化学反应工程试题.docVIP

0 2010 20112010 2011 学年第二学期末考试试题 学年第二学期末考试试题 A 卷 卷 一 选择题 一 选择题 30 分 每题分 每题 1 5 分 分 1 三传一反 是化学反应工程的基础 其中所谓的 一反 是指 D A 化学反应 B 反应工程 C 反应热力学 D 反应动力学 2 对于反应 则 A sSpPbBaA P r A r A B C D a p a p p a p a 3 气相反应A B 3P S 进料时无惰性气体 A与B 以1 1 摩尔比进料 则膨胀因子 A A 2 B 1 C 1 D 2 4 气相反应2A B 3P S 进料时无惰性气体 A与B 以2 1 摩尔比进 料 则膨胀率 A A 1 B 1 2 C 1 3 D 4 3 5 反应 反应速率常数 则反应级数n 242104 2HHCHC 1 0 2 sk A 0 B 1 C 2 D 3 6 串联反应A P 目的 R S 目的产物P的得率XP A B C D 0 0 A PP n nn AA PP nn nn 0 0 0 0 SS PP nn nn 0 0 RR PP nn nn 7 分批式操作的间歇反应器非生产性时间不包括下列哪一项 0 t A 加料时间 B 反应时间 C 物料冷却时间 D 清洗釜所用时间 8 对于反应级数n 0 的不可逆等温反应 为降低反应器容积 应选用 A 平推流反应器 B 全混流反应器 C 循环操作的平推流反应器 D 全混流串接平推流反应器 1 9 对于单一反应组分的平行反应 其瞬间收率 随CA 增大而单调下 P 降 则最适合的反应器为 A 平推流反应器 B 全混流反应器 C 多釜串联全混流反应器 D 全混流串接平推流反应器 10 全混流反应器的无因次时间分布函数和分布密度函数是 A B t t tF 1 0 t t tE 0 1 1 1 0 F 1 10 E C D t etF 1 t etE 1 eF1 eE 11 某平行反应 其中反应 1 为二级反应 反应 2 为一级反应 SA PA 2 1 反应活化能 P 为目的产物 该反应的温度和反应物浓度如何选 1 E 2 E 择 A 高的进料浓度高的反应温度 B 高的进料浓度低的反应温度 C 低的进料浓度高的反应温度 D 低的进料浓度低的反应温度 12 全混流反应器稳态操作点满足的基本条件是 A B rg QQ dT dQ dT dQ g r rg QQ dT dQ dT dQ g r C rg QQ Ea RT TTT m 2 D rrAg HVrQ 000mppr AUTTCTAUCQ 13 气 液反应过程包括以下那些步骤 A 气体向气液界面的扩散 B 液体反应物向气液界面的扩散 C 气液界面处气体的溶解 D 溶解气体在界面以及液相内的化学反应 14 等温催化剂的效率因子 为催化剂粒子的 与催化剂内部的浓 度和温度与其外表面上的相等时的反应速率之比 2 A 外扩散速率 B 实际反应速率 C 内扩散速率 D 表观反应速率 15 全混流反应器中有 个稳定的定常态操作点 A 1 B 2 C 3 D 4 16 全混流流动的 E t 曲线的无因次方差 2 A 0 B 0 1 C 1 D 1 17 脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为 A E t 曲线 B F t 曲线 C I t 曲线 D y t 曲线 18 对于气 液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应 为提高反应速 率 应选用 装置 A 填料塔 B 喷洒塔 C 鼓泡塔 D 搅拌釜 19 骨架 Ni 催化剂的制备是将 Ni 与 Al 按比例混合熔炼 制成合金 粉 碎以后再用苛性钠溶液溶去合金中的 Al 而形成骨架 这种制备方法是 A 溶蚀法 B 热熔法 C 沉淀法 D 混合法 20 对于一级反应 催化剂颗粒的无因次西勒模数 值的大 e s s D k R 3 小反映了表面反应速率与 之比 A 扩散速率 B 外扩散速率 C 内扩散速率 D 实际反应速率 二 二 间答题间答题 20 20 分 每题分 每题 5 5 分分 1 气 固催化反应一般包括那些步骤 2 停留时间分布密度函数 E t 布函数 F t 的意义 3 简述常用理想反应器的种类和特点 4 简述表征催化剂颗粒特征的基本参数粒径的表示方法 三三 证明题证明题 20 20 分分 串联反应 其中为目标产物 各反应均为一级MPA kk 21 不可逆反应 反应在等温全混流反应器中进行 开始时只有反应物 A 证 3 明最大产物 P 浓度为 2 2 1 12 0 max 1 kk C C A P 四四 计算题计算题 30 30 分 每题分 每题 1010 分 分 1 平行反应 其中 已知 主PA 副SA AP Cr2 2 AS Cr CP0 0 求在全混流以及平推流反应器中的CP max LmolCA2 0 瞬时选择性 A P A P P dC dC r r 2 某一级不可逆反应在平推流反应器中进行 在150 等温下反应 出口 转化率为0 6 现改为等体积的全混流反应器中进行 料液流率以及初浓度 都不变 要求转化率达到0 7 问此时全混流反应器在什么温度下操作 反应活化能 molkJEa 68 83 3 有一反应器被用于某一级反应 对该反应器进行脉冲法示踪 应答试 验 在进口处加入函数 示踪物在出口处的响应为 t s 1020304050607080 C t 03554210 已知该反应在全混流釜中进行时 在相同下 用多釜串联 82 0 Af X 模型求本反应器所能获得的转化率 2010 20112010 2011 学年第学年第 2 2 学期期末考试试题答案及评分标准学期期末考试试题答案及评分标准 A A 卷 卷 课程名称 化学反应工程课程名称 化学反应工程 使用班级 使用班级 0804034108040341 0804034208040342 0804034308040343 一 选择题 选择题 3030 分 每题分 每题 1 51 5 分 分 1 D 2 A 3 D 4 C 5 B 6 A 7 B 8 B 9 A 10 D 11 B 12 B 13 A B C D 14 B 15 B 4 16 C 17 A 18 C 19 A 20 C 二 简答题二 简答题 20 20 分 每题分 每题 5 5 分分 1 气 固催化反应一般包括那些步骤 答 气体分子由气相主体向催化剂表面的外扩散 气体分子由催化剂 表面向催化剂内孔的内扩散 1 分 气体分子在固体催化剂上形成吸 附态 1 分 吸附态络合物之间进行表面反应 产物从催化剂表面 的脱附 1 分 产物气体分子由催化剂内孔向表面的内扩散 1 分 产物气体分子由催化剂表面向气相主体的外扩散 1 分 停留时间分布密度函数 E t 和停留时间分布函数 F t 的含义 答 停留时间分布密度函数 E t 在定常态下的连续稳定流动系统中 相对于某瞬间 t 0 流入反应器内的流体 在反应器出口流体的质点中 在 器内停留了 t 到 t dt 之间的流体的质点所占的分率为 E t dt 0 0 1 dttE 3 分 停留时间分布函数 F t 在定常态下的连续稳定流动系统中 相对于某 瞬间 t 0 流入反应器内的流体 在出口流体中停留时间小于 t 的物料所占 的分率为 F t t dttEtF 0 2 分 简述常用理想反应器的种类和特点 答 常用的理想反应器有间歇反应器 平推流反应器和全混流反应器 1 分 间歇反应器特点 反应器中各处的物料温度 浓度都相同 无返 混现象 出料组成与反应器内物料的最终组成相同 1 分 平推流反应器特点 反应器内没有物料的返混 在垂直于流动方向上 的同一截面 不同径向位置的流体特性 组成 温度等 是一致的 在 定常态下操作 反应器内状态只随轴向位置改变 不随时间改变 2 分 全混流反应器特点 物料在反应器内充分返混 反应器内各处物料参 数均一 反应器的出口组成与器内物料组成相同 连续 稳定流动 5 是一定态过程 1 分 4 简述表征催化剂颗粒特征的基本参数粒径的表示方法 答 固定床中粒径的表示方法常用的有三种 2分 颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积 的球粒子直径 表达式 p V 1分 31 6 PV Vd 颗粒的面积相当直径是以外表面相同的球形粒子的直径 表达式 P a Pa ad 1分 颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面的球形粒子直径来表示 表达式 V S 1分 V S S d 6 三 证明题三 证明题 20 20 分分 证明 对反应物 A 作物料衡算 2 分 VrvCvC AAA 0 v V 3 分 1 1 0 1 1 1 1 k v V k C C A A 对中间产物 P 作物料衡算 2 分 VrvCvC PPP 0 2 分 VCkCkvC PAP 0 21 3 分 21 1 0 11kk k C C A P 上式对 求导 使其为零 可得主产物 P 浓度 5 分 2 2 2 1 2121102110 1 1 1 1 1 1 0 kk kkkkkCkkkC d dC AAP 3 分 2 2 1 12 0 max 1 1 kk C C A P 6 四四 计算题计算题 30 30 分 每题分 每题 1010 分 分 1 平行反应 其中 已知 主PA 副SA AP Cr2 2 AS Cr CP0 0 求在全混流以及平推流反应器中的CP max LmolCA2 0 瞬时选择性 A P A P P dC dC r r 解 目标产物 的收率 2分 AAA A A P A P CCC C r r dc dc 2 2 2 2 2 在全混流反应器中 2分 2 2 2 00A A AfAAfAPf C C CCCCC 当时 为最大 1分 0 A Pf dC dC Pf C0 2 24 A A A dC C C d 1分 0 A C2 Pf C 在平推流反应器中 2分 A CAA CA C C AP C CdC C dCC A A A A 2ln24ln2 2ln2 2 2 2 2 0 当 2分 0 A C2ln2 Pf C 某一级不可逆反应在平推流反应器中进行 在 150 等温下反应 出 口转化率为 0 6 现改为等体积德全混流反应器中进行 料液流率以及初 浓度都不变 要求转化率达到 0 7 问此时全混流反应器在什么温度下操 作 反应活化能 molkjEa 68 83 解 在 PFT 中 反应器体积为 Af x AA A A x A A AR xk xkC dx C r dx CV Af AF 1 1 ln 1 0 00 00 0 00 1 2 分 7 2 2 分 916 0 6 01 1 ln 1 1 ln 0 Af R x kV 在 CSTR 中 反应器体积为 3 2 分 AfA AfA Af AfA R xCk xC r xC V 1 0 0000 4 1 分 33 2 7 01 7 0 1 0 Af Af R x x kV 2 式 4 时得 5 1 分 3925 0 k k 由 Arrhenius 公式知 6 1 分 TTR Ea k k11 ln 解出 1 分 167440 KT 3 有一反应器被用于某一级反应 对该反应器进行脉冲法示踪 应答试 验 在进口处加入函数 示踪物在出口处的响应为 t s 1020304050607080 C t 03554210 已知该反应在全混流釜中进行时 在相同下 用多釜串联 82 0 Af X 模型求本反应器所能获得的转化率 解 2 分 200145225340 3 10 0 0 tCC t i t s1020304050607080 C t 03554210 E t 00 0150 0250 0250 020 010 005 tE t 00 30 75110 60 350 tEt0622 540503624 50 sttEt t 3 39035 0 175 0 26 013 040 3 10 0 1 分 8 1 分 5 195 3 390 5 2450 5 2223640640 3 10 2 2 0 22 tdttEt t t 1 分 127 0 3 39 5 195 2 2 全混流的设计方程 1 Af Af xk x t 1 分 1 1159 0 82 0 1 3 39 82 0 1 s tx x k Af Af 多釜串联模型参数 2 分 887 7 127 0 11 2 N 1 分 027 0 8 3 39 1159 0 1 1 1 1 8 0 N A A kC C 3 97027 0 1 A x 09 201009 2010 学年学年 第二学期末考试试题 第二学期末考试试题 A A 卷 卷 一 填空题 30分 每空1 5分 1 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的学科 既以 作为研究对象 又以 为研究对象的学科体系 2 平行反应 A P 主 A S 副 均为一级不可逆反应 若 Ea主 Ea 副 选择性 Sp 与 无关 仅是 的函数 3 在构成反应机理的诸个基元反应中 如果有一个基元反应的速率较之其 他基元反应慢得多 它的反应速率即代表整个反应的速率 其他基元反应 可视为处于 9 4 物料连续输入输出 且具有良好搅拌装置的釜式反应器按 反 应器处理 而管径小 管子较长和流速较大的管式反应器按 反应 器处理 5 反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的 根据示 踪剂的输入方式不同分为 周期示踪法和随 机输入示踪法 6 平推流管式反应器其E 曲线的无因次时间方差等于 全混 2 流反应器其E 曲线的无因次时间方差等于 2 7 在气 液鼓泡搅拌装置中 气体以气泡方式通过装置 是宏观 流体 而 为微观流体 8 等温催化剂的效率因子 为催化剂粒子的 与催化剂内部的 和 与其外表面上的相等时的反应速率之比 9 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作 10 双膜模型设想在气 液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的 和 而且在 假定达到气液相平衡 也即而把气 液 两相阻力集中在这两个流体膜内 而假定气相主体和液相主体内组成均一 不存在着传质阻力 二 选择题 30分 每题2分 1 化学反应CO 3H2 CH4 H2O 其中化学反应计量系数为 1 的是哪种 物质 A CO B H2 C CH4 D H2O 2 气相反应2A B 3P S进料时无惰性气体 A与B以1 1的摩尔比进料 则膨胀率 A 1 4 B 1 C 1 D 1 2 10 3 反应C4H10 2C2H4 H2 k 2 0s 1 则反应级数n A 0 B 1 C 2 D 3 4 串联反应A P 目的 R S 目的产物P的总收率YP A B C D AAO pop nn nn AO pop n nn SOS pop nn nn ROR POP nn nn 5 对于单一反应组分的平行反应A P 主 A S 副 其瞬间选择性SP随 CA增大而单调下降 则最适合的反应器为 A 平推流反应器 B 全混流反应器 C 多釜串联全混流反应器 D 全混流 串接平推流反应器 6 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t0 不包括下列哪一项 A 加料时间 B 反应时间 C 物料冷却时间 D 清洗釜所用时间 7 全混流反应器中有 稳定的定常态操作点 A 1 B 2 C 3 D 4 8 脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为 A E t 曲线 B F t 曲线 C I t 曲线 D y t 曲线 9 反应级数n 时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果 A 0 B 0 5 C 1 D 2 10 催化剂颗粒扩散的席勒模数 值的大小反映了表面反 e m v D Ck R 1 应速率与 之比 A 扩散速率 B 外扩散速率 C 内扩散速率 D 实际反应速率 11 骨架Ni 催化剂的制备是将Ni 与Al 按比例混合熔炼 制成合金 粉 碎以后再用苛性钠溶液溶去合金中的Al 而形成骨架 这种制备方法是 A 溶蚀法 B 热熔法 C 沉淀法 D 混合法 11 12 液相反应中的膜内转化系数 在 范围内 反应为在 液膜内进行的瞬间反应及快速反应 A 0 02 B 0 02 2 C 2 D 2 13 对于气 液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应 为提高反应速 率 应选用 装置 A 填料塔 B 喷洒塔 C 鼓泡塔 D 搅拌釜 14 绝热床反应器由于没有径向床壁传热 一般可以当作平推流处理 只 考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化 因此一般可用 来计算 A 平推流模型 B 拟均相一维模型 C 拟均相二维模型 D 轴向扩散 模型 15 在间歇反应器中进行等温一级反应A B rA 0 01CA mol L s 当 CA0 1 mol L时 求反应至CA 0 01 mol L所需时间t 秒 A 400 B 460 C 500 D 560 三 证明题 20 分 一级连串反应 A的进SPA kk 21 AA Ckr 1 PAP CkCkr 21 料流率为V0 CP 0 CR0 0 反应在恒温恒容的条件下进行 求在全混流 釜式反应器中目的产物P的最大浓度 2 2 1 1 2 0 max 1 k k C C A P 四 计算题 20 分 每题 10 分 1 在间歇釜中一级不可逆反应 液相反应A 2R rA kCA Kmol m3 h k 9 52 109exp 7448 4 T h 1 CA0 2 3 Kmol m3 MR 60 CR0 0 若转化率XA 0 7 装置的生产能力为50000 kg 产物R 天 求 50 等温操作所需反应器的容积 用于非生产性操作时间t0 0 75 h 装 12 料系数0 75 2 液相原料中反应物A 进入平推流反应器中进行2A R 的反应 CA0 1 mol L V0 2 L rA 0 05CA2 mol L s 求 当出口浓度CA 0 5 mol L时的进料流V0 当进料流量V0 0 5 L min时出口浓度CAf 一 填空题 填空题 3030 分 每空分 每空 1 51 5 分 分 1 化学反应 工程问题 2 浓度 温度 3 拟定常态 4 理想混合反应器 或全混流反应器 平推流 5 脉冲法 阶跃法 6 0 1 7 气体 液体 8 实际反应速率 温 度 浓度 9 固定床反应器 10 液膜 气膜 气液界面 二 选择题 二 选择题 3030 分 每题分 每题 2 2 分 分 1 A 2 A 3 B 4 A 5 B 6 B 7 A 8 A 9 C 10 C 11 B 12 D 13 C 14 B 15 B 三 证明题三 证明题 20 20 分分 证明 对反应物 A 作物料衡算 2 分 VrvCvC AAA 0 3 分 1 1 0 1 1 1 1 k v V k C C A A 对中间产物 P 作物料衡算 2 分 VrvCvC RRR 0 2 分 VCkCkvC RAR 0 21 3 分 21 1 0 11kk k C C A R 上式对 求导 使其为零 可得主产物 P 浓度 2 2 2 1 2121102110 1 1 1 1 1 1 0 kk kkkkkCkkkC d dC AAR 5 分 13 3 分 2 2 1 12 0 max 1 1 kk C C A R 四 计算题四 计算题 20 20 分 每小题分 每小题 1010 分 分 1 在间歇釜中一级不可逆反应 液相反应A 2R rA kCA Kmol m3 h k 9 52 109exp 7448 4 T h 1 CA0 2 3 Kmol m3 MR 60 CR0 0 若转化率XA 0 7 装置的生产能力为50000 kg 产物R 天 求 50 等温操作所需反应器的容积 用于非生产性操作时间t0 0 75 h 装 料系数0 75 解 反应过程的反应速率 2 分 92 0 50273 4 7448exp 1052 9 9 k 物料在间歇釜的反应时间 4 分 h xkx dx kkC dx Ct A A X A A A X A A A 31 1 7 01 1 ln92 0 1 1 ln 1 1 1 00 0 反应器终了 R 的浓度 1 分 3 0 22 3 2mkmolXCC AAR 每釜单位时间的处理量 1 分 24 5000 a RR tt MVC 反应物料体积 1 分 3 2 22 6022 3 24 06 2 5000 mVR 需要的反应器体积 1 分 33 30 6 29 75 0 2 22 mm V V R 2 液相原料中反应物A 进入平推流反应器中进行2A R 的反应 CA0 1 mol L V0 2 L rA 0 05CA2 mol L s 求 当出口浓度CA 0 5 mol L时的进料流V0 当进料流量V0 0 5 14 L min时出口浓度CAf 解 1 平推流反应器设计方程 2 分 Af X A A AA r dx CF V 0 00 3 分 s CCC dC r dx C AA A C A C A A Af X A A A 20 11 05 0 1 05 0 0 0 2 0 0 进料流率 1 分 sL V V 1 0 20 2 0 2 进料流率为 0 5L min 2 分 s v V CC AA 240 5 0 60211 05 0 1 00 1 分 13112 1 12 1 0 AA CC 1 分 LmolCA 077 0 13 1 2007 20082007 2008 学年第二学期末考试试题 学年第二学期末考试试题 A A 卷 卷 二 选择题 二 选择题 1010 分 每题分 每题 2 2 分 分 1 三传一反 是化学反应工程的基础 其中所谓的 一反 是指 A 化学反应 B 反应工程 C 反应热力学 D 反应动力学 2 全混流反应器的无因次时间分布函数和分布密度函数是 A B t t tF 1 0 t t tE 0 1 1 1 0 F 1 10 E C D t etF 1 t etE 1 eF1 eE 15 3 某平行反应 其中反应 1 为二级反应 反应 2 为一级反应 反 SA PA 2 1 应活化能 P 为目的产物 该反应的温度和反应物浓度如何选择 1 E 2 E A 高的进料浓度高的反应温度 B 高的进料浓度低的反应温度 C 低的进料浓度高的反应温度 D 低的进料浓度低的反应温度 4 全混流反应器稳态操作点满足的基本条件是 A B rg QQ dT dQ dT dQ g