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解放军文职招聘考试 化学反应工程 试卷C
来源：长理培训发布时间：2017-06-24 20:23:00
一、在体积为V的反应器中进行液相等温反应，已知反应速率为，求：
（1）当CSTR中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR，反应条件不变，则转化率为多少？（9分）
（2）当CSTR中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分）
二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应。反应物A和稀释剂C以等摩尔比加入，A的转化率为90%。如果A的摩尔进料流率减少一半，假设C的进料流率保持不变，那么A的转化率为多少？（18分）
三、有如下平行反应：
其动力学方程分别为：，，其中，
（1）当A和B的初始浓度为，均从反应器入口加入，计算A的转化率为0.5时的瞬时选择性。（5分）
（2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（10分）
四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分）
五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应，催化剂的粒径为2.4mm，气流主体中A的浓度为1mol/m3，测得单位床层表观反应速率
(－rA)obs＝2.77×10-5 mol/(cm3.s)，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.15cm2/s，外部传质系数为KG＝30cm/s。请问：
（1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分）
（2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分）
六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：
No. 温度，K 转速N 粒径dp，mm 出口反应物浓度CA，mol/l 反应速率
－rA，mol/l.s
1 300 600 1.8 0.15 0.2
2 300 900 1.8 0.15 0.2
3 300 900 0.6 0.15 0.2
4 350 600 1.8 0.15 0.4
5 350 900 1.8 0.15 0.6
6 350 1100 1.8 0.15 0.6
7 350 1100 1.2 0.15 1.4
8 350 1100 0.6 0.15 1.8
9 350 1100 0.4 0.15 2.0
10 350 1100 0.2 0.15 2.0
（1）在什么条件下外扩散为控制步骤？（3分）
（2）在什么条件下内扩散为控制步骤？（3分）
（3）在什么条件下反应速率为控制步骤？（6分）
（4）分别求出第4组和第5组实验中的外扩散有效因子？（4分）
（5）分别求出第6组和第8组实验中的内扩散有效因子？（4分）
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模 拟 考 试 卷
化学反应工程 试卷C (开卷)答案
一、在体积为V的反应器中进行液相等温反应，已知反应速率为，求：
（1）当CSTR中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR，反应条件不变，则转化率为多少？（9分）
（2）当CSTR中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分）
解：对于液相二级反应，CSTR反应器的体积 ，
PFR反应器的体积
（1）当CSTR中的转化率为0.5时，可推导出
对同体积的PFR：，求得
（2）由于反应条件不变，两个反应器的FA0、CA0和k相同，所以，解得
二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应。反应物A和稀释剂C以等摩尔比加入，A的转化率为90%。如果A的摩尔进料流率减少一半，假设C的进料流率保持不变，那么A的转化率为多少？（18分）
解：对于不可逆气相基元反应，膨胀因子＝2-1＝1
对于一级反应，
第一种情况下：
因为，所以
第二种情况下：
因为，所以
所以，
（1）
代入已知量，整理得到：
（2）
把式（1）/式（2），整理得：
代入，试差得：＝0.95
可见当A的摩尔进料流率减少一半，而C的进料流率保持不变，A的转化率为95％。
三、有如下平行反应：
其动力学方程分别为：，，其中，
（1）当A和B的初始浓度为，均从反应器入口加入，计算A的转化率为0.5时的瞬时选择性。（5分）
（2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（10分）
解：根据瞬时选择性的定义：
（1）由于A和B的初始浓度相同，而且反应过程二者的反应量相同，所以在整个反应过程中CA＝CB，所以瞬时选择性
当A的转化率为0.5，CA＝CA0（1-0.5）＝7.5mol/l，S＝CA ＝7.5；
（2）由于，所以在反应过程中，为了使S尽可能大，需要使A的浓度尽可能低，而B的浓度尽可能高，为此可以采用以下方法：
·用管式反应器，连续将A注入反应器
·用一系列的CSTR反应器串联，在第一个反应器中注入B，在每一个反应器中注入A，这样进入下一个反应器之前A基本反应完。
四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分）
答：（1）首先，采用注入示踪剂的方法测定该反应器的停留时间分布，可采用脉冲法或阶跃法；
（2）然后对停留时间分布情况进行分析，求出其停留时间分布函数E(t)、平均停留时间和方差；
（3）根据所求得的平均停留时间和方差，选择适当的非理想反应模型（如：离散模型、多釜串连模型和轴向扩散模型）求解反应器中反应物的转化率。
五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应，催化剂的粒径为2.4mm，气流主体中A的浓度为1mol/m3，测得单位床层表观反应速率
(－rA)obs＝2.77×10-5 mol/(cm3.s)，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.15cm2/s，外部传质系数为KG＝30cm/s。请问：
（1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分）
（2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分）
解：（1）由Mears判据得：
可见外扩散无影响。
（2）由Weisz-Prater判据得：
可见内扩散有影响。可通过减小催化剂直径来消除内扩散的影响。
六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：
No. 温度，K 转速N 粒径dp，mm 出口反应物浓度CA，mol/l 反应速率
－rA，mol/l.s
1 300 600 1.8 0.15 0.2
2 300 900 1.8 0.15 0.2
3 300 900 0.6 0.15 0.2
4 350 600 1.8 0.15 0.4
5 350 900 1.8 0.15 0.6
6 350 1100 1.8 0.15 0.6
7 350 1100 1.2 0.15 1.4
8 350 1100 0.6 0.15 1.8
9 350 1100 0.4 0.15 2.0
10 350 1100 0.2 0.15 2.0
（1）在什么条件下外扩散为控制步骤？（3分）
（2）在什么条件下内扩散为控制步骤？（3分）
（3）在什么条件下反应速率为控制步骤？（6分）
（4）分别求出第4组和第5组实验中的外扩散有效因子？（4分）
（5）分别求出第6组和第8组实验中的内扩散有效因子？（4分）
解：（1）在T＝350K，N<900，dp=1.8，外扩散为控制步骤。
（2）在T＝350K，N＝1100，dp>0.4，内扩散为控制步骤。
（3）在T＝350K，N＝1100，dp<0.4，反应速率为控制步骤；
在T＝300K，N>600，dp<1.8，反应速率为控制步骤。
（4）由定义可知：外扩散有效因子，
第（4）组实验中，
第（5）组实验中，
（5）由定义可知：内扩散有效因子，
第（6）组实验中，
第（8）组实验中，
责编：刘卓
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