化剂外表面扩散到主流气流中被带走（外扩散过程） 河南城建学院2009—2010学年第一学期期末考试 《化学反应工程》试题（A卷）

供 煤炭深加工与利用（专） 专业 1113071 班使用 2010年1月 一、 填空题（每空2分，共20分）

1. 化学反应速率式为 rA KCCACB，用浓度表示的速率常数为KC，假定符合理想气体状态方

(RT)

程，如用压力表示的速率常数KP，则KC=__

__KP。

2. 活化能的大小直接反映了___对温度的敏感程度。

P(主)

A

S(副)均为一级不可逆反应，若E主＞E副，选择性

3.

平行反应

_ 4.

一级连串反应A

小____k2/k1。

Sp与 浓度 无关，仅是

P

S在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应__减

5. 工业催化剂所必备的三个主要条件是：

6. 具有良好搅拌装置的釜式反应器按 的管式反应器按 平推流_反应器处理。

2 7. 平推流反应器以对比时间表示的平均停留时间 ＝，散度＝__0___

二、选择题（每题2分，共20分） 1.

对于反应aA + bB

pP + sS，则rP __A_____( rA)。

p

A. |a|

pB. a

aC. p

|a|D. p

2.

对于一非恒容均相化学反应αAA

αBB，反应产物B的化学反应速率rB ____B___。

dnA

rB

Vdt A. dn

rB B

Vdt B. dCA

rB

dt C.

dCB

rB

dtD.

3. 气相反应4A + B → 3R + S进料时无惰性气体，A与B以3∶1的摩尔比进料，则膨胀因子 A=_____C__。 （A）1/4

（B）2/3

（C） –1/4

（D）–2/3

4.

反应C4H2C2H4 + H2，k 2.0s 1，则反应级数n=___B____。

（A）0 （B）1 （C）2 （D）3 5. 串联反应A → P（目的）→R + S，目的产物P的得率XP=__A_____。

nP nP0

n nAA. A0nP nP0

nA0

B. nP nP0n nS0

C. S

nP nP0n nR0

D. R

6. 一级连串反应A → P → S在平推流管式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间

topt

____C___。

A.

1K1K2

ln(K2/K1)ln(K2/K1)ln(K1/K2)

K1K2

B. K2 K1 C. K2 K1 D.

7. 气—液相反应中的膜内转化系数 在____B___范围内，反应为中等速率的反应。 A. ＜0.02 B. 0.02＜ ＜2 C. ≥2 D. ＞2

m 1

LkVCS/DeL8. 气固催化反应的内扩散模数

，其中L为特征长度，若颗粒为圆柱形则L=_____C__。

A. 厚度/2 B. R C. R/2 D. R/3 9. 下列不属于Langmuir型等温吸附的假定的是_D______。

A. 均匀表面 B. 吸附机理相同 C. 分子间无作用 D.多分子层吸附

2 _____C__。 10. 全混流流动的E（t）曲线的方差

A. 0 B. 0～1 C. 1 D. ＞1 三、 简答题（每题5分，共10分）

1. 一个典型的气—固相催化反应的动力学过程包括哪些步骤？

(1)反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附 (2)在催化剂表面进行化学反应 (3)反应产物在催化剂表面解析

四、 分析与推导题（每题15分，共30分）

1. 某均相反应系统中包括如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。

A+2B

解：

k1k2

C 2A+C

k3k4

D

rA k1CACB k2CC 2k3CACC 2k4CD

22

rB 2kCACB2 2k2CA

rC k1CACB k2CC k3CACC k4CDrD k3CA2CC k4CD

2. 在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应： 以A,B及R分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下： （1）

22

C6H5CH(CH3）2 C6H6 C3H6

A A （2）A B R （3）B B

若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。

解：若表面反应速率为控制步骤，则表面反应速率即是本征反应速率

r k3 A k4 BPR;k1PA V k2 A 0k5 B k6 VPB 0

k1PA V k2 A;k5 B k6 VPB令K1

k1k2

A K1PA V令K3

k6k5

B K3 VPB

又 A B V 1 A

K1PA

1 K1PA K3PB

K3PB

1 K1PA K3PB

1

1 K1PA K3PB

k3k4

K1PA

r k3 A k4 BPR k3

K3K2

PRPB

B V

令K2

1 K1PA K3PB

五、 计算题（共20分）

有一级不可逆反应A → P，在85℃时反应速率常数为3.45×102 min-1，若日产4×10Kg的产品P，A和P的密度均为1.25

－

4

Kg/l,今拟在某一间歇釜式反应器中进行，若辅助操作时间为0.5 h,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0.75，求反应器的体积？ 解:(1)达到要求的转化率所需的反应时间

dxdxXXtr CA0 Af CA0 Af

00 rAkCA

dxX CA0 Af

0kCA01 xA1X11 Af dx ln1 x 0AAf k1 xAk

3.45 10 2

（2）由PM RT, A P知MA MP

4 104

每小时A进料量为FA0

24MP处理体积V0

tr

1

ln0.05 86.83min 1.45h

FCAO

FM

4 10424 1.25

1.33m3/h

反应器的有效体积VR' V0tt V0 tr t'

1.33 1.45 0.5 1.95h

实际反应体积VR

2.

分析解答题

V'

2.590.75

3.45m

3

1、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？

空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。（①分）反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。（①分）停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。（①分）由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。（②分）