化学反应工程期末复习题

化学反应工程期末复习题 ( 4 ) 科 目:化学反应工程 适用对象:化学工程与工艺本科 I.填空题 1.(1) 化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.(1) 化学反应速率式为βαBACACCKr=，如用浓度表示的速率常数为CK，用压力表示的速率常数PK，则CK=_______PK。 3.(2) 平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E＞副E，选择性Sp与_______无关，仅是_______的函数。 4.(1) 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.(3) 对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.(1) 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.(2) 流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.(2) 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.(1) 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.(1) 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.(1) 对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度optT和平衡温度eqT，二者的关系为______________。 12.(1) 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
mfU通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.(2) 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.(1) 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.单项选择 1.(2) 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=optτ_______。 A. 1212)/ln(KKKK B. 1221)/ln(KKKK C. 2112)/ln(KKKK D. 211KK 2.(2) 全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着Aχ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.(2) 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.(2) 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.(2) 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.(2)

催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为dmidCkdtdψψ=，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d为_______。 A. ≈0 B. =1 C. →3 D. ≈1 7.(2) 不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。 A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 8.(2) 不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是_______。 A. 粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 9.(2) 下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点_______。 A. 各参数均为恒值 B. 参数值不随床高而变 C. 参数值与气泡大小无关 D. 参数值与气泡大小有关
10.(2) 流化床反应器中的操作气速0U是根据具体情况定的，一般取流化数mfUU0在_______范围内。 A. 0.1～0.4 B. 1.5～10 C. 10～15 D. 0.4～1.5 III.简答题 1.(5) 简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？ 2.(5) 简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？ 3.(5) 简述气-液反应的宏观过程：A（g） + bB（l）→ 产物（l）？ 4.(5) 简述固定床反应器的优缺点？ 5.(5) 简述气固流化床反应器气泡两相模型的特点？ 6.(5) 简述双膜理论？ IV.计算题 1.(10) 醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳： OHCOCHCOOHCHk2231+=→ 2432COCHCOOHCHk+→ 已知在916℃时121174.3,65.4==sksk，试计算： 1） 99%的醋酸反应掉的时间；(6分) 2）在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。（4分） 2.(10) 有一级不可逆反应A→P，在85℃时反应速率常数为3.45h-1，今拟在一个容积为10m3的釜式反应器中进行，若最终转化率为95.0=Ax，设该反应的处理量为1.82m3/h，今若改用两个容积相等的串联釜操作，求反应器的总容积？ 3.(10) (A) (P) (S) 66HC→k1ClHC56→k3246ClHC 反应速度AACkdtdC1=；PAPCkCkdtdC21=，在恒温恒容下求等容积的两釜串联全混流反应器内进行这一反应时,求目的产物P的选择性PS，其中)(0.111=hk,)(5.012=hk，),(10hvV==τ000==SPCC,lmolCA/10=。 4.(10) 有一个反应器测其方差min15,min5.11222==ttσ，如果这个反应器可以用等体积多釜串联模型来描述，并在这个反应器中进行液相反应A + B → 2R，已知BAACkCr=，
lmolCCBA/1200==，min/1=mollk，求反应器的出口转化率？ 5.(5) 用多级全混流串联模型来模拟一管式反应装置中的脉冲实验，已知971.82=tσ，187.62=t，15.0=k求 1） 推算模型参数N；（3分） 2）推

算一级不可逆等温反应的出口转化率。（2分）
化学反应工程期末复习题答案 ( 1 ) 1.(1) 化学反应的工程问题 2.(1) )()(βα+RT 3.(2) 浓度、温度 4.(1) 平推流 5.(3) 平均停留时间、反应时间、空时 6.(1) 微观流体 7.(2) 调匀度S、流体的混合态 8.(2) 物理、化学 9.(1) 0.1um 10.(1) 拟均相一维 11.(1) 1212lnEEEERTTTTopteqopteq= 12.(1) mfUU0 13.(2) 气、乳 14.(1) 两个或更多 1.(2) D 2.(2) D 3.(2) D 4.(2) C 5.(2) C 6.(2) C 7.(2) A
8.(2) A 9.(2) C 10.(2) B 1.(5) 空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。（①分）反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。（①分）停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。（①分）由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。（②分） 2.(5) 阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，（①分）在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A且浓度为0AC的流体，（①分）同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时间的变化。（①分）对应的曲线为F（t），0)(AACCtF=。（②分） 3.(5) 1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；②分 2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；①分 3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；①分 4）气相产物向气相主体扩散。①分 4.(5) 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。（①分） 1）催化剂在床层内不易磨损；（①分） 2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；（①分） 3）固定床中的传热较差；（①分） 4）催化剂的更换必须停产进行。（①分） 5.(5) 1）以U0的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流动速度Umf通过，而其余部分以（U0-Umf）则全部以气泡的形式通过；①分 2）床层从流化前的高度Lmf增高到流化时的高度Lf，完全是由于气泡的体积所造成； ①分 3）气泡相为向上的平推流，大小均一； ①分 4）反应完全在乳相中进行； ①分 5）气泡与乳相间的交换量Q为穿流量q与扩散量之和。①分 6.(5) 该模型设想在气-液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜，（①分）而把气液两相阻力集中在这两个流体膜内，而假定气相主体和液相主体内组成均一，不

存在传质阻力（①分）。组分是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程来进行传质的，通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡（①分）。因此，把复杂的相间传质过程模拟成串联的稳定的双膜分子扩散过程的叠加（①分），相间传质总阻力等于传质阻力的加和（①分）。 1.(10)
解：设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和y，初始为0AC，则 )(01yxCkdtdxA= ①分 )(02yxCkdtdyA= ①分 相加得 ))(()(021yxCkkdtyxdA+=+ ①分 将其积分dtkkyxCyxdA)()()(210+=++ tkkyxCCAA)()(ln2100+=+ ②分 1） 当转化率为99%时 099.0ACyx=+ ①分 st549.099.011ln74.365.41=+= ①分 2） 瞬时选择性为dydxSP= ①分 积分得74.365.421==kkyx ②分 %4.55==yxS ①分 2.(10) 解：由于两等体积釜串联，则 21ττ= ①分 NiANAkCC)1(0,τ+= ②分 ∴ 202)1(AAiCCk=+τ ①分 而95.0102020===AAAAAACCCCCx ②分 即hkii006.120)1(2==+ττ ①分 由30083.182.1006.1mvVvViiii=×===ττ ②分 反应器的总容积为366.32mVVi== ①分 3.(10)
解：等容积釜串联应有21τττ+= h5.02/121===τττ ①分 对第二个全混流反应器作物料衡算 221210)(VCkCCVAAA= ①分 ∴2102112)1(1KCkCCAAA+=+=τ 5.021111===ττkkK ①分 对于P:)()(22212210PAAACkCkVCCV+= ①分 ∴)1()1(221012KKCKCAP++=+22101)1)(1(KKCKA++ 25.0222==τkK②分 lmolCA/444.0)5.01(122=+= ①分 222)25.01)(5.01(5.0)25.01()5.01(5.0+++++=PC ①分 ∴0.165mol/l0.391)(0.444-12=+==SC ①分 37.2165.0391.022==SPCC ①分 4.(10) 解：5.0155.1122222===ttσσθ ①分 212==NNθσ ②分 则每个反应器的停留时间为min5.7215===Ntτ ①分 对第一个釜进行物料衡算 12111110)(ττAAAAAkCCrCC+=+= ①分 整理得015.7121=+AACC ①分 解得lmolCA/30.01= ①分 同理对第二个釜进行物料衡算 22222221)(ττAAAAAkCCrCC+=+= ①分 解得lmolCA/144.02= ①分 %6.851144.01020===AAAACCCx ①分 5.(5) 解：1）234.0187.6971.82222===ttσσθ

①分
27.412==θσN ①分 取N=4 ①分 2）566.0)1(11=+=NANtkx ②分
化学反应工程期中复习题 ( 3 ) 科 目:化学反应工程 适用对象:化学工程与工艺本科 2004-7-6 I.填空题 1.(3) 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。 2.(3) 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。 3.(1) 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。 4.(2) 一级连串反应ASK1K2P在全混流釜式反应器中，则目的产物P的最大浓度=max,PC______、=optτ______。 5.(2) 生成主产物的反应称为_______，其它的均为_______。 6.(1) 如果平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E＞副E，提高选择性PS应_______。 7.(3) 对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 8.(2) 全混流反应器的空时τ是_______与_______之比。 9.(1) 对于可逆的放热反应ARk1k2，使反应速率最大的反应温度=optT_______。 10.(2) 对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时反应器内返混为_______，而当β→∞时则反应器内返混为_______。 II.单项选择 1.(2) 如果平行反应AP(主)S(副)均为一级不可逆反应，若主E＞副E，提高选择性PS应_______。
A. 提高浓度 B. 提高温度 C. 降低浓度 D. 降低温度 2.(2) 气相反应2A + B → 3P + S进料时无惰性气体，A与B以2∶1摩尔比进料，则膨胀因子Aδ=____。 A. -1 B. -1/2 C. 1/2 D. 1 3.(2) 气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子COδ=_______。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 4.(2) 全混流釜式反应器最多可能有_______个定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 5.(2) 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. 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 6.(2) 全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 7.(2) 一级连串反应ASK1K2P在全混流釜式反应器中，则目的产物P的最大浓度=max,PC_______。 A. 122)(210KKKAKKC B. 22/1120]1)/[(+KKCA C. 122)(120KKKAKKC D. 22/1210]1)/[(+KKCA 8.(2) 在间歇反应器中进行等温二级反应A → B，slmolCrAA=/01.02，当lmolCA/10=时，求反应至lmolCA/01.0=所需时间t=_______秒。 A. 8500 B. 8900 C. 9000 D. 9900 9.(2) 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B，slmolCrAA=/01.0，当lmolCA/10=时，求反应至lmolCA/01.0

=所需时间t=_______秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 10.(2) 对于自催化反应，最合适的反应器为_______。 A. 全混流反应器 B. 平推流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 III.简答题 1.(5) 简述均相反应及其动力学的研究内容？ 2.(5) 简述理想反应器的种类？
3.(5) 对于反应ARk1k2S，21ARCkr=，其活化能为1E；ASCkr2=，其活化能为2E，当1E＞2E时如何选择操作温度可以提高产物的收率？ 4.(5) 简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？ 5.(5) 简述分批式操作的完全混合反应器？ IV.计算题 1.(10) 醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳： OHCOCHCOOHCHk2231+=→ 2432COCHCOOHCHk+→ 已知在916℃时121174.3,65.4==sksk，试计算： 1） 99%的醋酸反应掉的时间；(6分) 2）在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。（4分） 2.(10) 在1000K于恒温恒压反应器中进行下述分解反应： )()()(22gHgRCHOgOHRCH+→ 反应速率常数0.082 l/mol·min，初始时含纯的RCH2OH，其初始压力为2.026×105Pa，求 1） 将20%的RCH2OH分解所需时间； 2）RCH2OH的浓度降低20%所需的时间。 3.(10) 现有一有效容积为0.75m3的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m2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)(9.5525exp100788.119×=hTk，反应热molAJHr/20921)(=，原料液中A的浓度lmolCA/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=PC（J/g·℃）。要求原料液的进料流率为hmv/330=，反应器出口的反应液中lmolCA/04.0=。总传热系数U=209.2（KJ/m2·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T0。 4.(5) 设某反应的动力学方程为slmolCrAA=/35.02，当A的浓度为lmol/1时，达到A的残余浓度lmol/01.0，需多少时间？
化学反应工程期中复习题答案 ( 3 ) 1.(3) 质量传递、热量传递、动量传递 2.(3) 分批式操作、连续式操作、半分批式 3.(1) 反应速率 4.(2) 22/1120]1)/[(+KKCA、211KK 5.(2) 主反应、副反应 6.(1) 提高温度 7.(3) 平均停留时间、反应时间、空时 8.(2) 反应器的有效容积、进料流体的容积流速 9.(1) )()1(ln)(002'001012AARAACCEkCEkREEχχ+ 10.(2) 零、最大 1.(2) B 2.(2) C 3.(2) A 4.(2) C 5.(2) A 6.(2) B 7.(2) B 8.(2) D 9.(2) B 10.(2) D 1.(5)
参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。（①分）均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，（②分）并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速

率方程。（②分） 2.(5) 通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。（①分）所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。（②分）所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。（②分） 3.(5) 对于平行反应ARTEEARTERTESRRCekkCekekrrS12212010/20/10===（②分），所以，当1E＞2E时应尽可能提高反应温度，（②分）方可提高R的选择性，提高R的收率。（①分） 4.(5) 空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。（①分）反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。（①分）停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。（①分）由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。（②分） 5.(5) 反应物料一次性投入反应器内，（①分）在反应过程中，不再向器内投料，也不出料，（①分）待达到反应要求的转化率后，一次性出料，（①分）每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和，（①分）非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。（①分） 1.(10) 解：设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和y，初始为0AC，则 )(01yxCkdtdxA= ①分 )(02yxCkdtdyA= ①分 相加得 ))(()(021yxCkkdtyxdA+=+ ①分 将其积分dtkkyxCyxdA)()()(210+=++ tkkyxCCAA)()(ln2100+=+ ②分 1） 当转化率为99%时 099.0ACyx=+ ①分 st549.099.011ln74.365.41=+= ①分 2） 瞬时选择性为dydxSP= ①分
积分得74.365.421==kkyx ②分 %4.55==yxS ①分 2.(10) 解： )()()(22gHgRCHOgOHRCH+→ A B C t=0 nA0 0 0 t=t nA0-x x x xnnA+=0总 ①分 由k可知该反应为二级反应 ①分 222VnkkCVdtdxAA== ①分 理想气体PRTnV总= ①分 PRTxnxnkdtdxAA/)()(020+= ∴RTkPdtxndxxnAA=+200)()( ①分 将其积分∫∫=+txAAARTkPdtdxxnxxnn0020200)

()( ①分 +=)1ln(200AAnxxnxkPRTt ①分 当%200=Anx，带入得t=138min ①分 对于008.0AACVn=，应有PRTnnPRTxnxnAAAA/8.0/)(0000=+ ①分 当90Anx=，带入得t=66.1min ①分 3.(10) 解：1)计算反应温度T τkCCAA+=110 ②分 18)375.0()104.022.0()1(0===τAACCk ②分
根据 ]9.5525exp[100788.19Tk×= KT6.308= ②分 2）])())((00PmrAcvTTUAHrVTTρ= ②分 KT2.306929.210503)16.2986.308(52.2092092175.004.0186.3080=××××+×××= ②分 4.(5) 解：)11(35.0135.00200AACCAACCAACCCdCrdCtAAAA===∫∫ ③分 带入得st283)1101.01(35.01== ②分