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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>PFR Ｂ.CSTR
Ａ．0、0、 1 Ｂ. ∞、0、0 Ｃ. 0、∞、0 Ｄ. ∞、∞、0
4．对于转化率与反应速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．PFR Ｂ.PFR后串接一个CSTR Ｃ. CSTR Ｄ.CSTR后串接一个PFR
5．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CSTR Ｂ.(XＡ)单个CSTR> (XＡ)两个CSTR串联>(XＡ)PFR Ｃ. (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3.45×10-2 min-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0.5 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？（20分） 解： ① t=CA0?? =
dXAdXA11?CA0???lnrAk?CA0?(1?XA)k1?XAXAf0
11ln() ?21?0.953.45?10优秀学习资料 欢迎下载
=86.8 min =1.45 h （10分） ② 每批产量：400×24/（t0+t）=400×24/(0.5 + 1.45)= 4923 Kg
每批物料的投放量：
Q0= 4923/1.25/95%=4146 l =4.146 m3
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 + B C ，CA0=CB0 =1.0 mol/m3 ，rA= 1.0×10-2CACB（mol/m3.s）采用两釜串联操作，VR1＝VR2 =2 m3 ，Q0=0.01 m3/S，求最终的转化率。 解：
VR1＝ Q0 CA0 (XA1-XA0 ) = Q0 CA0 XA1 rA1 k CA0 2(1-XA1)2 因为: CA0= CB0, vA =vB
代入已知数据得：XA1＝0.5 （10分） 同理：
VR2＝ Q0 CA0 (XA2-XA1 ) = Q0 CA0 （XA2-0.5） rA1 k CA0 2(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
0.3rPk1CACB SP=??0.51.8rP?rSk1CAC0.3?k2.CACBB1k?0.51.51?SCACBk1?1?0.51.51?CACB
∵ CA0=CB0
∴ SP =
② 计算在平推流反应器中的总选择性 SaP=
CA01?CAf1?CAf?1?1?CAdCA
11? （5分）
1?CA0(1?XA)1?CA??SPdCA?CA0优秀学习资料 欢迎下载
?1?ln(1?CA) =
CA0?CAfCAfCA0
=66.4% （5分）
③ 计算在全混流反应器中的总选择性 SaP= Saf=
1 CAf=CA0 (1-XAf)=0.1
1?CAf ∴ SaP=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）
-0.51.3
采用平推流反应器时，由（1）的结果知：要使SP增加，CA.CB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 + σ
Aσ B + σ Bσ
Aσ+ B Cσ （控制步骤） Cσ C + 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’θC 4分
因为1，2，4步达到平衡，所以有
.θA.= KA.PAθv θB.= KB.PBθv θC.= KC.PCθv
又：θA +θb+θv+θc =1
解得θA＝KAPA/(1+ KAPA + KBPB + KCPC)
θC＝KCPC/(1+ KAPA + KBPB + KCPC) 4分 将之代入前面方程得
r= K1PAPB-K2PC 1+ KAPA + KBPB + KCPC
其中： K1=KS KA K2=KS’KC 2分