试卷代号：2629 座位■ 国家开放大学（中央广播电视大学）2016年秋季学期“开放专科”期末考试 化学反应过程及设备 试题 2017年1月 题 号 三 四 五 总 外 分 数 得分 评卷人 一、判断题（在括号内填“J”或“×”，每小题2分，共10分） 1.一般地，生成速率为正，消耗速率为负。() 2.对同一催化剂来讲：P,<ps<pr,() 3.级数在一定温度范围内保持不变，它的绝对值不会超过3，但可以是分数，也可以是负 数。() 4.为了达到反应釜快速开车的目的，应该降低进料的温度，提高进料的流量。() 5.对于可逆反应，催化剂在加速正反应的同时，对逆反应无影响。()。 得 分 评卷人 二、名词解释（每小题5分，共20分） 6.热稳定性 7.停留时间 8.固定床反应器 9.催化剂的比表面积 1178
试卷代号 :2629 座位号rn 国家开放大学(中央广播电视大学)2016 年秋季学期"开放专科"期末考试 化学反应过程及设备 试题 2017 一、判断题(在括号内填 1.一般地，生成速率为正，消耗速率为负。( ) 2. 对同一催化剂来讲 pS<PB<PP 0 ( ) 3. 级数在一定温度范围内保持不变，它的绝对值不会超过 ，但可以是分数，也可以是负 数。( ) 4. 为了达到反应釜快速开车的目的，应该降低进料的温度，提高进料的流量。( ) 5. 对于可逆反应，催化剂在加速正反应的同时，对逆反应无影响。( )。 6. 热稳定性 7. 停留时间 8. 固定床反应器 二、名词解释{每小题 分，共 20 分) 9. 催化剂的比表面积 1178
得分 评卷人 三、填空题（每空1分，共22分）】 10。一般可以将催化剂的失活分为」 三类。 11.返混是物料在时间上的 混合。 12.按床层中是否设置内部构件，流化床反应器可以分为 和 13.反应器的操作方式分 和 14.复杂反应大致可以分为 和 四类。 15.间歇反应器的一个操作周期的时间分两部分，即 和 16.一般形状系数越大（即越接近圆球体），空隙率越 :颗粒表面越光潭，空隙率 越 ,粒度越小，空隙率越 ；粒度分布越不均匀（即粒径分布越完），空隙率 越」 17.液体在搅拌器的作用下，在设备内的流动有三个方向，分别对应 和 三种流动形态。 得 分 评卷人 四、简答题（每小题8分，共24分）】 18.简述流化床反应器的优点。 19.双膜模型的基本假设是什么？ 20.什么是间歇反应器的绝热温升，其意义是什么？ 得分 评卷人 五、计算题（每小题12分，共24分） 21.等温下在间歇反应器中进行一级液相不可逆分解反应A→B十C,在5min内有 50%的A分解，要达到分解率90%，问需要多少时间？ 1179
三、填空题(每空 分，共 22 分) 10. 一般可以将催化剂的失活分为一一，一一一一、一一一一一三类。 1.返混是物料在时间上的一一一-混合。 12. 按床层中是否设置内部构件，流化床反应器吁以分为 13. 反应器的操作方式分 14. 复杂反应大致可以分为 四类。 15. 间歇反应器的一个操作周期的时间分两部分，即 16. 一般形状系数越大(即越接近圆球体) ，空隙率越 ;颗粒表面越光 啕空隙率 越一一一--;粒度越小，空隙率越一一一一一;粒度分布越不均匀(即粒径分布越宽) ，空隙率 17. 液体在搅拌器的作用下，在设备内的流动有三个方向，分别对应 三种流动形态。 四、简答题(每小题 分，共 24 分) 18. 简述流化床反应器的优点。 19. 双膜模型的基本假设是什么? 20. 什么是间歇反应器的绝热温升，其意义是什么? 五、计算题(每小题 12 分，共 24 分) 1.等温下在间歇反应器中进行一级液相不可逆分解反应 A- -..B ，在 5min 内有 50% 分解，要达到分解率 90% ，问需要多少时间? 1179
22.蔗糖在稀水溶液中按下式水解，生成葡萄糖和果糖： C2 H22011 H2O-Cs H120s CoH120 蔗糖(A) 水(B) 葡萄糖(R) 果糖(S) 当水极大过量时，遵循一级反应动力学，即（一rA)=kACA,反应温度为48℃ 时，ka=0.0193min1。催化剂HC】的浓度为0.01mol/L。当蔗糖的初始浓度为0.1mol/L 时，试计算： (1)反应30min后溶液中蔗糖、葡萄糖，果糖的浓度各为多少？ (2)此时溶液中的蔗糖转化率达到多少？ 1180
22. 煎糖在稀水溶液中按下式水解，生成葡萄糖和果糖: CJ2 H22 0 11 一一.C Hl2 0 6 + C6 Hl2 0 6 煎糖 (A) 水(B) 葡萄糖(如 果糖 (S) 当水极大过量时，遵循一级反应动力学，即( - rA) = kAcA' 反应温度为 48 时， =0. 0193min- 1 催化剂 HCl 的浓度为 O.Olmo l/ 。当煎糖的初始浓度为 O.lmol/ 时，试计算: (1)反应 30min 后洛液中 lW， 糖、葡萄糖、果糖的浓度各为多少? (2) 此时溶液中的庶糖转化率达到多少? 1180
试卷代号：2629 国家开放大学（中央广播电视大学）2016年秋季学期“开放专科”期末考试 化学反应过程及设备试题答案及评分标准 (供参考) 2017年1月 一、判断题（在括号内填“√”或“×”，每小题2分，共10分） 1.× 2.× 3./ 4.× 5.× 二、名词解释（每小题5分，共20分） 6.热稳定性是指当反应器受到热扰动后有无自行恢复到原热平衡状态的能力。 7.从流体元进入反应器开始计时直到离开反应器为止所经历的时间称为该流体元的停 留时间。 8.流体通过静止的固体物料所形成的床层并进行反应的装置称为固定床反应器。 9.单位质量催化剂具有的表面积称为比表面积。 二、填空题（每空1分，共22分）】 10.老化 结焦 中毒 11.逆向 12.自由床 限制床 13.间歇式 连续式 半连续式 14.可逆反应 平行反应 连串反应 自催化反应 15.反应时间 辅助时间 16.小小 小 小 17.轴向流 径向流 切线流 四、简答题（每小题8分，共24分】 18.答：流化床反应器具有以下优点： ①从对催化剂的要求看，流化床可采用小颗粒且粒度范围较宽的催化剂，从而增大了气固 相间的接触面积。 ②从传热上看，传热面积较小，床层温度均匀。 ③从传质上看，传质系数增大，传质速率加快。 1181
试卷代号 :2629 国家开放大学(中央广播电视大学 )2016 年秋季学期"开放专科"期末考试 化学反应过程及设备 试题答案及评分标准 (供参考) 2017 一、判断题(在括号内填"~"或"X" ，每小题 分，共 10 分) 1. X 2. X 3. .J 1. X 5. X 二、名词解释(每小题 分，共 20 分) 6. 热稳定性是指当反应器受到热扰动后有元自行恢复到原热平衡状态的能力。 7. 从流体元进入反应器开始计时直到离开反应器为止所经历的时间称为该流体元的停 留时间。 8. 流体通过静止的固体物料所形成的床层并进行反应的装置称为固定床反应器。 9. 单位质量催化剂具有的表面积称为比表面积。 二、填空题(每空 分，共 22 分) 10. 老化 结焦 中毒 1.逆向 12. 自由床 限制床 13. 间歇'式 连续式 半连续式 14. 可逆反应 平行反应 连串反应 自催化反应 15. 反应时间 辅助时间 16. 17. 轴向流 径向流 切线流 四、简答题(每小题 分，共 21 分) 18. 答:流化床反应器具有以下优点: ①从对催化剂的要求看，流化床可采用小颗粒且粒度范围较宽的催化剂，从而增大了气固 相问的接触面积。 ①从传热上看，传热面积较小，床层温度均匀。 ③从传质上看，传质系数增大，传质速率加快。 1181
④从操作上看，易于实现连续化和自动控制。 ⑤从生产规模上看，流化床传热良好，设备结构简单，投资省，适合于大规模生产。 19.答：双膜模型的基本假设有： (1)气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A 以分子扩散方式通过气膜和液膜。 (2)相界面处两相达平衡，无扩散阻力。 (3)有效膜以外主体中充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。 20.答：间歇釜的操作线方程为 （T-T,)=（二AH)n（xu-X)=A(xu-X) m:Cpt 式中的λ= 一△H)心称绝热温升，其含义为当A组分全部转化时，即(xN一)=1，系 m:Cot 统温度升高（放热）或降低（吸热）的度数。 五、计算题（每小题12分，共24分】 21.解：对于一级反应有：t一kn(=X} ,1),代人已知条件得： 1 5=kn1-0. 解得：k=0.1386min1 要达到分解率90%所需时间为： 1 t=0.1386lh(1-0.g)=16.6min 解：()将式1三k1n()经过变换后得到残余浓度的计算2 CA CA=CAe-kAt 将反应物的初始浓度c,速率常数kA,反应时间代人上式得： CA=0.1Xe-0.0193x=0.056mol/I 按化学计量方程，此时葡萄糖和果糖的浓度为： CR=Cs=CAo一CA cR=cs=cAo-cA=0.1-0.056=0.044mol/L (2)转化率： x4=C-C0=0.1-0.056 ×100%=44% CAo 0.1 1182
④从操作上看，易于实现连续化和自动控制。 ⑤从生产规模上看，流化床传热良好，设备结构简单，投资省，适合于大规模生产。 19. 双膜模型的基本假设有: (1)气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流， 以分子扩散方式通过气膜和液膜。 (2) 相界面处两相达平衡，元扩散阻力。 (3) 有效膜以外主体中充分揣动，溶质主要以满流扩散的形式传质。 20. 答:间歇釜的操作线方程为 (-b,HA)nAü (T-T )= ←一 ~一一一( XAf - XA0 ) = À (XAf - XA0 ) mtCpt (- b, HA)nAO 式中的 λ-- 一一一一 称绝热温升，其含义为当 组分全部转化时，即( XAf - XAO ) = 1 ，系 mtCpt 统温度升高(放热)或降低(吸热)的度数。 五、计算题(每小题 12 分，共 24 分) 1.解:对于 级反应有 :t= k ln(-1-h 代人己知条件得 A '..'l-xA 1 _ 1 口一 ln( 一一一τ) k A""1-0.5 解得 :kA =0. 1386min- 1 要达到分解率 90% 所需时间为: t=- 一一 ln(~ )=16.6min 0.1386...'1-0.9 22. 解:(1)将式 piln( 旦旦)经过变换后得到残余浓度的计算公式: k. t CA =cAû -1\ KA CA 将反应物的初始撤度 CAO' 速率常数 ，反应时间代入上式得 CA =0.1 X O.0193X30 =0. 056mol!L 按化学计量方程，此时葡萄糖和果糖的浓度为: CR=CS=CA'。一一 CA C且 =CS=CAO -CA =0.1-0.056=0. 044mol/L (2) 转化率: CA -CAtl 0. 0.056 XA= :7一二= -. - _ -: - - - X 100 % = 44 % C AO O. 1 1182