1、1（10 分）分别回答可逆吸热反应、可逆放热反应的反应速率与温度及转化率的关系，并画出关系图。1.由于可逆吸热反应的平衡常数随温度的升高而增大,故平衡转化率也随温度升高而增加,处于平衡曲线下方的其他曲线为非零的等速率线, ,由图可4r321r知,如果反应温度一定,则反应速率随转化率的增加而下降,若转化率一定,则反应速率随温度升高而增加.对可逆放热反应 r=0 为平衡曲线,为反应极限,其他曲线为等反应速率线. ,由图可知,对应于每一条等反应速率线,都有一个4r321r极点,即转化率最高,其相应温度即为最值温度,连结所有极点,得最值温度曲线,反应温度按最佳温度曲线操作,反应速率最大.2（10 分）
2、解释着火点、熄火点并简要介绍它们在工业生产中的应用。2 进料温度与定态温度的关系图曲线在某点是不连续的，定点温度突然升高，这一点称为着火点。曲线上存在一个间断点此处温度突然下降这点称为熄火点。着火与熄火现象对于反应器操作甚为重要，特别是开工的停工的时候。若操作温度系在着火点附近，进料温度稍有改变，便会产生超温，从而破坏操作，可能出现烧坏催化剂或可能产生爆炸等事故；在熄火点附近操作时，则容易产生突然降温以致反应终止。3（10 分）简要说明多相催化反应的过程。3 反应物 A 由气相主体扩散到颗粒外表面;反应物 A 由外表面向孔内扩散,到达可吸附/反应的活性中心;依次进行 A 的吸附 ,A 在表面上
3、反应生成 B,产物 B 自表面解吸,这总称为表面反应过程,其反应历程就决定了该催化反应的本征动力学;产物 B 由内表面扩散到外表面;B 由颗粒外表面扩散到气相主体4（10 分）在其他操作条件相同的情况下比较管式反应器与釜式反应器的体积，并画出相关图。4 管式反应器体积 对应图中 OABCXAf 面积，釜式反应AfXrpdV0器体积 对应图中的 OECXAf 面积,显然 OABCXAf 面积大于AfrMOECXAf 面积故 VrpVrM 两釜串联时 VrM-2 对应图中 ODBFCXAf 的面积,所以 Vrp VrM-2VrM5（15 分）某一级反应在一个全混釜中进行，rA=KCA,k=0.38
4、min-1，若已知进料反应物浓度 CA0=0.3kmol/m3，体积流量 V0=20L/min，要求出口转化率 XAf为 0.7,试计算该反应器体积。若反应改在一平推流反应器中进行，反应器体积为多少？5 解（1）- A =rA CA=CA0(1-XA) Vr=V0CA0XAf/- A V r= V0CA0XAf/kCA0（1-X Af）=20*0.7/(0.38*0.3)=122.8L （2） min17.30ln38.1ln1 1)(0000 Af xAAxAxAxAk dCkxkdCrddt ffff=t 则 Vr=V0*t=20*3.17=63.4L6（15 分）如图所示的两个反应体系，
5、在相同的温度及空时下进行同样的反应。若相串联的全混流反应器和活塞流反应器的空时均等于 1min，进口流体中CA0=1kmol/m3，试分别计算这两种串联情况所达到的转化率。假设所进行的反应为（1）一级反应；（2）二级反应，反应温度下两者的反应速率常数分别为1（min-1）及 110-3m3/（molmin）。6.解：(1)一级反应 活塞流反应器的计算式为krAec0将数据代入图中(a)情况下活塞流反应器出口流体中 A 的浓度为cA1=1*e-1*1=0.368kmol/m3全混流反应器的计算式为 cA2=cA1/（1+k） 因此， （a）的出口流体中 A 的浓度为 cA2=0.368/（1+1
6、*1）=0.184kmol/m3所以转化率为 1-0.184/1=0.186，即 81.6%同理利用式计算（b）情况 =1/（1+1*1）=0.5kmol/m 3 1Ac=0.5*e-1*1=0.184kmol/m3 2Ac出口浓度与情况（a）相同，所以转化率也为 81.6%，可见混合早晚对于一级反应不发生影响。（2）二级反应 活塞流反应器的计算式为 cA1=cA0/（1+kc A0） 将数据代入图中(a)情况下活塞流反应器出口流体中 A 的浓度为cA1=1/（1+1*1*1 ）=0.5 kmol/m 3 全混流反应器的计算式为 1241AAckkc所以（a）情况的出口浓度： 32 /36.0
7、1*41*1 mkolcA 故最终转化率为 1-0.366/1=0.634 或 63.4%同理可对情况（b）进行计算，由求得 =0.618 kmol/m3 由求1Ac得 =0.382 kmol/m32Ac最终转化率为 1-0.382/1=0.618 或 61.8%。可见混合的早晚对二级反应有影响，晚混合对二级反应有利。 7（15 分）在 210等温下进行亚硝酸乙酯的气相分解反应C2H5NO2NO + 1/2CH3CHO + 1/2C2H5OH 该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为 K=1.391014exp(-1.8973104/T)若反应是在恒容下进行，系统的起始总压力为 0.
8、1010 MPa，采用的是纯亚硝酸乙酯，试计算亚硝酸乙酯分解率为 80%时，亚硝酸乙酯的分解速率及乙醇的生成速率。若采用恒压，乙醇的生成速率是多少？7 解: 1)恒容过程,其反应式可表示为: AB+1/2C +1/2D 反应速率式表示为: r A=kCA=kCA0(1-XA)设为理想气体,反应物 A 的初始浓度为: =1.39*1014exp（-18973/483）*2.523*10 -2*100.8=6.112*10-6mol/l*s亚硝酸乙酯的分解速率为：R A=rA=6.112*10-6mol/l*s 乙醇的生成率为 RD=0.5 rA=3.056*10-6mol/l*s（2）恒压过程，
9、由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，总摩尔数的变化 1/)5.01(/Atv由于反应物是纯 A，故有：y A0=1组分的瞬间浓度：rA=kCA=1.39*1014exp（-18973/483）*2.803*10 -2=3.395*10-6mol/l*s乙醇的生成速率为：R D=0.5 rA=1.698*10-6mol/l*s8（15 分）在等温连续釜式反应器中进行下列液相反应A + BP, rp=2CAkmol/(m3h) 2AQ, rQ=0.5CAkmol/(m3h)反应开始时 A 和 B 的浓度均等于 2kmol/m3，目的产物为 P，试计算反应时间为 3h 时 A 的转化率和 P 的
10、收 率。8 解: 225.0*2AAQpA cccr 0ArVdtn由于是等容系统,将代入化简后得 022AAcdtc积分得 AcAt cdd020 )2(ln100AActcA0=2kmol/m2,反应时间 t=3h,代入 可求组分 A 的浓度 cA AAcc2ln1)(ln13所以反应 3h 时 A 的浓度 cA=2.482*10-3kmol/m3 所以组分 A 的转化率为 XA=(2-2.482*10-3)/2=0.9988,即 99.88%因转化的 A 即可转化为 P 也可以转化为 Q 因 dcp/dt=2cA 除以有 dcA/dcp=-1-cA/2 所以 ApcAc dd02/102/1ln20Apcc代入数据得 cp=2ln(1+2/2)/(1+2.482*10-3/2)=1.3838kmol/m3 P 的收率 YP=1.3838/2=0.6919 或 69.19%即 A 转化了 99.88%,而转化成 P 的只有 69.19%,余下的 30.69%转化Q
