化学反应工程综合复习资料(有答案)
《化学反应工程》综合复习资料（模拟题）
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、和，
“一反”是指。
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的反
应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数的反应的选择性。
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和。
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
和。
5.多级混合模型的唯一模型参数为，轴向扩散模型的唯一模型参数为。
6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是、和。
7.平推流反应器的E函数表达式为，其无因次方差2θσ= ，而全混流反应
器的无因次方差
2
θ
σ＝。
8.某反应速率常数的单位为m3/(mol.hr)，该反应为级反应。
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＝。
10.平推流反应器和全混流反应器中更适合于目的产物是中间产物的串联
反应。
11.某反应的计量方程为A R S
→+，则其反应速率表达式。
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30min, 而在80℃
时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为。
13.反应级数（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；
而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是；
15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度，并且（大于
/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。
16.下图是某连串反应在各转化率下的产物浓度分布曲线，那么当转化率达70%时，中间产物
R的化学反应工程定义总收率为，按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性的定义，在该转化率条件下的收率是，选择性是。
1.0
A R S
0.8
0.6
C/C A0
0.4
0.2
00.20.40.60.8 1.0
X A
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. 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. 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
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. 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22A B C +?，原料中混入了一定量的惰性气体（惰性气体与A 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A ε为 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100mol/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. 70%；
B. 80%；
C. 90%；
D. 100% 7. 关于E 函数和F 函数，下面正确的是
A. F(t)= E(t)；
B. ?
=
t
dt )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
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 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. 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. 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
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 2
2211
1n ,E ,k n E ,k ???→????→?，，活化能E 1 我们应该在 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 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 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. 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 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 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，计算公式和计算结果不同，说明边界条件不同，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 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 吸附等温的四个假定：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. 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 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 21k k ?→??→? ，产物R 的最大浓度通常 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. 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％，如果再串连一只同 样的全混流反应器，使转化率仍维持在95％，试问处理量增加多少？ 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2 θ σ分别为15min和0.21。求用多级混合流模型预测的转化率。 3.反应物A反应首先生成R (k1=6 hr-1)，R进一步反应生成S (k2=3 hr-1)和T (k3=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。 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V R，进料为纯A，初始体积流率为υ0，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）5.纯组分A发生下述平行反应， R S （目的产物）r R=1 mol/(L.min) r S=C A2 mol/(L.min ) P r P=2C A mol/(L.min) A的起始浓度为2mol/L, 反应在恒温的条件下进行，试确定在如下反应器中目的产物S所能达到的最大浓度。 a.平推流反应器 b.全混流反应器 6．某气相一级不可逆反应： 2 A R S →+ 在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含A 75％（mol），8分钟后体积增加了一倍，求A的转化率以及此温度下的速率常数。 7．用一个1升的全混流反应器来确定某反应A R →的动力学方程，A的液相溶液分别以不同的流率和不同的初始浓度加入反应器，并测定A的出口浓度，得到如下表所示的数据。 v0 L/min C A0 mmol/L C A mmol/L 0.4 49.14 18.34 0.5 64.40 23.60 1 103.20 41.14 2 153.20 68.10 2 180.80 75.72 假设反应速率只与A 有关，求反应速率方程式。 8．在某实际反应器内用脉冲输入法测得其出口物料中示踪剂浓度的变化数据如下： 试列出相应表格计算各反应时间下所对应的的E(t)值和F(t)值以及平均停留时间 ，并画出E (t) 和F (t) 曲线。 9．向某实际反应器入口用脉冲法加入示踪物，在出口测得的示踪物浓度变化如下： 若在该反应器内进行A →P 的一级异构化反应，已知反应流体为宏观流体，入口处A 的转化率为零，反应速度常数为0.045min -1，试用凝集流模型预测在该反应器出口处所能达到的转化率。 （提示：凝集流模型公式 ） 10．在Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应： C 6H 5CH(CH 3)2 ? C 6H 6 + C 3H 6 若以A 、B 及R 分别表示异丙苯、苯及丙烯，σ代表催化剂上的一个活性中心，其反应步骤如下： A + σ ? A σ A σ ? B σ + R B σ ? B + σ 若表面反应为速度控制步骤，试由L-H 机理和Hougen-Watson 模型推导异丙苯分解的等温速度方程式。 11．在直径为6mm 的球形催化剂颗粒上进行某一级不可逆反应A →P ，已知：催化剂外表面上 的反应物A 浓度为9.5?10-5 mol/cm 3，温度为350 o C 。该反应为放热反应，热效应为 -131800 J/mol-A ，活化能为103600 J/mol-A 。催化剂颗粒的有效导热系数为2.01?10-3 J/cm ?s ? o C ，反应物A 在颗粒微孔内的有效扩散系数为0.015 cm 2/s ，反应的本征反应速度常数k v =11.8 s -1。试计算： (1) 颗粒中心与催化剂外表面间可能达到的最大温度差； t dt t E t X X element A A )()(0?=? ∞ (2) 在此种情况下（颗粒内部同时存在着浓度梯度和温度梯度）催化剂颗粒的内扩散有效系 数。 12．在500℃下使用硅铝小球催化剂进行石脑油的催化裂化反应，该反应可近似当作一级不可 A0 逆反应处理。已知催化剂的平均孔半径为30 ，颗粒直径为0.31 cm，颗粒密度为1.14 g/cm3，孔体积为0.35 cm3/g，油品的平均分子量为120，反应速度常数k W = 0.25 cm3/s?g-cat，曲折因子τ’ = 2。在反应条件下，催化剂微孔内的扩散主要是努森扩散，温度梯度基本可忽略，试计算此时催化剂的有效系数。 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2θσ= 0 ， 而全混流反应器的无因次方差 2 θ σ＝ 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。 11.某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式不能确定。 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。 16. 下图是某连串反应在各转化率下的产物浓度分布曲线，那么当转化率达70% 时，中间产物 R 的化学反应工程定义总收率为 64% ，按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性的定义，在该转化率条件下的收率是 45% ，选择性是 64% 。 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 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 A R S X A C/C A0 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22A B C +?，原料中混入了一定量的惰性气体（惰性气体与A 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A ε为 C 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 dt )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 2 2211 1n ,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 21k 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 11 1τ+= -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 )2 1(11τ+= -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 0101 101048.5,2//2v v V V v v R R =∴==τ τττ。 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2 θσ 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： 842 .0x 158 .0)76.41515.01(1 )N t k 1(1x 1A 76.4N A ==?+ =+= - 3.0} 1]/){[(1 2 2/11320 max ,=++= k k k C C A R L mol C R /3.0max ,= =+= τ) (1321k 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：0101 01 A A A A R A A C C C C V v r kC τ--= == - 故：0 10 1A A R C C V k v = + 由平推流的设计方程得： 11001 1ln A Af A A X C Af R A A A x C A A A C V dx dC C v r kC k C ==-=--?? 则：0 0//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：01 11 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 5．纯组分A 发生下述平行反应， R S （目的产物） r R =1 mol/(L.min) r S =C A 2 mol/(L.min )P r P =2C A mol/(L.min) A 的起始浓度为2 mol / L ，反应在恒温的条件下进行，试确定在如下反应器中目的产物S 所能达到的最大浓度。 a. 平推流反应器 b. 全混流反应器 解： (a) 对于平推流反应器： 2 2 (1)S A S A A dC C dC C ?== -+002()1A A A A C C A S S A A C C A C C dC dC C ?=-=-+?? 2 1(1)1A A C A C A dC C =-- +? 000111 (1)(1)2ln 111A A A A A A C C C C C C +=+-+--+ +++ 当S ?～C A 曲线下的面积最大，即A 完全转化（C A ＝0）时C S 最大，即： ,max 1 (12)12ln313 S C =+---+ = 0.469 mol / L （b ）对于全混流反应器： 0S S S A A C C C ?Φ= =- 故： 200()()()1A S A A S A A A C C C C C C C ?=-=-+ 223 003 (1)(23)22(1)S A A A A A A A A A dC C C C C C C C dC C +--+= + 令 0S A dC dC =，得：20320A A A C C C +-= 解得：C A ＝1 mol / L 故：22 ,max 01()()(21)()0.25111 A S A A A C C C C C =-=-=++ mol / L 6．某气相一级不可逆反应： 2A R S →+ 在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含A 75％（mol ），8分钟后体积增加了一倍，求A 的转化率以及此温度下的速率常数。 解： (1) 该反应为变容反应， ()2()i Inert A R S i Inert +→++ 摩尔比; 0.25 0.75 即： 1/3 1 故：i =1/3，即： 11 233 Inert A R S Inert +→++ 膨胀率： 10 ,1,0 ,0 11 (21)(1) 33 1.5113 A A A A A A x x total x total x A x total x V V n n V n ε======++-+--= = = =+ 8分钟后：V ＝2V 0 = V 0（1＋εA x A ） 解得：x A = 66.7 % (2) 由间歇式反应器的设计方程，对一级反应，有： ln(1)A kt x =-- 则：1ln(1)ln(10.667) 0.137min 8 A x k t ----==-= 7．用一个1升的全混流反应器来确定某反应A R →的动力学方程，A 的液相溶液分别以不同 的流率和不同的初始浓度加入反应器，并测定A 的出口浓度，得到如下表所示的数据。 v 0 L / min C A0 mmol / L C A mmol / L 0.4 49.14 18.34 0.5 64.40 23.60 1 103.20 41.14 2 153.20 68.10 2 180.80 75.72 假设反应速率只与A 有关，求反应速率方程式。 解：根据全混流反应器的设计方程：0A A A C C r τ-= - 得：0A A A C C r τ --= 由已知数据可得下述数据： 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 化学反应工程复习总结 1 一、知识点 2 1.化学反应工程的研究对象与目的，研究内容。 3 化学反应工程的优化的技术指标。 4 2.化学反应动力学 5 转化率、收率与选择性的概念。 6 反应速率的温度效应和活化能的意义。 7 反应速率的浓度效应和级数的意义。 8 3.理想反应器与典型反应特征 9 理想反应器的含义。 10 等温间歇反应器的基本方程。 11 简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。 12 可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。 13 4.理想管式反应器 14 管式平推流反应器的基本方程 15 典型反应的计算。 16 停留时间、空时和空速的概念。 17 膨胀因子和膨胀率的概念。 18 5.连续流动釜式反应器 19 全混流模型的意义。 20 全混流反应器的基本方程 21 全混流反应器的计算。 22 循环反应器的特征与计算方法。 23 返混的概念、起因、返混造成的后果。 24 返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。 25 6.停留时间分布与非理想流动 26 停留时间分布的意义，停留时间分布的测定方法。 27 活塞流和全混流停留时间分布表达式，固相反应的计算方法。 28 多釜串联模型的基本思想，模型参数 29 微观混合对反应结果的影响。 30 7.反应器选型与操作方式 31 简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。32 平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。 33 反应器的操作方式、加料方式。 34 8．气固催化反应中的传递现象 35 催化剂外部传递过程分析，极限反应速率与极限传递速率。 36 Da和外部效率因子的定义及相互关系。流速对外部传递过程的影响。 37 催化剂内部传递过程分析，Φ和内部效率因子的定义及相互关系。 38 扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。 39 一级反应内外效率因子的计算。 40 内外传递阻力的消除方法。 41 9.热量传递与反应器热稳定性 42 定态、热稳定性、临界着火温度、临界熄火温度的概念。 43 催化剂颗粒热稳定性条件和多态特性。 44 全混流反应器、管式固定床反应器热稳定条件。 45 最大允许温差。 46 绝热式反应器中可逆放热反应的最优温度分布。 47 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 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 化学反应工程基础知识总结（笔记） 1、化学反应工程是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。如何将其在工业规模上实现是化学反应工程的主要任务。 2、理想置换反应器的特点：①由于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器内没有物料的返混，所有物料通过反应器的时间都是相同的②在垂直于流动方向上的同一截面，不同径向位置的流体特性是一致的③在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。 3、全混流反应器的特性①物料在反应器内充分返混②反应器内各物料参数均一③反应器的出口组成与器内物料组成相同④反应过程中连续进料与出料，是一定常态过程。 4、返混的定义：物料在反应器内不仅有空间上的混合而是有时间上的混合，这种混合过程称返混。 5、非均相催化反应过程步骤①反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递②反应组分从外表面向催化剂内表面传递③反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附④在催化剂表面上进行化学反应⑤反应产物在催化剂表面上解吸⑥ 反应产物从催化剂内表面向外表面传递⑦反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递 6、兰格缪尓（Langmuir）吸附模型条件①催化剂表面上活性中心分布是均匀的②吸附活化能和脱附活化能与表面吸附的程度无关③每个活性中心仅能吸附一个气相分子④被吸附分子间互不影响，也不影响空位对气相分子的吸附。 7、焦姆金（Temkhh）吸附模型： 一般吸附活化能随覆盖率的增加而增大，脱附活化能则随覆盖率的增加而减小，因此吸附热必然随覆盖率的增加而减小。 8、催化剂颗粒内气体扩散：多孔催化剂颗粒内的扩散现象是很复杂的。除扩散路径极不规则外，孔的大小不同时，气体分子扩散机理亦有所不同。当孔径较大时，分子的扩散阻力要是由于分子间碰撞所致，这种扩散通常所称的分子扩散或容积扩散。当微孔的孔径小于分子的平均自由程时，分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞，从而使分子与孔壁的碰撞成为扩散阻力的主要因素，称为克努森（Knudson）扩散。 9、一微拟均相非理想流模型①流体在床层中流动属非理想流动，但遵循轴向扩散模型②流体沿床层径向温度、浓度是均一的，仅沿轴向变化③流体与催化剂在同一截面处的温度、浓度相同。三个基本方程：动量、物料、热量衡算方程。 10、流体床反应器的特点①流体床反应器采用的催化剂颗粒直径远小于固定床反应器选用的颗粒直径。则流化床反应器中颗粒外表面积远大于固定床反应器中颗粒的外表面积②由于流化床反应器颗粒直径较小，催化剂颗粒的内扩 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 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) 化学反应工程复习总结 一、知识点 1.化学反应工程的研究对象与目的，研究内容。 化学反应工程的优化的技术指标。 2.化学反应动力学 转化率、收率与选择性的概念。 反应速率的温度效应和活化能的意义。 反应速率的浓度效应和级数的意义。 3.理想反应器与典型反应特征 理想反应器的含义。 等温间歇反应器的基本方程。 简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。 可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。 4.理想管式反应器 管式平推流反应器的基本方程 典型反应的计算。 停留时间、空时和空速的概念。 膨胀因子和膨胀率的概念。 5.连续流动釜式反应器 全混流模型的意义。 全混流反应器的基本方程 全混流反应器的计算。 循环反应器的特征与计算方法。 返混的概念、起因、返混造成的后果。 返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。 6.停留时间分布与非理想流动 停留时间分布的意义，停留时间分布的测定方法。 活塞流和全混流停留时间分布表达式，固相反应的计算方法。 多釜串联模型的基本思想，模型参数 微观混合对反应结果的影响。 7.反应器选型与操作方式 简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。 平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。 反应器的操作方式、加料方式。 8．气固催化反应中的传递现象 催化剂外部传递过程分析，极限反应速率与极限传递速率。 Da和外部效率因子的定义及相互关系。流速对外部传递过程的影响。 催化剂内部传递过程分析，Φ和内部效率因子的定义及相互关系。 扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。 一级反应内外效率因子的计算。 内外传递阻力的消除方法。 9.热量传递与反应器热稳定性 定态、热稳定性、临界着火温度、临界熄火温度的概念。 催化剂颗粒热稳定性条件和多态特性。 《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 《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___。 、绪论 1. 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化 2. 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 3. 优化指标一一技术指标：反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4. 工程思维方法 1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应 基本特征、分析判断 2. 化学反应速率的工程表示 3. 工业反应动力学规律可表示为： r i f c （G ） f T （T ） a ）浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程 度。 b ）温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程 度。 E ---- cal/mol , j/mol T ----- K R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K 化学反应动力学 反应速率= 反应量 （反应时间）（反应 已知两个温度下的反应速率常数 k , 可以按下式计算活化能 工程问题 动力学问题 三、PFR与CSTR基本方程 1.理想间歇：t V R V o c Af dC A CA0( J ) x Af dx A XA0( J ) 2.理想PFR V R V o C Af dc A C A0 ( J) C A0 x Af dx A x A 0(「A) 3. CSTR 4. 图解法 V R C A0 C A C A0X A T /C A0 0 X Af X A 四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征C A C A0(1 X A)浓度、转化率、反应时间关系式 基本关系式PFR（间歇）CSTR V R C Af dC A V R C A0 C A p V。C A0 (：)m v (「A) PFF H CSTR CSTR>PFR C A0X A k p C A0 X A k p n=0 n=1 n=2 C A0 kC A . 11 k p 丁 C A C A0 k p 1吒C A0 化学反应工程复习总结https://www.wendangku.net/doc/da13978227.html,work Information Technology Company.2020YEAR 一、 绪论 1． 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化 2． 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 3． 优化指标——技术指标：反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4． 工程思维方法 二、化学反应动力学 1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应 基本特征、分析判断 2. 化学反应速率的工程表示 ) )((反应区反应时间反应量 反应速率＝ 3. 工业反应动力学规律可表示为： )()(T f C f r T i C i ?= a) 浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程度。 b) 温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程度。 已知两个温度下的反应速率常数k ，可以按下式计算活化能E ： E ——cal/mol ，j/mol T ——K R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K 三、PFR 与CSTR 基本方程 1. 理想间歇：??-=--==Af A Af A x x A A A c c A A R r dx c r dc v V t 00) ()(00 反应结果r ， 工程问题 2. 理想PFR ： ??-=--==Af A Af A x x A A A c c A A R p r dx c r dc v V 00) ()(00τ 3. CSTR ： ) ()(00A A A A A A R p r x c r c c v V -= --== τ 4. 图解法 四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征 0(1)A A A c c x =- 浓度、转化率、反应时间关系式 PFR →CSTR ，CSTR ←PFR 基本关系式 PFR （间歇） CSTR 00 ()Af A c R A p c A V dc v r τ ==--? 0() A A R m A c c V v r τ-= =- n=0 0A A p c x k τ= 0A A p c x k τ= n=1 1 ln 1p A k x τ=- 0A A m A c c kc τ-= x x τ/c A0 τ 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_______。 《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器 1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。化学反应工程习题答案
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