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南京工业大学《化学动力学与反应器原理》积欠考试（开）（2011年）答案

班级 学号 姓名

题号 得分 总分 一、是非题：（正确的打“√”，错误的打“×”）（每题2分，共10分）

1．气固催化反应的本征速率是排除了吸附和脱附阻力后的速率方程。 (× ) 2．在全混流和平推流反应器中进行液相反应，由于全混流反应器返混程度最大，故在全混流反应器的反应速率比平推流反应器要小。 (× ) 3. 在相同的温度下，一级连串不可逆反应A?P?Q，在间歇反应器中进行时P的收率总是高于在全混流反应器中进行时的收率。 （√ ） 4．多级全混釜串联，串联釜数增多，返混程度增大，釜数接近无穷多，返混程度接近全混流。 (× )

5．对化学反应来说，温度越高，反应速率越大，因此高温操作，可使反应器体积最小。 （ × ）

二、选择题：（每题3分，共15分）

1．幂数型反应速率方程式中以( A )表示各组分浓度变化对反应速率影响。

A．反应级数 B．反应计量系数 C．反应速率常数 D．反应活化能

(1)(2)A???P???Q??R 2．对一平行—连串反应A? ，P为目的产物，若活化能次序为：

E2

A．先高后低 B.先低后高 C．高温操作 D．低温操作

3．对气固催化反应A→R，当外扩散阻力已消除时，若为一级不可逆反应，CAG增加，则内扩散有效因子 B （A．增大 B.不变 C．降低）。若为二级不可逆反应，CAG增加，则内扩散有效因子 C （A．增大 B.不变 C．降低）。

4等温液相反应

(3)A?B?P rP?k1CACB2A?R rR?k2C2A，P为目的产物，有下面四种方案可供选择：

（1）间歇釜式反应器，A和B一次性加入 （2）半间歇釜式反应器，A一次性加

入，B连续滴加 （3）半间歇釜式反应器，B一次性加入，A连续滴加 （4）全混流反应器

从提高P的收率着眼适宜选用（C）

A．（1） B．（2） C．(3) D．（4）

0.5A?P，r?CA1A5．已知反应（1）

反应（2）A?R，rA2?CA

当反应物浓度由1mol/l降至0.25mol/l时，两个反应的速率将是（ D ） A.相等 B. rA2为rA1的2倍 C. rA2为rA1的4倍 D. rA1大于rA2

2三、填空题（每题4分，共20分）

1．一气固催化反应A?B?R，若本征反应速率方程为：

r?则该反应可能的反应机理为：

kSKAPAKBPB(1?KAPA?KBPB＋KRPR)2

A???A?,B2?2??2B?,A??B??R?（控制）,R??R??。

22从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差???0.98,反应器可视为 CSTR , 2又若求得无因次方差???0.02,则反应器可视为 PFR 。

3．

1对xA的曲线上存在极小值的情况是可逆放热 反应和自催化 反应的特征。。

(?RA)4. 在间歇反应器中等温进行一级不可逆催化反应A?R，当CA0?1mol/l，xAf?90%时所需反应时间为1h，如果CA0?5mol/l，要xAf?90%，则所需反应时间为 1h 。 5．在气固催化反应中，丹克勒（Damkoler）准数Da的物理意义为 最大的化学反应速率/?1kWcnAG最大的外扩散速率 ，n级不可逆反应的Da = 。

kGam四、问答题（每题5分，共10分）：

1. 为什么说对于反应级数大于零的反应，反应温度越高，消除内扩散影响所需的粒度越小？反应物浓度越高，消除内扩散影响所需的粒度越小？

??L 解： 同理

??1kp2DeA?1C?AS

，为了使??，必须使L???????

T??kp???????CAG??CAS???????，为了使??，必须使CAG??CAS???????

2．均相CSTR反应器中，放热S形曲线与移热直线一般有3个交点，高温区交点、中温区交点、低温区交点的特征分别是什么？工业上一般选择什么区交点为操作点？为什么？ 解：高温区交点：热稳定点，反应温度高，反应速度快，能达到的转化率高 中温区交点：热不稳定点

低温区交点：热稳定点，反应温度低，反应速度慢，能达到的转化率低

工业上一般选择高温区交点为操作点，因为反应温度高，反应速度快，能达到的转化率高。

五、计算题（每题均为15分，共45分）

1．某液相均相反应A ＋ B → P，(-RA)=kCACB；当反应温度100℃时，反应速率常数为0.5

-1-1

（mol/L）.h，进料混合物中A、B的初始浓度均为2mol/L。要求P的产量为80mol/h，最终转化率为80％。求下列几种情况下的反应体积： （1）反应在间歇釜式反应器中进行，辅助时间为1h;

（2）反应在全混流釜式反应器中进行； (3) 反应在活塞流管式反应器中进行。 解：

(1)?CA0?CB0,?A??B?(?RA)?kCACB?kCAt?2111111(?)?(?)?4hkCAfCA00.50.42

CAf?CA0(1?xAf)?2(1?0.8)?0.4mol/LQ0?FA0/CA0 FA0?FP80??100mol/hxAf0.80

Q0?FA0/CA0?100/2?50L/hVr?Q0(t?t0)?50(4?1)?250(L)xAfVr0.8(2)???10L.h/mol2222FA0kCA(1?x)0.5?2?(1?0.8)0AfVr?10?100?1000(L)(3)??t?4hVr?Q0??50?4?200(L)2.在直径为5cm，长为200cm的闭式反应器中进行一级不可逆反应A→P。进料流量为200cm3/s，若将该反应器作全混釜处理，得出口转化率为80％。

（1）若用轴向扩散模型处理，已知轴向扩散系数Da为5.5cm2/s，则在相同反应条件下，反应器的出口转化率为多少？

(2) 若用多釜模型处理，出口转化率又为多少？ 解：

全混釜一级不可逆反应:CCA?A01?k?1 即：1－xA?1?k?11?0.8?1?k?k??4（1）

1Q0?u??d2t4Q00.2*1000/60u???0.17cm/s120.25*3.14*52?dt4D15.5??a??0.162PeuLr0.17*200?k??4?5.22?查图????1?xA?0.06?xA?0.94?Da?0.162?uL?r2222-6.18-2(1-e-Pe)?-(1-e)?0.27132PePe6.186.1811? N?2??3.69??0.2713(2)???2?1-xA?1?(1?k?S)N1?0.066643.69(1?)3.69

?xA?0.93343．在一固定床反应器中等温进行一级不可逆气固催化反应A→P，在消除外扩散阻力和CAG=10 mol/m3时测得某处宏观反应速度(-RA)=1mol/ (m3床层·s)。以催化剂床层计的本征反

-1

应速率常数kV为1.0s，床层空隙率为0.3。催化剂有效扩散系数DeA=10-8 m2/s。 求：

(1)该处催化剂的内扩散有效因子η值 (2)反应器中所装催化剂颗粒的半径。

解：（ 1） ?＝(-RA)V1??0.1?0.2, 属于严重内扩散kVCAG1?1011 （2）?＝＝＝10?0.1 ?＝ 10?R3R3kpDeA?R3kV(1-?)DeA

1(1-0.3)10-8 R?2.5?10?3m?2.5mm