一、知识概念题
1.单选题16. 在等温恒容条件下进行
的气相反应,测得A的浓度c
A(kmol/m
3)随反应时间t(min)的变化关系为
反应达平衡时A的反应速率是______。
- A.0.00×10-2kmol/(m3·min)
- B.1.56×10-4kmol/(m3·min)
- C.4.79×10-4kmol/(m3·min)
- D.4.35×10-6kmol/(m3·min)
A B C D
C
[解析] 由反应速率的定义式式
得
将t→∞min代入,即得答案。
17. 乙烷热裂解制乙烯的反应,800K时反应速率常数k=3.43s
-1,则850K时反应速率常数为______(写成指前因子的函数形式)。
- A.31.5s-1
- B.0.064exp(3.43-A)s-1
- C.4.5ln(A-3.43)s-1
- D.exp(1.2326+0.0625lnA)s-1
A B C D
D
[解析] 已知
则
上式两边取对数,得到
同理
将上两式相除,化简后可得
k=exp(1.2326+0.0625ln A)
19. 由下图推测反应级数为______。
A B C D
C
[解析] 因为一级反应
所以
ln c
A0-ln c
A=kt
即ln c
A-t成线性关系。
2.多选题12. 选择在活塞流反应器中进行等温恒容一级不可逆反应时的空时与转化率的函数关系式为______。
A.
B.
C.
D.
A B C D
BC
[解析] 由活塞流反应器的设计方程
积分后得到答案。
14. 选择在全混式间歇反应器中进行等温零级不可逆反应时的反应时间与转化率的函数关系式为______。
A.
B.
C.
D.
A B C D
AB
[解析] 由全混式间歇反应器的设计方程
积分后得到答案。
二、案例分析题2. 在一套管式换热器中用某热流体加热某冷流体。热、冷流体的流量分别为5100kg/h和4800kg/h。热、冷流体的平均定压比热容分别为2.0kJ/(kg·K)及4.2J/(kg·K)。则C
R=C
min/C
max的值与______接近。
- A.0.448
- B.0.476
- C.0.506
- D.0.941
A B C D
C
[解析] W
hc
ph=5100×2.0=10200kJ/(h·K)
W
cc
pc=4800×4.2=20160kJ/(h·K)
故热流体为最小值流体,于是
。
6. 在连续精馏塔中分离丙酮-水混合物。已知混合物的流量为12kmol/h,其中丙酮的流量为8.6kmol/h。若要求丙酮的回收率为98.5%,馏出液中含丙酮0.985(摩尔分数),则釜残液的摩尔分数为______。
- A.0.018
- B.0.025
- C.0.038
- D.0.055
A B C D
C
[解析]
解得
D=8.604kmol/h
W=12-8.604=3.396kmol/h
又 Fx
F=Dx
D+Wx
W 12×0.717=8.604×0.985+3.396×x
W 解得
x
W=0.038
8. 总压101.33kPa下,已知空气的温度t
0=20℃,相对湿度φ
0=50%,查得20℃时水的饱和蒸气压为2.3346kPa,则空气的湿度为______kg/kg绝干气。
- A.0.0072
- B.0.0116
- C.0.0145
- D.0.0092
A B C D
A
[解析]
将φ
0=50%,p
s0=2.3346kPa,P=101.33kPa代入,得
9. 带废气循环的干燥系统中,新鲜空气的状态:t
0=20℃,H
0=0.005kg/kg绝干气;废气的状态:t
2=50℃,H
2=0.10kg/kg绝干气,混合时新鲜空气与废气中的绝干气的质量比为1:3。则混合气的状态为______。
- A.t=43.4℃,H=0.0763kg/kg绝干气
- B.t=42.5℃,H=0.0763kg/kg绝干气
- C.t=42.5℃,H=0.053kg/kg绝干气
- D.t=35℃,H=0.053kg/kg绝干气
A B C D
A
[解析] 设混合气的温度、湿度、焓分别为t,H,I,则
H
0+3H
2=4H
所以
由t
0,H
0得I
0=32.84kJ/kg绝干气。
由t
2,H
2得I
2=308.9kJ/kg绝干气。
所以
由
I=(1.01+1.88H)t+2490H=239.89
得 t=43.4℃
11. 在绝热操作的管式反应器中进行某化学反应。根据热力学和反应动力学分析得到如下图所示的转化率X
A和反应温度T的关系。图中的虚线为平衡线,实线为最佳操作温度线。假定两条线皆为直线,且方程为
平衡线:X
A=1.6-0.00175T;
最佳操作温度线:X
A=1.55-0.00187T。
反应的绝热温升为200K,反应的初始温度为600K,转化率为0。限定每一段的出口温度为最佳操作温度的1.01倍,采用段间间接换热,段间温差小于50℃,要达到40%的最终转化率,至少需要______段绝热操作。
A B C D
B
[解析] 由图可以判断该反应为可逆放热反应。
由绝热操作的方程式T-T
0=λ(X
A-X
A0)写出第一段的温度随转化率变化的关系式:
T
1=T
10+200(X
A1-X
A10)=T
10+200X
A1 (1)
联立求解式(1)和最佳操作温度线方程,可得最佳温度为662.3K。
实际的出口温度T
1=1.01×662.3K=668.92K。
对应的出口转化率为X
A1=0.3446。
为使段数最少,应使段间换热达最大温差50℃。此时,第二段的入口温度为
T
20=668.92-50=618.92K
由绝热操作方程得
T
2=T
20+200(X
A2-X
A1) (2)
将式(2)和最佳操作温度线方程联立求解,得到最佳温度为625.92K,第二段的实际出口温度
T
2=1.01×625.92=632.18K
由式(2)求出对应的第二段出口转化率
X
A2=0.4108
该转化率已超过40%
计算过程可用下图加以说明。
12. 在活塞流反应器中进行液相等温二级不可逆反应,反应器体积为V
r时,出口转化率为X
A。若仅反应器体积变为n倍的V
r,出口转化率为原来的______。
A.n倍
B.1/n
C.
D.不确定
A B C D
C
[解析] 活塞流反应器中
故
反应器体积变为n倍的V
r,即空时变为nτ,代入上式得
因此
此值即为转化率的变化倍数。