天津大学高等教育自学考试 过程性考核 答案

过程性考核过程性考核(一一) 答案答案 一、填空题（每题 4 分，共 20 分） 1.化学反应工程是化学工程学科的一个分支，其内容可概括为两个方面，它们是: 化学反应动力学 和 反应器设计与分析 。 2.某化学反应，测得该反应的活化能为 50kJ/mol，在反应物料组成相同的情况下，则反应温度为 80的反应 速率是反应温度为 50的反应速率的 4.866 倍。 3.某液相平行反应 ，若 A 为关键组分，P 为目的产物，则瞬时选择性 的表达式 S=。 4.反应器的类型繁多，按反应器的结构原理的特点划分可分为 釜式反应器、管式反应、塔式反应器、固定床 反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器 等类型。 （写出不少于 4 中类型） 5.某液相反应进行的过程中，当关键组分 A 的转化率到达 95%，目的产物的收率达到 94%时，则该反应的选 择性为 0.989 。 二、选择题（每题 4 分，共 20 分） 6.可逆吸热反应，反应速率将随温度的提高而将（ A ） 。 A.提高 B. 降低 C. 不变 D. 也可能提高，也可能下降 7.平衡转化率随温度提高而下降的是（ B ） 。 A.可逆吸热反应 B. 可逆放热反应 C. 可逆反应 D. 任何化学反应 8.以下关于理想吸附模型的叙述正确的是（ABD ） 。 A.理想吸附属单分子层吸附 B.吸附表面在能量上是均一的 C.吸附分子间作用力为范德华力 D.被吸附分子间的作用力可以忽略 9.某化学反应 ，以组分 A 表示的反应的速率为：，则以 B 表示的反 应速率表达式为（ C ） A. B. C. D. 10. 以下有关幂函数形式的反应速率方程的叙述正确的是（AC ） 。 A.反应速率常数是所有反应物的浓度均为 1 时的反应速率 B.反应速率常数是无因次量 C.反应速率常数与温度的关系不呈线性关系 D.反应速率常数的因次只与速率方程的形式有关 三、判断改错题（每题 5 分，共 20 分） 1.任何化学反应，对于同一状态，无论按哪一种反应物来计算转化率，其数值都是相同的。 （ X ） 改为：对于同一状态，当反应物符合化学计量关系，无论按哪一种反应物来计算转化率，其数值都是相同 的。 2.气固相催化反应是以物理吸附为主要特征。 （ X ） 改为：气固相催化反应是以化学吸附为主要特征。 3.化学反应体积即为反应器体积。 （ X ） 改为：化学反应体积是确定反应器体积的基础，反应器体积通常不等于反应体积。 4.可逆反应的正反应活化能高于逆反应活化能时，该反应为放热反应。 （ X ） 改为：可逆反应的正反应活化能高于逆反应活化能时，该反应为吸热反应 四、计算题（每题 20 分，共 40 分） 1.在某固体催化剂上进行气相催化反应 。反应步骤如下 若表面反应为速率控制步骤，试推导动力学方程。并简要说明动力学方程中哪些为动力学参数。 解：过程略 动力学方程为 其中，； 动力学参数为： 等。 2.用乙炔和氯化氢在氯化汞催化剂作用下合成氯乙烯单体。该反应方程式为 由乙炔和氯化氢组成的原料混合气中氯化氢过量 12%。若以乙炔为关键组分，当乙炔的转化率达到 98%时， 试计算：（1）该过程是否能按恒容过程处理； （2）反应器出口的气体组成； （3）氯化氢的转化率。 解: (1) 不能按恒容过程处理。此过程为一连续气相反应过程，虽为等温，但反应前后摩尔数不等，即膨胀因 子不为 0. (2) 若用 A 表示乙炔，B 表示氯化氢，P 表示氯乙烯 以 1mol 的 A 为基准 (3) 氯化氢的转化率为 过程性考核（二）答案过程性考核（二）答案 一、填空题 1.活塞流的基本假定是： （1）径向流速分布均匀；（2）径向混合达到最大；（3）无轴向返混 。 2.在间歇釜式反应器中等温进行某一级不可逆反应，A 转化率达到 40%所需的反应时间是 25min。若反 应条件完全相同，反应时间延长至 60min，A 的转化率将达到 0.7065 。 3.在连续流动反应器中进行某液相平行反应 （1） （2） 若 R 为目的产物， E1和 E2分别表示反应（1） （2）的活化能，若，则提高反应温度，P 的选择性将 下降 （上升、下降、不变） 。 4.相同温度条件下，在两个等体积的串联连续釜式反应器中进行某一级不可逆。第二个反 应器的出口转化率为 0.9375。若在一个连续釜式反应器中进行此反应，保持总反应体积、温度、原料处理 量等条件不变，则所能获得的 A 的转化率为 0.75 。 二、选择题 5.在某间歇釜式反应器中进行液相反应。以下可作为提高 A 的转化率的措施的是（AC ） A.提高反应温度 B.增加反应器体积 C.延长反应时间 D.提高反应物浓度 6.以下关于间歇釜式反应器的叙述正确的是（B ） A.在间歇釜式反应器中进行的反应过程均为恒容过程 B.间歇反应体系为封闭反应体系 C.延长反应时间，可提高目的产物收率 D.达到一定转化率所需反应体积器的大小与辅助操作时间无关 7.在活塞流反应器中进行可逆放热反应，可采用的最佳温度序列是（B ） A.从反应器的进口至出口温度逐渐升高 B.从反应器的进口至出口温度逐渐降低 C.等温操作 D.在较高进口温度条件下绝热操作 8.以下关于连续釜式反应的叙述正确的是（AB ） A.连续釜式反应器中无浓度梯度 B.连续釜式反应器中无温度梯度 C.绝热操作过程为变温过程 D.所有物料粒子在反应器中均具有相同的停留时间 三、判断正误并说明理由（每题 6 分，共 18 分） 9.对于连续操作的反应器，可用空时表示反应时间的长短。 （ X ） 说明：空时长短表明反应器物料处理能力。 10. 在连续釜式反应器操作过程中，适当提高搅拌转速可以提高反应组分的转化程度。 （ X ） 说明：连续釜式反应器流动呈全混流，即整个反应釜内温度、浓度均一，反应器内宏观混合已达最大。微 观混合状态对反应的影响，与具体的反应动力学规律有关。 11. 在相同的反应条件下，达到相同关键组分的转化率，活塞流反应器所需的空时小于连续釜式反应器。 （ X ） 说明：所需空时大小于反应动力学规律有关。对于具有正常反应动力学反应过程上述结论成立。 四、计算题 12. 在连续釜式反应器中进行下列液相反应 和分别表示产物 D 和 R 的生成速率。反应用的原料为 A 和 B 的混合液，其中 A 的浓度为 2kmol/m3。 计算： （1）A 的转化率达到 95%时，所需的空时； （2）A 的转化率达到 95%时，D 的收率。 解：（1） 当 A 的转化率达到 95%时，体系中 A 组分的浓度为： 所需空时 (2) D 的收率 13. 在活塞流反应器中进行等温气相反应 反应速率方程为 其中，的单位为 Pa。 原料为 A 与惰性气体 B 的混合气，其中 A 的摩尔分数为 8%，操作压力为 0.101MPa，操作温度为 873K。若 原料气的处理量为，试计算：（1）当 A 的转化率达到 30%时，所需的反应体积； （2）反应器出口的气体组成。 解: 该过程为变容过程 过程性考核（三）答案过程性考核（三）答案 一、填空题（每题 6 分，共 30 分） 1.根据示踪剂加入方法不同，停留时间分布实验测定方法分为： 脉冲法、阶跃法和周期输入法 。 2.若以 表示无因次对比时间，表示闭式流动反应器的停留时间分布函数与分布密度，则对于活塞 流反应器 1 ; 0 ; 0 。 3.多釜串联模型的模型参数是 N ，此模型参数越大表明返混程度越 小 。此模型参数 与无因次方差的关系是 N=1/ 。 4.在固体催化剂上进行某平行反应 ，在反应温度下。若颗粒外表面与气相主体 温度相同，则存在外扩散影响时，与无外扩散影响相比，目的产物 P 的瞬时选择性将 增加 。 5.在半径为 R 的球形催化剂上，等温进行气相反应 。若分别以 表示反应物 A 在 气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处浓度以及平衡浓度。当处于外扩散控制时，各浓度的相对大 小为 。 二、选择题（每题 5 分，共 30 分） 6.下述原因中可能导致非理想流动现象产生的是（ ACD ） A.滞留区的存在 B.流体的微观混合 C.循环流动 D.存在沟流或短路 7.根据对反应器进行停留时间分布实验测定的结果，以下不属于理想反应器的是（ D ） A. B. C. D. 8.以下关于彼可列准数 Pe 的相关叙述正确的是（B ） A.表示极限反应速率与极限传质速率的相对大小 B.表示对流流动和扩散传递的相对大小 C.Pe 越大表明返混影响越严重 D.Pe 与固体颗粒床层结构有关 9.以下关于微观混合对反应的影响叙述正确的是（ AB ） A.微观混合对一级反应的反应速率无影响 B.微观混合对活塞流反应器的工况无影响 C.微观混合对全混流反应器的工况无影响 D.微观混合对反应器的影响与返混影响程度无关 10. 消除内扩散影响的措施是（ B ） A.提高气体的质量流速 B.减小催化剂的颗粒粒度 C.提高温度 D.减小催化剂颗粒直径与床层直径之比 11. 床层孔隙率是表征固定床结构的主要参数。床层孔隙率与下列哪些因素有关（ ACD ） A.颗粒的形状、固体颗粒的粒度分布 B.颗粒的孔隙结构 C.颗粒直径与床层直径之比 D.颗粒的充填方法 三、计算题（每题 20 分，共 40 分） 12. 对某连续流动反应器进行停留时间分布的实验测定，得到离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系为 问： （1）采用何种方法进行停留时间分布实验测定？ （2）停留时间小于 1.5min 的物料所占的分率 （3）该反应器是为理想反应器？说明理由 （4）若在该反应器中进行微观流体的一级不可逆反应，其反应速率常数为 1min- 1， ，则反应器出口物料的浓度为多少？ 解：（1）采用升阶法进行停留时间分布实验测定 （2） 停留时间小于 1.5min 的物料所占的分率为： （3） 该反应器不是理想反应器。 （4）采用多釜串联模型计算 13. 在固定床反应器中，于 0.101MPa，500下进行某气固相催化反应，采用直径 5mm 的球形催化剂。此催 化剂的物理性质：比表面 110m2/g，孔容 0.36cm3/g，颗粒密度 1.1g/cm3，曲节因子 3.3。在上述反应条件 下该反应可按一级不可逆反应处理，本征反应速率常数为 0.95cm3/(g.s)。在忽略外扩散阻力条件下，计算： （1）内扩散有效因子 （2）在相同的操作条件下，若改用直径为 3mm 的球形催化剂，是否能增产？增产幅度有多大？假定催 化剂的物理性质均不随颗粒大小而改变。 解： 若将催化剂直径降低至 3mm，可以增产。 增产量是采用直径为 5mm 催化剂的 1.39 倍。 过程性考核（四）答案过程性考核（四）答案 一填空题（本大题共 9 小题，每小题 4 分，共 36 分） 1.反应器设计最基本的内容是: 选择合适的反应器型式 选择合适的操作条件 和 确定反应器体积 。 2.某化学反应，测得该反应的活化能为 45.94 kJ/mol，频率因子为。当反应温度为 45的该反 应的反应速率常数为 0.512 s-1。 3.某液相复合反应 ，若 A 为关键组分，P 为目的产物，则组分 P 的生成速率的表达式为 = 。 4.停留时间分布函数的物理意义为 停留时间小于 t 的流体粒子所占分率 。 5.连续流动釜式反应器定态操作稳定的必要条件是 。 6.在间歇釜式反应器中，等温下进行液相 2 级反应。反应动力学方程为：。若组分 A 起始反应浓度为。当 A 的转化率达到时，所需的反应时间为 h。 7.一级不可逆反应的丹克莱准数 Da 表达式为 。外扩散有效因子随 Da 的增加而 降 低 。 8.某等温闭式液相反应器中停留时间分布密度函数,平均停留时间为 0.5 min 。 9.采用脉冲法进行停留时间分布实验测定，停留时间分布密度 E(t)与示踪剂浓度 C(t)的关系式为 ： 。 二选择题 10. 采用多个连续釜式反应器组合操作进行一级不可逆反应，达到一定转化率。若使所需的总反应体积 最小，应采用的方式（ C ） A. 采用不同体积反应器串联，反应釜体积依次增大 B. 采用不同体积反应器串联，反应釜体积依次减小 C. 采用等体积反应器串联 D. 采用等体积反应器并联 11. 某基元反应，该反应的反应级数为（ D ） A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 1.5 12. 在半径为 R 的球形催化剂上，等温进行气相反应 。若分别以 表示反应物 A 在 气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处浓度以及平衡浓度。当各浓度的相对大小为 ，该过程属于（ B ） A.外扩散控制 B.内扩散控制 C.化学反应控制 D.内外扩散均有影响 13. 某流动反应器停留时间分布实验测定的结果：。则该反应器为（ BC ） A. 活塞流反应器 B. 全混流反应器C. 理想反应器 D. 非理想反应器 三判断改错题 14. 化学反应器的控制容积应等于反应体积。 （ ） 改为：釜式反应器可取整个反应体积为控制容积 15. 减小催化剂颗粒粒度是消除外扩散影响的有效措施。 （ ） 改为：减小催化剂颗粒粒度是消除内扩散影响的有效措施。或 提高流体的质量流速是消除外扩散影响的有效措施 16. 绝热操作的连续釜式反应器反应温度应高于反应器进口温度。 （ ） 改为：绝热操作的连续釜式反应器，若反应为放热反应，则反应温度应高于反应器进口温度。 四计算题 17在反应体积为 1.5m3