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陕西科技大学试题
课程 化学反应工程（B卷） 班级
学号 姓名 题号 得分 阅卷人
一、解释下概念：
（1） 控制体积 （2） 空时 （3） 返混
（4） 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：
①A +σ②Aσ③Bσ
Aσ （控制步骤） Bσ+D B+σ
一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 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?pApBpS?KRpRK?
1?KApA?KBpB?KABpApBpS?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XA均标于图中，试分别求出两反应器的反应体积Vr1和Vr2(假定在反应过程中物料的密度恒定不变)。
1
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A0.004m3/s0.02kmol/m30.001m3/s1.00kmol/m3BXA=0.92XA=0.8
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0.5m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0.5m3h，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?3m3kg?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?10-6m2s，催化剂颗粒密度为1.8?103kgm3，催化剂床层高度为3.0m，堆积密度为1.0?103kgm3，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。
ex?e?x附公式：tanhx?x?x
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。
1 2 k(s?1) kL(cms) DAL?105(cm2s) ? 40 40 500 0.5 0.001 40 1.5 1.5 试求两种情况下?和?值，并进行讨论。
2
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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。
二、（每小题10分共20分）
１（１０分）解：
由控制步骤①得速率方程式：
??r?kApA?V?kA?A 根据定态近似理论有： 对③式：?B?KBpB?V
?对②式：?A?BK?SKBpB?V KS由归一化条件?A??B??V?1得：
?V?1KBpB?KBpB?1KSKBpBKS
kApA－kA所以r?KBpB?KBpB?1KS
令k＝kA Kp?KSkKA?A KAKBkA 3
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k?pA?pBKp?即：r?
KBpB?KBpB?1KS2（１０分）解：
A???A?B???B?A??B??R??S?R??R??(控制步骤)S??S??
三（２5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
??A?rA?kcAcB?kcA0(1?xA)(cB0?cA0xA)
cA0(0.004?0.001)?0.004?0.02?cA0? 0.004?0.02?0.016(kmolm3)0.005cB0(0.004?0.001)?0.001?1.0?cB0 0.0013??1.0?0.2(kmolm)0.005即rA?0.8?0.016(1?xA)(0.2?0.016xA)
Vr1?Q0cA0xA10.005?0.016?0.8??0.1335(m3)
??A(xA1)0.8?0.016(1?0.8)(0.2?0.016?0.8)Q0cA0(xA2?xA1)0.005?0.016?(0.92?0.8)??0.005(m3)
??A(xA2)0.8?0.016(1?0.92)(0.2?0.016?0.92)Vr2?四、（10分）
?100t???100(s)对全混流反应器 F(t)?1?et ?00Vt（1）F(90)?0539 F(110)?0.667
停留时间在90～110s之间的物料所占的分率为
0.667?0.539?0.074?7.4%
（2）停留时间小于100s的物料所占的分率为
4
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F(100)?1?e?1.0?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?36.8%
四、（22分）
①首先将反应速率常数进行转化
-1
kp?kw?p?2.0?10?3?1.8?10?3=3．6 S
R??35?10?33.6??1.58 ?6De3?21.0?10kp内扩散有效因子
??[.]?0.5 ?tanh3?3?②反应体积：
111Vr?Ar?H?3.0?0.52?催化剂质量：
?4
w?Vr?p?1.0?103?1.18?0.59Kg
列出反应器的设计方程：
dxA??(??A)?0.5?2.0?10?3CA0(1?xA) wd()FA0将已知量代入后
dxA?2.0?10?3(1?xA) d(w)解之得
1ln()?1.18 1?xA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
5
化学反应工程试题-3及答案doc-陕西科技大学试题纸
