化学反应工程试卷及答案

8．比表面积、孔体积 9．连串反应或串联反应 10．简单混合、返混 11．全混流、平推流

12．固定床中传热较差，更换催化剂时必须停止生产（或者说更换催化剂麻烦）(前

后都行)

13．??催化剂内实际反应速率催化剂内无浓度差时的反应速率

14. 催化剂、冷却（或加热）

二、选择题（共20分,每小题2分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C A C C B B B C A A 三、名词解释（共12分,每小题3分）

1．理想置换反应器（平推流反应器）是指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，向活塞一样在反应器中向前平推，故又称为活塞流或平推流反应器。

2．体积当量直径：与颗粒具有相同体积的球体的直径称为该颗粒的体积当量直

径

3．气液相反应过程：是指气相中的组分必须进入到液相中才能进行反应的过程。 4. 浓相段:当流体通过固体床层的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度时，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，所形成的流固混合物称为浓相段。

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(基本点答对就给全分，根据答题情况酌情给分)

四、问答题（共12分,每题6分）

3．简述反应速率方程的推导过程

答：①假定反应机理，即确定反应所经历的步骤；②确定速率控制步骤，该步骤的速率即为反应过程的速率，根据速率控制步骤的类型，写出该步骤的速率方程；③非速率控制步骤均达到平衡。若为吸附或解析步骤，列出兰格缪尔吸附等温式，若为化学反应，则写出化学平衡式；④利用所列平衡式与??I??V?1，将速率方

程中各种表面浓度变换为气相组分分压的函数，即得所求的反应速率方程。 （每点1.5分，全对6分）。

(基本点答对就给全分，根据答题情况酌情给分)

2. 简述流化床反应器的特点。

（1）颗粒剧烈搅动和混合，整个床层处于等温状态，可在最佳温度点操作； （2）传热强度高，适于强吸热或放热反应过程； (3)颗粒比较细小，有效系数高，可减少催化剂用量； （4）压降恒定，不易受异物堵塞； （5）返混较严重，不适于高转化率过程； （6）为避免沟流、偏流等，对设备精度要求较高。 （每点1分，全对6分）。

(基本点答对就给全分，根据答题情况酌情给分)

五、计算题（共31分，第1题11分，第2题10分，第3题10分。）

1．在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应A?P，已知进料

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中含A30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol?s?1，动力学方程式为?rA?0.27c1Amol?m?3?s?为了达到95％转化率，试求：

(3)所需空速为多少? (4)反应器容积大小? 解

P3cAA0??0.3?0.3?10?1.75?10?3?555mol?m?3RT8.314 V6.3?10?3?8.314?555.150??0.0969m3?s?1300??c0.95dxA0.95dxA11A0?0?r??.27?1?x?ln1?0.95?11.10sA00A?0.27SV???1?11.10?1?0.09s?1V3

R?V0??0.0969?11.10?1.075m标准空速为：VT0p0Tp0.0969273.15?0.3S0VNO??555.15?0.1013?0.131s?1VR1.075

4．有一分解反应

A?P目的产物 rp?k1cA

A?S目的产物 rk2S?2cA

其中k?11?1h，k2?1.5m3?kmol?1?h?1，cA0?5kmol?m?3，cP0?cS0?0，体积流率为5m3?h?1，求转化率为90%时：全混流反应器出口目的产物Ｐ的浓度及所需全混流反应的体积。

解：全混流反应器平均选择性等于瞬间选择性 ……1分

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aS?prPk1cAP?SP??r???2分

Ak1cA?k2c2A?1?（51?0.9）1?（51?0.9）?1.5?[（51?0.9）]2??1分 ?57.1??1分

c?P?Sp(cA0?cA)?0.571(5?0.5)?2.57kmol?m?3??2分

VA0?cA5?(5?0.R?V0(c-r)?5).5?1.5?0.52?25.7(m3)??3分 A1?03.在一总长为4m的填充床中，气体以2500kg?m?2?h?1的质量流率通过床层。床

层体安装直径为3mm的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kg?m?3，其粘度为1.8?10?5kg?m?1?s?1。求床层的压降。

解

d3?10?3?2500ReSum?gm?3600??10?5?1?0.45??210……3分 g?1??B?1.8?

Ergun方程

?p????150?u2m?g?1??B??Re?1.75?3L??3分m??dS?B?2 ?2500???2.9?p???150??3600?2.9??1?0.45??210?1.75??3?10?30.453?4?3296Pa??4分共 6 页