化学反应工程模拟题答案
一、填空题：
1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质量传递、
热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。
2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活
化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。
3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为
脉冲示踪法和阶跃示踪法。
4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要
的方法为积分法和微分法。
5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴向扩散模
型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。
6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性。
7.平推流反应器的E函数表达式为
,
()
0,
t t
E t
t t
?∞=
?
=?
≠
??
，其无因次方差
2
θ
σ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。
8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol? hr )，该反应为 2 级反应。
9.对于反应22
A B R
+→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产
物的串联反应。
→+，则其反应速率表达式不能确定。
11.某反应的计量方程为A R S
12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化50％需
要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为
3.46×105 (J / mol ) 。
13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。
14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考
虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率；
15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一，并且等
于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。
二、多项选择题：
1．关于理想的间歇式反应器、平推流反应器和全混流反应器，下列描述正确的是 A, C, D
A. 三者同为理想反应器，但理想的内涵是不同的；
B. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是一样的，都是反应
器内温度和组成处处相同；
C. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的，虽然都
是反应器内温度和组成处处相同，但前者随着时间的变化温度和组成可能都发生变化，而后者则不随时间变化；
D. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者
为无穷大
2．关于积分法和微分法，认识正确的是 A, B
A. 积分法和微分法是两种求取动力学参数的数据处理方法，前者对数据的
精度要求比后者低；
B. 积分法不能处理动力学较为复杂的（反应物和产物不止一种、正反应和
逆反应的反应级数不同）可逆反应；
C. 积分法得到的动力学参数比微分法可靠
3．对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 C
A. 在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；
B. 在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；
C. 在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；
D. 在同一平推流反应器或间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应
的转化率是一样的
4．对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断是 A, C
A. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；
B. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；
C. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；
D. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；
5．气相变容反应22
+?，原料中混入了一定量的惰性气体（惰性气体与A
A B C
和B的转化率为零时的初始总摩尔数比为1：1，A与B的比例为计量比），则膨胀率
ε为 C
A
A. -0.5；
B. -1/3；
C. -1/6；
D. -5/6
6． 纯气体A (浓度2 mol / L ，摩尔流率100 mol / min) 在平推流反应器里分解生成一系列产物，其动力学为：A A C r products A )min 10(,5.21-=-→，在一
个9.8 L 的反应器里进行反应所能达到的转化率为 A
A. 70%；
B. 80%；
C. 90%；
D. 100%
7． 关于E 函数和F 函数，下面正确的是 B, C, D
A. F(t)= E(t)；
B. ?=t 0dt )t (E )t (F ；
C. dt /)t (dF )t (E =；
D. 1dt )t (E )(F 0==∞?∞
8． 轴向分散系数与扩散系数，下面论述正确的是 B, C, D
A. 两者实质上是相同的，都符合Fick 定律；
B. 两者实质上是不同的，轴向分散系数的定义实际上是借用了Fick 定律的形式；
C. 轴向分散系数是与流动有关系的；
D. 扩散系数是物质本身的一种属性
9． 宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式，流体的凝集态不同，对反应结果一般有明显的影响，但对于 A, B 是例外。
A. 一级不可逆反应；
B. 在平推流反应器内进行反应；
C. 在全混流反应器内进行反应；
D. 零级反应
10． 对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是 A
A. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；
B. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；
C. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径；
D. 增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速
11． 关于基元反应的认识，正确的是 A, B
A. 分子数是针对基元反应的概念；
B. 基元反应的计量系数与对应物种的反应级数之间存在一一对应关系；
C. 基元反应R A →和R 2A 2→意义是一样的；
D. 有的基元反应的总反应级数可能是小数
12． 对于一个均相变容反应，针对反应物A 的反应速率，下面表述正确的是 B,D A. dt dC r A A -
=-；B. dt dx x 1C r A A A 0A A ?ε+=-；C. dt )x 1x (d C r A A A 0A A ε+=-； D. dt
dN V 1r A A ?-=- 13． 对于平行反应
S A R A 222111n ,E ,k n E ,k ???→????→?，，活化能E 1< E 2，反应级数n 1< n 2，如果目的
产物是R 的话，我们应该在 D 条件下操作。
A. 高温、反应物A 高浓度；
B. 高温、反应物A 低浓度；
C. 低温、反应物A 高浓度；
D. 低温、反应物A 低浓度
14． 对于化学反应的认识，下面正确的是 B, D
A. 化学反应的转化率、目的产物的收率仅与化学反应本身和使用的催化剂有关系；
B. 化学反应的转化率、目的产物的收率不仅与化学反应本身和使用的催化
剂有关，而且还与反应器内流体的流动方式有关；
C. 反应器仅仅是化学反应进行的场所，与反应目的产物的选择性无关；
D. 反应器的类型可能直接影响到一个化学反应的产物分布
15． 对于一个串联反应，目的产物是中间产物，适宜的反应器是 B
A. 全混流反应器；
B. 平推流反应器；
C. 循环反应器；
D. 平推流与全混流串联在一起的反应器
16． 关于非理想流动与停留时间分布，论述正确的是 A, C
A. 一种流动必然对应着一种停留时间分布；
B. 一种停留时间分布必然对应着一种流动；
C. 一种停留时间分布可能对应着多种流动；
D. 流动与停留时间分布存在一一对应关系
17． t /t e t
1)t (E -=是 B A. 平推流的E 函数；B. 全混流的E 函数；C. 平推流串联全混流的E 函数；
D. 全混流串联平推流的E 函数
18． 对于轴向分散模型，选择不同的边界条件，计算公式和结果都有所不同，这说明 D
A. 边界条件是人为设定的，是为了便于有关公式的推导；
B. 边界条件可以自由选取；
C. 边界条件决定于操作条件和反应装置的本身；
D. 边界条件不同，直接影响到反应器内的流动和反应。
19． 对于一个气固相催化反应过程，下列属于动力学因素的是 C, D
A. 气膜扩散；
B. 孔内扩散；
C. 反应物的吸附和产物的脱附；
D. 表面反应
20． Langmuir 吸附模型的四个假定：均匀表面、单层吸附、吸附机理相同和
无相互作用这几点应该说是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。然而，对于多数的化学反应，应用这几点假定进行有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于 A
A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低；
B. 实际的催化剂表面一般很平整；
C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远；
D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限
21． 关于指前因子和活化能描述正确的是 B
A. 指前因子理论上与温度无关，活化能的取值永远都是正的，活化能大、
温度低，反应速率对温度的变化更敏感；
B. 指前因子理论上与温度有关，但与指数项相比其随温度的变化可以忽略，
活化能的取值永远都是正的，活化能大、温度低，反应速率对温度的变化更敏感；
C. 指前因子理论上与温度有关，活化能的取值不可能永远都是正的，活化
能小、温度高，反应速率对温度的变化更敏感；
22． 对于一级不可逆反应S R A 2
1k k ?→??→?，产物R 的最大浓度通常 C
A. 只与速率常数的大小有关；
B. 只与反应温度有关；
C. 与A 的初始浓度和速率常数的大小有关；
D. 只与A 的初始浓度有关
23． 测定停留时间分布常用的方法有脉冲示踪法和阶跃示踪法，关于这两种方法，下列描述正确的是 A ，B ，D
A. 这两种方法都是物理示踪法；
B. 根据脉冲示踪法得到的实验数据，可以直接得到E 函数；
C. 根据阶跃示踪法得到的实验数据，可以直接得到E 函数；
D. 根据阶跃示踪法得到的实验数据，可以直接得到F 函数
三、计算题：
1. 某一级液相反应A R →在一只全混流反应器中进行，转化率为95％，如果再串联一只同样的全混流反应器，使转化率仍维持在95％，试问处理量应增加多少？
【解】： 当反应在一个全混流反应器内进行时，根据全混流反应器的设计方程，有
1
111τ+=-k x A ……………….(1) 当两个等体积全混流反应器串联时，转化率不变，则有
2
)21(1
1τ+=-k x A (2)
根据式（1），得1τk =19；根据式（2），得=τk 6.94。
进料体积流率之比等于空时的反比，即010*******.5,2//2v v V V v v R R =∴==ττττ。
也就是说，串联后进料体积流率应为原来的5.48倍，即需增加4.48倍。
2. 某速率常数为0.15 min -1
的一级不可逆反应在一非理想反应器内进行反应，示踪结果表明，t 和2θσ 分别为15 min 和0.21。求用多级混合流模型预测的转化率。
解：根据多级混合流模型无因次方差与N 之间的关系，有
2/1N θσ= = 4.76
根据一级不可逆反应多级混合流模型转化率的表达式，有
3. 反应物A 反应首先生成R (k 1 = 6 hr -1)，R 进一步反应生成S (k 2 = 3 hr -1)和T (k 3 = 1 hr -1)。如果浓度为1.0 mol / L 的纯A 在一个全混流反应器内进行
反应，求R 浓度达到最大值的空时及R 的最大浓度。
解：根据一级不可逆串联反应在全混流反应器中进行反应时中间物种最大浓度及达到最大浓度空时的公式，有：
=+=τ)(1
321k k k opt 0.2 hr
说明：上述两公式也可通过对反应物A 和产物R 两次应用全混流反应器设计方程，求得产物R 的浓度表达式，然后令R dC =0d τ
，求出 τopt 和C R, max 的值。 4．某一级恒容反应A →P 在一平推流和一全混流反应器所组成的串联反应器组中进行，两反应器的有效容积均为Vr ，进料为纯A ，初始体积流率为v 0，试证
明最后的总转化率与这两个反应器的串联顺序无关。（假设两反应器的温度相等且保持恒定，反应器被反应物全部充满）
解: 反应速率方程：A A r kC -=
(a) 全混流在前，平推流在后 由全混流的设计方程，得：010101
A A A A R A A C C C C V v r kC τ--===- 故：010
1A A R C C V k v =+ 由平推流的设计方程得： 则：00//0010
11R R kV v kV v k A A Af A R C C C C e e e V k k v ττ---===++ 其中0
R V v τ= （b ）平推流在前，全混流在后
对平推流： 10100001ln A A A X C R A A A A C A A A V dx dC C C v r kC k C τ===-=--??
得：10k A A C C e τ-= 对全混流：110A Af A Af R A Af
C C C C V v r kC τ--===- 得：0111
k A A Af C C C e k k τττ-==++ 即：两各反应器的排列顺序不影响反应结果
化学反应工程名词解释
★在大型装置中，传热和控温往往是头等难题，甚至根本不可能达到与小装置相同的温度条件，因此，就出现“放大效应”。
★间歇式反应器：一次性加料，经过一段时间出料的反应器。
★膨胀因子：当反应物A （或产物P ）每消耗（或生成）1mol 时，所引起的整个物系总物质的量（mol ）的增加或减少值。
★膨胀率：表征变容程度的参数，仅适用于物系体积随转化率变化呈线性关系的情况。 ★返混：停留时间不同的流体颗粒之间的混合。
★平推流：指反应物料以一致的方向向前移动，在整个截面上各处的流速完全相等。 ★全混流：指刚进入反应器的新鲜物料与已存留在反应器中的物料能达到瞬间的完全
混合，以致在整个反应器内各处物料的浓度和温度完全相同，且等于反应物出口物料的温度和浓度。
★停留时间：指从反应物进入反应器时算起至离开反应器时为止所经历的时间。
★停留时间分布：由于同时进入反应器的物料颗粒在反应器中的停留时间可能有长有短，因而形成一个分布。
★空时：在规定的条件下，进入反应器的物料通过反应器体积所需的时间。
★空速：在规定的条件下，单位时间内进入反应器的物料体积相当于几个反应器的空积，或单位时间内通过单位反应器的物料体积。
★工业催化剂所必备的三个主要条件：活性好、选择性高、寿命长。
③焦姆金型（物理法）④BET型（化学法）
★反应的控制步骤
答：气体在催化剂存在下进行化学反应可以设想是由下列步骤组成的
①反应物从气流主体扩散到催化剂的外表面（外扩散过程）
②反应物进一步向催化剂的微孔内扩散进去（内扩散过程）
③反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程）
④吸附的反应物转化成反应的生成物（表面反应过程）
⑤反应生成物从催化剂表面上脱附下来（脱附过程）
⑥脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程）
⑦生成物分子从催化剂外表面扩散到主流气流中被带走（外扩散过程）
第7章化学反应工程习题答案 7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。 解：对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程* * +=A A B A P P C C αα10 ,式中A KH =α，其中K 为化学平衡常 数；0B C 为吸收剂中的活性组分浓度；0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度；A H -A 组分溶解度系数。从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下： 1．物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系，化学吸收呈渐近线关系，当分压较高时，气体溶解度趋近化学计量的极限，因此为了减低能耗，导致操作方式不同，压力较低宜采用化学吸收，压力较高宜采用物理吸收。 2．热效应不同，物理吸收热效应较小，每摩尔数千焦耳，而化学吸收可达数万焦耳。导致吸收剂的再生方式不同，物理吸收过程吸收剂减压再生为主，化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。 3．物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异，而化学吸收取决于A KH =α，由于化学反应特定性，吸收选择性不同。化学吸收选择性高于物理吸收。 7-2解释下列参数的物理意义：无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。 解：无因次准数M 的物理意义 通过液膜传递速率 液膜内的化学反应速率 增大因子β的物理意义为速率 单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率 液膜内有化学反应时通 液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率 对于一级不可逆反应211L AL L L k k D k k M ==δ 对于二级不可逆反应2 2L BL AL k C k D M = 7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应，假定液相上方水蒸气分压可不 计，试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。 解： 气模 液膜 P CO2,g P CO2,i C CO2,i C CO2,L
化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
第一章习题 1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。 2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么? 何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么? 答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B →C (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解
(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 ()3 -1-363111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T
49. 现有一有效容积为0.75m 3 的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m 2 的冷却盘管。欲利用改反应器来进行A →R 的一 级不可逆的液相反应，其速率常数)(9.5525exp 100788.11 9-??????-?=h T k ， 反应热molA J H r /20921)(=?-，原料液中A 的浓度l mol C A /2.00=，但 不含反应产物R 。此原料液的密度ρ=1050g/l ；定压比热929 .2=P C （J/g ·℃）。要求原料液的进料流率为h m v /33 =，反应器 出口的反应液中l mol C A /04.0=。总传热系数U=209.2（KJ/m 2 ·h ·℃）。所用的冷却介质的温度为25℃。试求满足上述反应要求所需的反应温度以及料液的起始温度T 0。 解： 50. (CH 3CO)2 (A) + H 2O(B)2CH 3COOH(C) 乙酸酐发生水解，反应温度25℃，k=0.1556 min -1 ，采用三个等体积的串联全混流釜进行 反应，每个釜体积为1800 cm 3 ，求使乙酸酐 的总转化率为60%时，进料速度0v 。 解： 51. 串联全混流反应器进行一级不可逆 反应，假定各釜容积、温度相同， ,9.0,10),(92.0301===-A x h m h k γ试计算N 为1，
2，3的反应有效容积，如不考虑非生产性操作时间的条件下分批式反应器的有效容积。 解： 52.应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应，假定各釜的容积和操作温度都相同，已知此时的速率常数k=0.92h -1 ，原料液的进料速度0v =10m 3 /h ，要求最终转化率 =A x 0.9，试求 V 1、V 2和总容积V 。 解：对于一级不可逆反应应有 210101 11) 1(1)1(1)1( A A A A A A A x kC x kC x x r -=??????-?? =?-? 代入 ???? ????----= ?-?+-i A i A i A i A i A i A r r x x x r ,1,1 ,,,,111)1 ( 得 ? ?????----=-)1(1 )1(11 )1(110200 12 10A A A A A A A A x kC x kC x x x kC 整理得 02212 1=+-A A A x x x ∵9.02=A x ， ∴6838.01=A x ∴ ) (35.2)6838.01(92.06838 .0)1(111h x k x A A =-=-= τ )(5.233101m v V ==τ ) (35.2)9.01(92.06838 .09.0)1(2122h x k x x A A A =--=--= τ )(5.233202m v V ==τ 总容积)(473 21m V V V =+= 53. 用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知
一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A ) A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2) B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应 (2) C ．反应(1)的活化能小于反应(2) D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B ) A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0 3．对一平行—连串反应R A Q P A ?→??→??→?) 3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2
化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案 篇一：化学反应工程原理(华东理工大学版)第三章华东版3-1 解：cA0kt?xA1?xA ?1把数据代入得cA0k?0.2min 当xA=0.75时解得t=15min 所以，增加的时间为15-5=10min 3-2 解：?1?xA?1?nn?1?1??n?1?cA0kt （式A）把xA=0.75和t=10min代入解得cA0k?0.1 再把t=30min代入（式A）解得xA=1.25 所以，转化率应为 1 3-3 解：设反应动力学方程为：? 则?1?xA?1?nn?1dcAn ?kcAdtn?1?1??n?1?cA0kt，且cA0=1 ?1?0.8??1??n?1?k8因此有 1?n?1?0.9??1??n?1?k18 解得：n=2;k=0.5L/mol·min 3-4 1）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度cA0、cB0、cS0（注意进料中水的浓度cS0不为0）。 2）列出当酸的转化率为xA时，各组分浓度的表示式： -11?n cA?cA0?1?xA? cB?cB0?cA0xA cR?cA0xA cS?cS0?cA0xA 3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得 dxA2 ??7.93?10?6?10.2?20.1xA?2.58xA?dt 4）计算转化率达35%所需的时间为 t??0.35 0dxA ?627.93?1010.2?20.1xA?2.58xA上述积分可查积分表用公式计算，也可用MATLAB语言的quad解算子计算，结果为 t?7153s?2h 5）计算所需反应器体积。先计算每天的反应批数，再计算每m3反应体积每天的生产量，然后再计算达到要求产量所需反应器体积。答案为 VR=51.9m3 3-5 1)设酯的平衡转化率为xAe，将平衡时各组分浓度代入化学平衡方程得：21.1512xAe?0.219 1.1511?xAe48.76?1.151xAe化简整理上述方程并求解得xAe?90.8% 2）此题解法与3-4中的步骤2～4相同，答案为t=276min 3）此时各组分的浓度为酯：0.207mol/L；水：47.816 mol/L；醇、酸：0.910 mol/L；反应物系的组成为酯：0.414%；水：95.80%；醇、酸：1.82%； 3-6 对可逆放热反应，当反应温度过低时，因反应速率过低转化率偏低，当反应温度过高时，转化率又会受化学平衡的限制。所以，对一定的平均停留时间都存在一能达到最高转化率的最优反应温度。对本题此最优反应温度可用解析法求解。 1）列出反应器的物料衡算方程 qV?cA0?cA??VR??rA? 将反应动力学方程代入，整理后可得xA?k?T??1???k?T??k??T???? 式（A）2）对上式求导，并令导数为零 ?dkdk??dk???1??k?k?????k??????dTdTdTdxA?? ?2dT?1??k?k?????? dkkE将上式展开，并将代入，化简后可得 ?2dTRT ???E2E1?ln?? RT?k20?E2?E1? 于是Topt??E2 ??E1Rln??k?E?E2021????12405 ?325K
1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应 后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算 （1） （1） 反应的选择性； （2） （2） 反应器出口气体的组成。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为： （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比）， A P 出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为： n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P =18.96 mol n C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式，水（n W ）、氧气（n O ）和氮气（n N ）的摩尔数分别为： n W =n W0+n P +2n C =38.30 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol 1. 1. 2其主副反应如 下： 由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩 原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h
100kmol 放空气 体 原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol） 组分原料气冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 6.20%,均为 重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比）， 试计算： （1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =9.554 又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N 2 作衡算 得： 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中CO摩尔流量为
化学反应工程习题 第一部分：均相反应器基本理论 1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N 2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为 S R B A 2 121+=+的反应，其反应速率表达式为B A A C C r 5 .02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？ 3、某气相反应在400 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？ 4、在973 o K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化， 试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？ （1）对A 为一级、B 为零级反应； （2）对A 、B 皆为一级反应； （3）对A 、B 皆为零级反应。 6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S 已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3，C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行，且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。（1）试确定此反应的动力学方程；（2）计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间；（3）比较计算结果，你有什么体会？
4?从反应器停留时间分布测定中 ，求得无因次方差「二 _ 0.98 ，反应器可视为 XXX 大学 化学反应工程 试题B （开）卷 （答案）2011 — 2012学年第一学 期 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1.反应器中等温进行着 A T P （1）和A T R （2）两个反应，当降低 A 的浓度后，发现反 应生成P 的量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明 （） A .反应（1）对A 的反应级数大于反应 （2） B .反应（1）对A 的反应级数小于反应 C .反应（1）的活化能小于反应 （2） D .反应（1）的反应速率常数大于反应 2 一为（） 2?四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值 A . 1.0 B. 0.25 C . 0.50 A （1） > A ⑶ > D . 0 P —-(2)， Q 3. 对一平行一连串反应 为了目的产物的收率最大， A .先高后低 B.先低后高 C .高温操作 4. 两个等体积的全混流反应器进行串联操作， 与第二釜的反应速率-広2之间的关系为（ A . -r Ai > -r A2 B . -r Ai 则最佳操作温度序列为（ ,P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和和化学反应称为三传一 反? 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于￡—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(kmol ? h ) 。 6. 反应速率-r A=kC A的单位为kmol/kg ? h.速率常数k的因次为mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2的单位为mol/L ? s.速率常数k的因次为 (mol) 1/2? L-1/2? s 。 8. 反应速率常数k与温度T的关系为lnk 10000 102.其活化能为 T mol 。 9. 某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍.则600K 时的反应速率常数k时是400K时的10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C时的10倍.则该反应的活化 能为（设浓度不变）mol 。 11. 非等分子反应2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中（& ）= 1/3 （仏）二1/2 扁3 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为G°. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 C A0（1-X A）n . 转化率为1-（1- X A”。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为C A0. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 匚些.转化率为nxA—。 1 （n 1）X A 1 （n 1）X A 16. 反应活化能E越大.反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能.温度越低温度对反应速率的影响越大。 18. 某平行反应主副产物分别为P和S选择性S的定义为（n P-g）/ (n s- n s0) 作业名称：2015年春季网上作业2 出卷人：SA 作业总分：100 通过分数：60 起止时间： 学员成绩：95 标准题总分：100 标准题得分：95 详细信息： 题号:1 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 图形: A、 B、 C、 D、 标准答案:B 学员答案:D 本题得分:0 题号:2 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的（）反应器体积最小。 A、间歇釜 B、平推流 C、全混流 D、循环反应器（β=1） 标准答案:B 学员答案:B 本题得分:5 题号:3 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 在CSTR中，停留时间小于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的百分比为（）%。 A、36.8% B、 32.6% C、 67.4% D、 63.2% 标准答案:D 学员答案:D 本题得分:5 题号:4 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 可逆放热反应最优温度序列的实施，可采用多段绝热，（）的方法。 A、段间蒸发 B、段间加热 C、段间出料 D、段间冷激 标准答案:D 学员答案:D 本题得分:5 题号:5 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: CSTR中进行放热反应，其热平衡条件是（）。 A、Qg=0 B、 Qg<> C、 Qg>Qr D、 Qg=Qr 标准答案:D 学员答案:D 本题得分:5 题号:6 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 若一气固相催化反应过程，本征级数为n级。当内扩散影响严重时，则其表观反应级数表现为（）。 A、n/2级 B、 n级 C、 (n+1)/2级 D、(n+1)级 标准答案:C 学员答案:C 本题得分:5 题号:7 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 下列不存在返混的反应器是（ )。 A、间歇釜 B、流化床 C、全混釜 D、循环反应器 标准答案:A 学员答案:A 本题得分:5 题号:8 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 图形: A、 《化学反应工程》试题 XXX大学化学反应工程试题B（开）卷 （答案）2011—2012学年第一学期 一、单项选择题：（每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明(A ) A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2) B．反应(1) 对A的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2) D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值为( B ) A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0 3．对一平行—连串反应，P为目的产物，若活化能次序为：E2 华东版-- 4-1 解：由反应可知膨胀率为：2111 A ε-== 反应速率可写成：()1111A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 00A p F v RT = 反应器容积可写成： 00001111Af Af x x A A A A A A A F v x x RT V dx dx k p x k x ++==--?? ()00003 210.8/36000.8/36000.52ln 0.50.4/36000.4/36001.77Af Af x x A A A v v V dx dx k k x V m -=- --=-?-?=?? 4-2 由反应可知膨胀率为：320.52 A ε-== 反应速率可写成：()11110.5A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 反应器容积可写成： []000000003 10.51111 1.5210.40.0082049730.50.8 1.5ln 0.20.970.160 32.92 2.01 1.1Af Af Af Af x x A A A A A A A x x A A A A A F v x x RT V dx dx k p x k x F F RT RT V dx dx k p k p x V m ++==---=- --??=-?-??=?=?? ?? 4-3 解： ()() ()0311ln 110.980.19.92105ln 0.9812473A A A A A M x c k M M x x x s τττ-+-=+--??=--= 4-4 解：0.900A A A dx c kp τ=? A A p c RT = 膨胀率为：320.52 A ε-== () 0110.5A A A A c x c x -=+ 所以： ()()()0.9000.9010.511 1.5ln 10.513.2A A A A A A x c dx kRT x x x kRT s τ+=-=---∣??? ?=? 4-5 解： () ()00630030011ln 10.294100.312.88.314828 1211ln ln 18.210.2712.810.95 R A A A A A A R A A V F kc x p c mol m RT F V m kc x -=-??===??===-?- 4-6 解：假设反应为二级反应，则011A A k c c τ-= 把数据代入，可得： 1124;10.041 k k -== 114;10.21 k k -== 11;10.51 k k -== 《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一 反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累 积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000lg +-=T k ，其活化能为 mol 。 9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍，则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活 化能为（设浓度不变） mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2 SO δ等于 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2 H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2 N r -）= 1/3 （2 H r -）= 1/2 3 NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度 为 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度 为 A A x n x )1(11-+-，转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料， 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m kmol C A =， 出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间 h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数 P K ，则C K =_______P K 。 3. 平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。 4.对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。 5.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 10.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。 11.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优 空时 = opt τ_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。《化学反应工程》试题和答案基础部分
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