《化学动力学与反应器原理》试题与答案

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
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Q P A →→，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
2．对一平行—连串反应R A Q
P A −→−−→−−→−)
3()
2()1( ，P 为目的产物，若活化能次序为：
E2<E1<E3，为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ B ）。

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
2
A
2R B A 1P C
k r R 2A C C k r P B A =→=→+，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）
5．已知反应（1）5
.01A A C r P A =→，
反应（2）2
2A A C r R A =→，
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. 2A r 为1A r 的2倍 C. 2A r 为1A r 的4倍 D. 1A r 大于2A r
三、填空题（每题4分，共20分）
1．一气固催化反应R B A →+，若本征反应速率方程为：
2
)
1(R R B B A A B
B A A S P K P K P K P K P K k r ＋++=
则该反应可能的反应机理为：
σ+⇔σσ→σ+σσ⇔σ+σ⇔σ+R R ,R B A ,B 22B ,A A 2（控制）。

2从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差98.02=θσ,反应器可视为 CSTR , 又若求得无因次方差02.02=θσ,则反应器可视为 PFR 。

3．
)
(1
A R -对A x 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。

4. 在间歇反应器中等温进行一级不可逆催化反应R A →，当l /mol 1C 0A =，%90x Af =时所需反应时间为1h ，如果l /mol 5C 0A =，要%90x Af =，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/
最大的外扩散速率 ，n 级不可逆反应的Da = m
G 1
n AG
W a k c k - 。

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？
解：1S
2
1-+=ααφA A
p
C De k L
↓
↑→↑→↑→ηφp k T ，为了使↑η，必须使↑↓→↓→ηφL
同理
↓↑→↑→↑→ηφA S A G C C ，为了使↑η，必须使↑↓→↓→↓→ηφA S A G C C
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)=kC A C B ；当反应温度100℃时，反应速率常数为0.5
（mol/L ）-1.h -1
，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：
L
m ol x C C h C C k t kC C kC R C C Af A Af A Af A B A A B A B A /4.0)8.01(2)1(4)2
14.01(5.01)11(1)(,)1(002
00=-=-==-=-=
==-∴==νν
000/A A C F Q = h L C F Q h mol x F F A A Af P A /502/100//10080
.080
0000======
)
(2004504)3()(100010010/.10)8.01(25.08
.0)1()2()
(250)14(50)(02
2220000L Q V h
t L V mol h L x kC x F V L t t Q V r r Af A Af A r r =⨯=====⨯==-⨯⨯=-==+=+=ττ
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200cm 3/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D a 为5.5cm 2/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：
4
k k 11
8.01k 11
x 1k 1C C :
A A0
A =+=
-+=
+=ττ
ττ
－即：全混釜一级不可逆反应 （1）
9334
.0x 0666
.0)
69
.34(11
)k (11
x -169
.32713.01
1N 2713.0)e -(118.62-6.182)e -(1Pe 2-Pe 2(2)94.0x 06.0x 1162.0uL D 4k 162.0200
*17.05
.5uL D Pe 1cm/s
17.05*14.3*25.060/1000*2.0d 4
1Q u d 41
u Q A 69
.3N
S A 218
.6-2Pe -22A A 22
.5r
a
r a 22t 02t
0=∴=+=
+=
===∴====→=-−−−→−⎪⎩⎪⎨⎧=====∴===⨯=τσστππθθ 查图
3．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C AG =10 mol/m 3时测得某处宏观反应速度(-R A )=1mol/ (m 3床层·s)。

以催化剂床层计的本征反
应速率常数k V 为1.0s -1
，床层空隙率为0.3。

催化剂有效扩散系数D eA =10-8 m 2/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。

m m
m 5.2105.2R )103.0-(113
R 10 )D -(1k 3
R D k 3R
10
1.01
12 0.2,1.010
11
C k )(-R 1 38
-eA
V
eA
p AG V V A =⨯==
=<=⨯=-εφηφη＝＝＝＝）（属于严重内扩散
＝
）（解：。