陕西科技大学试题
课程 化学反应工程（B卷）
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学号 ________________________________ 姓名 _____________________________________
-一-二二 一 题号 得分 四 五 六 七 八 九 十 总分 阅卷人 、解释下概念:
(1) 控制体积
⑵ ⑷
空时
(3) 返混
稳定的定态工作点
二、 （1设有一反应A— B+D其反应步骤如下：
① A + er、J Ac ② Ae —Be +D ③ B c
B+e
（控制步骤）
试推导其动力学方程式。 （2）已知某反应动力学方程式为；
r
k（PAPB Ps + KRPR K ）
1 ■ KAPA KBPB KABPAPB Ps KsPs
试说明所代表的反应机理。并指出控制步骤。
三、 某液相反应A+ B —-产物在两串联的全混釜中进行，已知反应的速率常数 为
0.8m3/kom s,进料量、料液浓度及限制的反应转化率 Xx均标于图中，试分别求 出两反应器
的反应体积 Vi和Vr2（假定在反应过程中物料的密度恒定不变）。
0.004m3/s 0.02kmol/m 3
0.001m3/s 1.00kmol/m 3 1.00kmol/m 3
X
A=0.8
XA=0.92
四、某全混流反应器体积为100L,物料流律为1L/s，试求在反应器中停留时间 为（1）90?
110s； （2） >100s的物料在总进料中所占的比例。
五、 在直径为0.5 m固定床反应器中等温进行一级不可逆气-固催化反应A > P 原料液的的流量为0.5m h，假定反应物在反应器中呈平推流，反应温度下的本 征反应速率常数为2.0
10\3「kg s。若采用直径为 5mm的球形催化剂，内扩 散有效扩散系数1.0 10-6m2,s，催化
剂颗粒密度为1.8 103kg m3，催化剂床层高 度为3.0m，堆积密度为1.0\3 kg/m3，外扩散的影响可以忽略。
试计算：①催化剂的内扩散有效因子
② 反应器出口处A的转化率
③ 以A的浓度CA为纵坐标，径向距离r为横坐标，绘制出催化剂颗粒内 的浓度分
布示意图。
x -x
附公式：tanhx二 _电
e e
六、 气体A与液体B，可按拟一级反应对待，已知下列情况，
k, kL,DAL和〉值。
k（s」） kL(cm/s) DAL\05(cm/s) 2Of 1 2
500 0.5 0.001 40 1.5 1.5 40 40 试求两种情况下［和值，并进行讨论
化学反应工程答案及评分标准
（03级B卷）
一（每1个概念2份，共8分）
控制体积：反应速率为常数的最大体积。 空时：反应体积与体积流量大的比值。 返混： 不同停留时间物料的混合。
稳定的定态工作点：反应气受外来干扰，当干扰消失后能恢复到原来状态的 工作点。
、（每小题10分共20分）
1（10分）解：
由控制步骤①得速率方程式：
■
k
r =kAPA 入-kA\
根据定态近似理论有： 对③式：“B = KBPB^V 对②式：S JB K 0 PB^V
/Ks KS
由归一化条件玉^B =V \得：
K
BPB —BPB 1
s
K
kA PA— kA—B PB 所以公一
PB —BPB 1
K
s
令 Q kA K厂—AK7KA=2
k PA - PB Kp KB B B B KS
p
K
p
1
2（1 0分）解:
A 〔 - A
B ； - B' A 亠 B ；. - R 亠 S；：
R；二=R ?；「（控制
(2 5 分)
由题给反应方程式和反应速率常数可写出下列速率方程式
r
A
= kcACB 二 kcA0 (1 - XA)(B0 - CAOXA )
C
:CA0(O.OO4 0.001) =0.004 0.02 cA0 工0^04 0.02 =0.016(kmol. m3) 0.005 :cB0(0.004 0.001) =0.001 1.0
001
C
B0
^ 1.0 =0.2(kmol.'m3) 0.005
即 rA =0.8 0.016(1-XA)(0.2 —0.016XA)
QOCAO XA1
-小
QC
(X)AA1
0.005^0.016 乂 0.8 0.8 0.016(1 -0.8)(0.2 -0.016 0.8)
= 0.1335(m3)
0A0
( XA2 一 XA1 )
0.005 汉 0.016 汉(0.92 —0.8) 0.8 0.016(1 -0.92)(0.2 -0.016 0.92)
—洱 A（XA2）
= 0.005( m3)
四、（10分）
??
___ t
对全混流反应器
^■0 0
=
=100(S)
Fgu — e，
(1) F(9O)= 0539
F(no)= 0.667
停留时间在90?110s之间的物料所占的分率为
0.667 - 0.539 二 0.074 = 7.4% （2）停留时间小于100s的物料所占的分率为
F(100)= 1 一 e 二 0.632 = 63.2%
停留时间大于100s的物料所占的分率为
1 - F(100)= 1 - 0.632 二 36 .8%
四、（22分）
① 首先将反应速率常数进行转化
kp=kr=2.0 10\. 6 S -1
wp
R kp _ 5 10”
De 一 3 2 3
.「1.58 1.0 10
36
内扩散有效因子
一?丄]=0.5 =-[
* tanh3$ 3*
1
② 反应体积:
2
Vr = Ar H = 3.0 0.5
催化剂质量:
兀
4
w 二 Vr「1.0 103 1.18 = 0.59Kg
列出反应器的设计方程:
-dX^ 二(-耳)=0.5 2.0 10‘CAO(1-XA) w d(-w) F A0
将已知量代入后
dxA d(w)
2.0 10”(1-xA)
解之得
ln( 1
1 _X
)=1.18
A
所以 XA =0.69
③ 以A的浓度CA为纵坐标，径向距离r为横坐标，绘制出催化剂颗粒内的浓度分
化学反应工程试题-3及答案doc-陕西科技大学试题纸
