化学反应工程习题
第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础 一、思考题
1、间歇系统与连续系统中，反应速率的定义式有何异同？
2、反应系统中反应速率与化学计量系数有何关系？
3、反应速率可以用浓度c i 、分压p i 或摩尔分率y i 来表述，相应的速率常数k c 、k p 、k y 之间有何关系？
4、温度增加，反应速率常数肯定增加，对否？
5、空速的定义是什么？它的大小反映了反应器的什么能力？
6、转化率的定义是什么？在复杂反应系统中,它是否能起到在简单反应系统中所起到的作用？
7、化学反应中哪种吸附起主要作用？
8、惰性物质不参加反应，所以对吸附、脱附无任何影响，对否？
9、吸附或脱附为控制步骤时，关键组分A 的分压有何特点，非关键组分的分压有何特点？ 10、表面反应为控制步骤时，反应物、生成物的分压有何特点？ 11、表达反应系统体积变化的参数是什么？
12、方程式中反应前后摩尔数的变化是否表示反应体积的变化？
第二章 气－固相催化反应本证及宏观动力学 一、思考题
1、对于球形催化剂，西勒模数（Thiele ）越大，则催化剂的内扩散有效因子如何变化？
2、如果在某催化剂上测得的反应速率为r ，而内扩散有效因子为0.8，则此反应速率是否为本征反应速率？
3、对于气—固相反应，什么情况下，可以不考虑分子扩散的影响？
4、对于球型催化剂粒子，西勒模数的定义式是什么？
5、本征化学反应速度在内外扩散阻力完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系？
6、孔结构对内扩散有无影响？
7、在气体的扩散过程中，如果催化剂的孔径远远小于分子的平均自由程时，可以不考虑哪种扩散？
8、对于气－固相反应，如果本征动力学方程式为r ，催化剂的内扩散有效因子为ζ，则宏观动力学方程式应如何表示？ 二、计算题
1、某可逆反应：A B C D k k +?+21
，其均匀表面吸附机理的动力学方程式为：
()()()
r k P P P P K b P b P b P b P A AB CD
AA CC BB D D
=-++++1122
试写出反应机理及控制步骤，并证明之。
〖解〗
1
122211222
112
12
2
121
2
11(222222σσσσσσσσσσσσσσ+?+?+++?+?+?+D D C C D C B A B B A A 控制步骤）
D
D B B V C
C A A V V V
D C B A A P b P b P b P b k k r ++=
++=
-=11
11
212
122
21θθθθθθθθ，
D
D B B D
D D D
D B B B
B B C
C A A C
C C C
C A A A
A A P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b ++=
++=
++=++=1111θθθθ，，
2
2
)
1()1()
(D D B B C C A A D C B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=
2、某可逆反应：A B C k k +?2
1
的均匀表面吸附机理动力学方程式为：
()
()
()r k P P P K
bP bP bP A A B C A A C C B B
=
-+++11 试写出反应机理及控制步骤，并证明之。
〖解〗
12
1122σσA A ?+，22σσB B ?+
21212
1σσσσ+?+C B A (控制步骤)
11σσC C ?+ ，221V C B A A k k r θθθθ-=
C
C A A V B
B V P b P b P b ++=
+=
11
1112θθ，，
C
C A A C
C C B
B B B B
C C A A A
A A P b P b P b P b P b P b P b P b ++=
+=
++=111θθθ，
)
1)(1()/(C C A A B B C B A A P b P b P b K P P P k r +++-=
3、某可逆反应：A B C D k k +?+2
1，其均匀表面吸附的机理动力学方程式为：
()
()()
r k P P P P K
bP bP bP A A B C D A A B B D D
=
-+++11 试写出反应机理及控制步骤，并证明之。
〖解〗
2
21222
112
12
2
121
2
11(2222σσσσσσσσσσ+?++?+?+?+D D C D B A B B A A 控制步骤）
D
D B B V A
A V V D C
B A A P b P b P b P k k r ++=
+=
-=11
11211
21θθθθθθ，
D
D B B D
D D D
D B B B
B B A
A A A A P b P b P b P b P b P b P b P b ++=
++=
+=111θθθ，，
)
1)(1()(D D B B A A D C B A A P b P b P b K P P P P k r +++-=
4、某可逆反应：A B R S k k +?+2
1的均匀表面吸附机理动力学方程式为： )
1()1()
/(2
R R B B S S A A R S
B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=
试写出反应机理及控制步骤，并证明之。 〖解〗
2
22
111122
11212
12
21
2
1122(222σσσσσσσσσσσσσ+?+?++?+?+?+R R S S R S B A B B A A 控制步骤）
B
B R R V S
S A A V V R S B A A P b P b P b P b k k r ++=
++=
-=11
11
211
22
1θθθθθθθ，
B
B R R R
R R B
B R R B
B B S
S A A S
S S S
S A A A
A A P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b ++=
++=
++=++=1111θθθθ，，
)
1()1()
(2
B B R R S S A A R S
B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=
5、丁烯在某催化剂上制取丁二烯的总反应方程式为264841
2
H H C H C k k +?，假设丁烯脱氢化学反应按如下步
骤进行：
(a)(
)()8484H C H C ?+
σσA A ?+
(b)()()C H C H H 48462?+ C B A +?σσ (c) ()()C H C H 4646
?+ σσ+?B B 写出(b)为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很若，问此时反应对丁烯是几级反
应。 解〗
V B B B V A A A P b P b θθθθ==，
B
B A A V C
B A A P b P b P k k r ++=
-=11
21θθθ
B
B A A B
B B B B A A A
A A P b P b P b P b P b P b ++=
++=
11θθ，
B
B A A
C B A A A P b P b P P k P b k r ++-=
121
当反应物与产物吸附都很若时，即当11≈++B B A A P b P b 时，动力学方程可写为：P P k P b k r B A A A 21-= 所以此时对丁烯是一级反应。
6、用直径为6毫米的球形催化剂进行一级不可逆反应A→R+P,气相中Ａ的摩尔分数y A ＝0.50，操作压力Ｐ＝0.10133MPa ，反应温度Ｔ＝500℃，已知单位体积床层的反应速度常数为0.333s -1，床层空隙率为0.5,组分A 在颗粒内的有效扩散系数为0.00296cm 2/s,外扩散传质系数为40m ／h ，计算： (1) 催化剂内扩散效率因子，其影响是否严重。
(2) 催化剂外表面浓度C AS ，并说明外扩散影响是否严重 (3) 计算传质速度。 〖解〗
(1) ()
()
5.15.010029
6.0333.02
36.013
=-??
?=
-=
εφeff v P D k R
()()5187.05.1315.1315.1131311=???
????-??=??????-=
th th φφφζ ()
335
0074.015.27355010314.81001325.15.0m kmol RT
P C Ag Ag =+????=
=
()AS AS Ag g e Ag kC C C k S r ζ=-=
()()323
50010
65.01616m m d S p
e =?-?=
-=
-ε
30072.0333
.05187.05003600
400074
.0500360050
m kmol k
k S C k S C g e Ag g e AS =?+???=
+=
ζ
s m kmol kC r AS Ag ?=??==300124.00072.0333.05187.0ζ
7、体积为100立方米的管式反应器内部充填半径为2.50毫米的球形颗粒催化剂，气体稳定时，每秒有0.24kmol 的反应物Ａ按等温一级不可逆反应分解，反应物Ａ在颗粒内的有效扩散系数为1.2×10-6m 2／s ，气流中反应物A 的分压为0.10133MPa ，T ＝700Ｋ。(1) 试估计催化剂颗粒内部的内扩散效率因子。(2) 若催化剂的活性提高一倍，微孔的有效扩散系数下降为 7×10-7m 2／s ，问内扩散效率因子为多少。(3) 若催化剂活性提高一倍，有效扩散系数仍为7×10-7m 2／s ，如果要求内扩散效率因子不变，问催化剂颗粒大小为多少？ 〖解〗
(1) 3000174.0700008309.0101325.0cm mol RT
P C A A =?=
=
10
000138.0100
0174.024
.0-=?=
=
=s C r k kC r A A A A ，
2826.0102.1138.03
105.23
6
3
=??=
=--eff
D k R φ
9551.0)2826
.031)
2826.03tanh(1
(
2826.01
)31)
3tanh(1
(
1
=?-
?=
-
=
φ
φφζ
(2) 5233.0107138.023
105.23
7
3
=???=
=--eff
D k R φ
8666
.0)5233
.031
)5233.03t a n h (1(5233.01
)31)3t a n h (1
(
1
=?-?=
-
=
φ
φφζ (3) eff
P eff
P D k R D k R 3
3
'
''
'
=
=
=φφ
mm D k kD R R eff
eff
P
P
35.110
2.121075.26
7'
''
=????
==--
8、某气－固相一级不可逆催化反应，已知反应温度为350℃，在该温度下反应速度为1.15×10-5[mol ／cm 3.s]，颗粒外表面A 组分的浓度为1.1×10-5[mol ／cm 3]，Ａ的分子量为128，催化剂颗粒为球形，直径为0.18cm ，颗粒密度为ρp =1.0ｇ／cm 3，孔隙率θ＝0.48，比表面S ｇ＝468m 2/ｇ，曲节因子δ＝2.9,若分子扩散可不考虑，试求催化剂的内扩散效率因子。
〖解〗
cm S V r g
P g
741005.20
.11046848.022-?=???=
?=
ρ
s cm M
T r
D K 2371039.4128
15
.2733501005.297009700--?=+?
??==
s cm D D K C 31039.4-?==
s cm D D C eff 2431026.71039.49
.248.0--?=??==δθ 15
5045.1101.11015.1---=??=
=
s C r k AS A
138.11026.7045.13
09.03
4
=??=
=
-eff
v P D k R φ
()()623.0138.131
138.131138.1131311=??
?????-??=??????-=
th th φφφζ 9、石油炼制过程中，常需要用空气进行催化剂的烧焦反应，使催化剂再生,反应可视为一级不可逆反应,已知
烧焦反应于780℃,1.0133×105Pa 下进行，球形颗粒直径为４毫米，催化剂时本征反应速度ｒA ＝0.42[mol ／m 3.s]，反应热为198000 J ／mol,有效扩散系数为4.75×10-7m 2／s ，有效导热系数为0.366[W ／m.k]，试求颗粒内最大温差及内扩散效率因子。 〖解〗()mol C C Ag AS 00243.015.27378008206.021
.0=+?=
=
624.0366
.000243
.01980000001075.47=???=
???=
--e
AS
R eff S C H D T T λ℃
131728.000243.01042.0--?=
=
s C r k AS A ，
402.010
75.41728.06
104.03
7
2
=??=
=
--eff
V P D k R φ
9148
.0)402
.031
)402.03t a n h (1(402.01
)31)
3t a n h (1
(
1
=?-?=
-
=
φ
φφζ 10、用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为5mm ，颗粒有效导热系数e λ为0.35[J ／m.s.k]，每燃烧1mol 2O 放出热量8
104.5?J ，燃烧温度为760℃，氧在催化剂颗粒内的有效扩散系数eff D 为
7105-?cm 2/s 。试估计定态下催化剂颗粒表面与中心的最大温差。
〖解〗()
l mol C C Ag AS 00248.015.27376008206.021
.0=+?=
=
191.010
35.000248
.05400000001057=????=
???=
--e
AS
R eff S C H D T T λ℃
11、乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在300℃，7.09MPa 下，1
09.0-=s k ，
s cm D eff 241004.7-?=，采用直径与高均为5mm 的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。
〖解〗
942.010
04.709.06
5.03
4
=?=
=
-eff
V P D k R φ
6934
.0)942
.031
)942.03t a n h (1(942.01
)31)
3t a n h (1
(
1
=?-?=
-
=
φ
φφζ 12、异丙苯在某催化剂上裂解生成苯，如催化剂为微球状，已知ρP ＝1.06 g ／cm 3,颗粒孔隙率θ＝0.52,S g ＝
350m 2／g ，求在500℃，１atm ，异丙苯在催化剂微孔中的有效扩散系数。异丙苯的分子量为120，微孔的曲节因子δ＝３，异丙苯—苯的分子扩散系数为0.155cm 2／s 。球型催化剂颗粒直径为0.5 cm ，550℃时该反应的速率常数k=0.25 s -1，试求此催化剂的内扩散效率因子。 〖解〗
cm S V r g
P g
74
108.206
.11035052.022-?=???=
?=
ρ
s cm M
T r
D K 2371089.6120
15
.273500108.297009700--?=+?
??==
s cm D D D AB
K
C 33
106.6155
.011089.611111--?=+
?=
+
=
cm D D C eff 2331014.1106.63
52.0--?=??==
δθ 234.11014.125.0325.03
3
=??
==
-eff
v P D k R φ
()()592.0234.131234.131234.1131311=??
?????-??=??????-=
th th φφφζ 13、计算660Ｋ和30atm 下,在孔隙催化剂中,噻吩(分子量84)在氢气中的有效扩散系数。已知催化剂的比表面
S g ＝180m 2／g ，颗粒的孔隙率θ＝0.4，颗粒的密度ρp ＝1.4ｇ／cm 3，分子扩散系数D AB ＝0.052cm 2／s ，微孔的曲节因子δ＝2，(颗粒为球型)。 〖解〗
cm S V r g
P g
741014.34
.1101804.022-?=???=
?=
ρ
s cm M
T r
D K 2371054.884
6601014.397009700--?=?
??==
s cm D D D AB
K
C 33
1033.7052
.011054.811111--?=+
?=
+
=
s cm D D C eff 2331047.11033.72
4.0--?=??==
δθ 第三章 釜式及均相管式反应器
一、思考题
1、返混的含义是什么?返混是否总是有害的?
2、造成非理想流动的主要因素有哪些?其根本原因是什么?
3、返混能造成非理想流动,对否?非理想流动是由返混造成的?对否?
4、反应器设计的基本方程包括哪些内容?
5、绝热温升的物理含义是什么?
6、串、并连操作各有何特点?工业上何时采用串联操作?何时采用并联操作?两者是否可以互相代替?
7、一般情况下返混对反应结果都有不利影响,对否？
8、CSTR 串联为何好于单个大体积的CSTR?是否工业上都用多个CSTR 串联来代替单个CSTR?多釜串联时是否串联级数越多越好?
9、对一级不可逆反应,在相同的反应条件下完成相同的任务时,两个体积相同的CSTR 串联、并联的结果是否相同?如果不相同，哪种结果好？
10、CSTR 与PFR 串联操作时,其顺序的变化是否影响反应结果? 11、什么条件下串联操作与单个反应器操作的结果完全相同?
12、反应体积的变化是否影响反应结果?它是通过什么途径起的作用?对于不同反应级数的反应影响程度是否相同?
13、转化率与体积变化相比哪个对反应结果影响大?
14、反应体积增大与减少对反应结果有何影响?对不同反应级数的反应影响程度是否相同? 15、如果主反应级数大于副反应级数,体积增大对反应是否有利?
16、如果反应温度提高后,目的产物的选择性明显增加,从中可以得出什么结论? 17、瞬时选择性与总选择性有何关系?两者是否可以相等? 18、反应器多态的物理含义是什么? 二、计算题
1、以醋酸(A)和正丁醇(B)为原料在间歇反应器中生产醋酸丁酯，操作温度为100℃，每批进料1kmol 的A 和4.96kmol 的B ，已知反应速率(
)
h m kmol C r A A ?=3
2
045.1，试求醋酸转化率A x 分别为0.5、0.9、0.99时所需的反应时间。已知醋酸与正丁醇的密度分别为9603
m kg 和7403
m kg 。
O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943943+→+
解：加入物料的体积 3559.074074
96.4960601m V =?+?= 300
79.1559
.01m kmol V n C A A ===
()
??-==A A
x A A A
A x A A A x kC dx C r dx C t 022000
01 A
A
A x x kC -=
110
h x x kC t A A A 535.05.015
.0045.179.111105.0=-?=-=
h x x kC t A A A 81.49
.019
.0045.179.111109.0=-?=-=
h x x kC t A A A 9.5299
.0199
.0045.179.1111099.0=-?=-=
2、生化工程中酶反应A+P →P+P 为自催化反应，反应速率式为()P A A C kC r =－，某温度下k=1.512min 3
?kmol m ，原料中含有A0.99kmol/m 3，含P 为0.01kmol/m 3，要求A 的出口浓度达到
C Af =0.01kmol/m 3，该反应器的处理能力为V 0＝10m 3/h 时，试求：(1) 反应速率达到最大时A 的浓度；(2) 采用CSTR 反应器时的体积；(3) 采用PFR 反应器时的体积。
解：
(1) ()()A A R A R R A R A A C C C kC C C kC C kC r -+=+==000 为使反应速度最大，应有：
0=A
A
dC dr 即：0200=-+Am A R kC kC kC 3005.02
01
.099.02m kmol C C C A R Am =+=+=
(2) 全混流反应器的体积 ()()
()
()3000091.1060
01.0101.0512.101.099.010m C C C kC C C V V A A R A A A R =?-??-?=
-+-=
(3) 平推流反应器体积： ()()
?
?-+-=-+-=A
A x A A R A A
x A A R A A R C C C C dC k
V
C C C kC dC V V 0
000
000
()?
???? ??-+-+-
=A
x A A A R A
A R dC C C C C k
C C V 0
0000
11 ()()A
A A A A A A
A C C C C k V C C C C k
V 00
00
0011ln 11ln ln --=???? ??----
=
()()3013.101
.099.0199.001.01ln 60512.110
m =?-?-?=
3、由醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，化学反应为：
CH 3COOH(A)+C 4H 9OH →CH 3COOC 4H 9+H 2O
h mol l k ?=966.0，每小时处理原料量为735kg ，反应混合物密度为0.75kg/l ，原料配比为醋酸:丁醇＝
1:4.97(mol)，动力学方程为2
A A kC r =，5.0=A x ，求反应器的有效容积：(1) 用一个全混流反应器；(2) 用两个全混流反应器串联，已知：5.0324.021==A A x x ，，(3) 用一个平推流反应器。
解：进料中醋酸含量：
1675.097.411
=+
进料中丁醇含量：8325.097
.4197
.4=+
进料的平均分子量：655.71748325.0601675.0=?+?=M
h mol h kmol N A 1.17187181.11675.0655.71735
0==?=
h l V 98075
.07350==
l mol V N C A A 75.1980
1
.1718000===
(1) 全混流反应器： (
)()
l x kC x C V V A A A
A R 11655.0175.1966.05.098012
2
2000=-???=
-=
(2) 全混流反应器串联： ()
()l x kC
x C V V A A A A R 3.409323.0175.1966.0323.098012
2
12
1001=-???=
-=
()()
()()
l x kC
x x C V V A A A A A R 2.4115.0175.1966.0323.05.0980122
220
12002=-??-?=
--=
l V V V R R R 5.8202.4113.40921=+=+= (3) 平推流反应器： (
)()
l x x kC V x kC dx C V V A A A x A A A
A R A
8.5805.0175.1966.05
.098011000
2
2000=-???=-=
-=?
4、在间歇反应器中进行液相反应Ａ＋Ｂ→Ｐ，测得此二级反应的反应速度常数为k ＝61.5×10-2[l ／mol.h]，C A0＝0.307[mol ／l]，计算当C B0／C A0＝1，转化率分别为0.
5、0.9、0.99所需的反应时间，并对计算结果加以讨论。
解：
()
??
-==A A
x A A A
A x A A A x kC dx C r dx C t 022000
01 A
A
A x x kC -=
110
h x x kC t A A
A 296.55
.015
.0307.0615.0111
05.0=-?=
-=
h x x kC t A
A
A 668.479
.019
.0307.0615.01
11
09.0=-?=
-=
h x x kC t A
A
A 35.52499
.0199
.0307.0615.01
11
099.0=-?=
-=
5、在等温间歇反应器中进行皂化反应：
CH 3COOC 2H 5＋N a OH →CH 3COON a ＋C 2H 5OH
该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一级，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速度常数为k=5.6[l/min.mol],要求最终转化率为0.95，试求所需的反应时间。
解：
()
??
-==A A x A A A
A x A A A x kC dx C r dx C t 022000
01 A
A
A x x kC -=
110
min 6.16995
.0195
.002.06.5111
0=-?=
-=
A
A
A x x kC t
6、在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.90，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？
解：平推流反应器：
()
k
k
x k
x kC dx C r dx C t A
x A A A
A x A
A A A
A
303.29
.011ln
111ln
110
000
0=
-=
-=
-==?
?
全混流反应器：
()
()
A A A A A A A
A
A x k x x kC x C r x C t -=
-=
=
11000
()
k
x k x A A 303.21=-
6972.0=A x
7、在150℃等温平推流反应器中进行一级不可逆反应，出口转化率为0.60，现改用等体积的全混流反应器操作，料液流率及初浓度不变，要求转化率达到0.70，问此时全混流反应器应在什么温度下操作，已知反应活
化能为83.68[kJ ／mol]。 〖解〗平推流反应器：
()
916.060.011ln
11ln
11
01
01
00100?=
-=
-=
-=?
k V k V x k V x C k dx C V V A A A A
A R
全混流反应器：()
333.27
.017
.012
020
0200?=-=-=
k V k V x C k x C V V A A A A R
12547.2k k =，15
.423314.883680314.883680707.4?-
?-
=e
e
T
K T 5.440=，35.167=t ℃
8、在全混流反应器中进行如下液相可逆反应： R P B A k k +?+1
2
在120℃时，反应速率R P B A B A C C C C r r 7.18-==()l mol ?min ，反应器的体积为100mL ，两股进料流同时等流量进入反应器，一股含A l mol 0.3，另一股含B l mol 0.2，当B 的转化率为80％时，每股料液流量为多少。 〖解〗
()()min
032.08.08.07.12.07.088.08.017.08.015.1
; 2.08.011112
1
2 ; 5.121
33000000?=??-??==?====?-=-==-?=-==?
==?
=m kmol r l
mol x C C C l
mol x C C C mol x C C l
mol C l mol C B B B S R B B A A B B B B A
min
2min 4100032
.08.01 0000l m V V l m V ml
V r x C V V B A B
B
B R ====??=
??=
9、液相自催化反应Ａ→Ｐ，反应速度r k C C A A P =，k=10-2[m 3／kmol.s]，进料体积流率V 0=0.002m 3／s ，进料浓度C A0＝2[kmol ／m 3]，C P0＝0，问当X A ＝0.98时，下列各种情况下的反应器体积。(1) 单个平推流反应器；(2) 单个全混流反应器；(3) 两个等体积全混流反应器串联。 〖解〗 ()A A A A R A A x C x kC C kC r 001-==
(1) ()-∞=-?=
-=?
98.00
098
.00
20
00|1ln
1A
A A A
A A A
A R x x kC V x x kC
dx C V V (2) ()()32
000598
.098.01201.098.0002.01m x x kC x C V V A
A A A
A R =?-???=
-=
(3) ()()()2
22
120021
120
100111A A A A A A R A A A A A R x x kC
x x C V V x x kC
x C V V --=
=-=
85.01=A x ()()31
1201
0021667.085
.085.01201.085.0002.01m x x kC x C V V V A A A A A R R =?-???=
-=
=
3
21334.16678.0667.0m V V V R R R =+=+=
10、在全混流反应器中进行一级可逆反应R A ?，R A A C k C k r 21-=，已知该反应温度下A 的平衡转化率
32=Ae x ，反应器出口实际转化率31=Af x ，问如何调节加料速率，可使反应转化率达21。
〖解〗平衡时
323210
201A A C k C k =??? ??
-
212k k =
()2
012
2011
021011
00133131123
11k V k k V x C k x C k x C V V A A A A A A R =-??? ?
?
-?
=
--=
2
022
2012121132
1k V k k V V R =-??? ??
-?
=
3
101
02=V V
11、在平推流反应器中进行气相反应：A →3B ，[]r C m o l l A A
=?01.m i n ，反应器进口, 含Ａ65％，其余为惰性组分(mol ％)，反应是在550K 和３kg/cm 2下进行反应，已知进料中Ａ的流量为10 mol ／min ，为使转化
率达80％，试求：⑴ 所需的空速为多少；⑵ 反应器的有效容积为多少？
〖解〗
εA A A A A C P
R T m o ll
v N C l =?==
=??====065213309678
008206550
0064310006431554500
.......m i n ,
()
t C x kC x dx k x x s t V v t l
A A A A A A A A V R =+-=
--?? ??
?=
--??? ?
??======?=?
-000
075
1
0111231
1130800
10123
11080130800800
266211
2662003815545266241376ε..ln ....ln .
...
.m in .
.m in ...
12、某气相不可逆反应：A →B ＋2C ，在60℃，5atm 下的平推流反应器内进行,原料气中含75％的A 和25％的惰性物料（mol ％），物料的体积流量为056.k g s , A 和惰性物料的分子量分别为60和40，反应速度常数为0111
.s -，转化率控制为75％，
试求：⑴ 所需的空速为多少？⑵ 反应器的容积为多少？ 〖解〗
εA A A A A C m o l l
M N m o l s v N C l s =?==
??==?+?==??====0752150755
008206333
0137075600254055
056100755576476401375574003
............. , ,
(
)t C x k C x d x k x x s s t s V vt l A A A
A A A A A V
R =+-=--?? ???
======
?=?
-000
075
1
0111251
115075
212811212800475574212811862ε..l n ........
13、某气相反应：A P →2，已知物料的体积流量V m h 03
10=, k h =-101
,转化率x A =085.，计算下列各情况的反应器的体积(纯Ａ进料)：⑴ 单个平推流反应器；⑵ 单个全混流反应器；⑶ 两个等体积全混流反
应器串联。 〖解〗 εA =1
()()
()()()
()()()11121
10850
1010211085085294211100851085101085104830000
085
030003
V v C x kC x dx v k x x m V v C x x kC x m V R A A A A A A A A R A A A A A A =+-=
--?? ???=
--?? ?
??==
+-=
??+?-=?εε.ln .ln
.
......()()
()()
()
()()R R A A A A A A A A A A A A A A V v x x k x v x x x k x x x x x x x 1200111101511850851572534225185=+-=
+--+=-?-=-+ ;
0.15 1 1 1 2 2 1 21 1 12 1 1 1 1
2ε......
()()1735725157250062762112062761627610627654912
11001101
3........x x x V vC x x k C x m A A A R
A A A A A -+
==
=?+-=??-=
14、在平推流反应器中，以乙烷气体为原料进行裂解制乙烯：C 2Ｈ6→C 2Ｈ4＋Ｈ2；动力学方程式为：r k C A A =，反应温度为900℃，压力为1.4atm(绝压)，反应速度常数k=16.45s -1，进料为乙烷与水的混合物，其配比乙烷:
水＝1:0.5(体积)，乙烷进料速度为20吨／时，乙烷的转化率为60％，设反应器在恒压下进行，试计算反应时
间和反应器的体积。 〖解〗
乙烷含量，y V n R T P lh A A
00
7
7
115066670666721
1
066672100082061173151430
687610===?-===?????=?........ε V VC x k C x d x V k x x l
t V V s R A A A A A
A A R =+-=--=
??--?===??=?0000
70
7
1066671166671106667687610
1645360016667110606667061308813088360068761000685.(
)(.l n .)..(.l n ...)....
第四章 反应器中的混合及对反应的影响
一、思考题
1、停留时间分布函数有何特点？单位是什么？
2、停留时间分布密度函数有何特点？单位是什么 ？它与停留时间分布函数有何关系？
3、停留时间分布测定方法有哪些？得到的应答曲线是什么？
4、平均停留时间与反应时间是否一致？
5、方差的物理含义是什么？方差大小，是否影响平均停留时间？返混程度与平均停留时间及方差是否有关系？
6、皮克莱准数（Pe ）的物理含义是什么？它的倒数表明什么？
7、实际反应器中的流动状态是否可以同时用几个数学模型进行描述？ 8、停留时间分布一定，反应器中的流动状况便唯一确定，对否？
9、流动状况可以用流动模型来描述，也可以用停留时间分布函数来表达。所以，停留时间分布函数一定，流型便一定，反之亦然。对否？
10、宏观流体的平均转化率和平均浓度怎样计算？均相反应是否有宏观流体？非均相反应是否有宏观流体？ 11、气液反应历程一般有几个步骤？ 二、计算题
1、用脉冲法测得某反应器出口示踪物的浓度如下：
ｔ(s)0 120 240 360 480 600 720 840 960 C(t) 0 6.5 12 12 10 5 2 1 0
已知该反应器内进行一级不可逆反应，反应速度常数k ＝3.24×10-3s -1，试用多级串联全混流模型计算转化率
A x 。
解：
()()
s t C t tC t m 4.37450
18720
00==
=
∑∑∞
∞
或：()()
s t E t tE t m 3.37400834
.012146
.300==
=
∑∑∞
∞
()()
2220
0226.306084.37450
8539200
s t t C t C t m t =-=
-=
∑∑∞
∞
δ 或：()()
()
220
2002
26.306083.37400834.003
.1424s t C t t E t E t m t =-=
-=
∑∑∑∞
∞
∞
δ
218.04
.3746
.306082
2
2
2
==
=
m
t t δδ 59.4218.01
1
2
==
=
δm ()
659.059.44.3741024.311
111
159
.43
=?
?
? ????+-
=+-
=-m
Am k x τ
2、有一理想的釜式搅拌器，已知反应器体积为100升，流量为10L/min ，试估计离开反应器的物料中，停留
时间分别为0～1min ，2～10min 和大于30min 的物料所占的分数。 解：对示踪剂作物料衡算(dt 时间)：
示踪剂进入量＝示踪剂流出量+示踪剂累积量 ()()t dC V dt t C V dt C V R +=000
()()dt
t dC V V t C C R 00+=， ()()??????-=?
?????0011C t C t dt C t C d m
()()dt t C t C C t C d m 1100=-???
???，积分：()A t t C t C m +=-
11ln 当0=t 时，反应器出口处()0=t C ，则有0=A 。 则：()m t t
C t C =-
11ln
()()m t t
e C t C t F -
-==10
m i n 1010
1000
==
=
V V t R m
()095.01110
1=-=-e
F
()451
.010210
1010
2=-=--
-
e
e F ()05.03010
10
30=-=>∞-
-
e e
F
3、用脉冲法测得停留时间分布数据如下：
t(s) 0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 c(t) 0 0 0 0.1 5 10 8 4 0 0
试计算平均停留时间，如在反应器中进行一级反应Ａ→Ｒ，k ＝0.0075s -1，求平均转化率。如分别采用CSTR 和PFR ，其平均停留时间相同，则反应结果分别为多少。 〖解〗
s t
t C t t tC t m 1.25948
1.2748
4.7022)()(00=??=
??=
∑∑∞
∞
()()8481.01519.0148
1.2748
116.41110
00
=-=??-
=????-
=-=∑∑∞∞
-t
t C t
t C e
C C x kt
A A
A
平推流反应器：
()A
A A A A R x k V x C k dx C V V -=-=?
11
ln 1100100
A
x k t -=
11ln 11 8568.0110075.1.259=-=-=?--e e x kt A
全混流反应器：()A
A
A A A A x x k x kC x C t -=-=
11100
6602
.01
.2590075.011
.2590075.01=?+?=+=
kt kt x A 4、用脉冲示综法测得实验反应器的停留时间分布关系如下表所示，
t(s) 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 30 41 52 67 c(t) 9 57 81 90 90 86 77 67 47 32 15 7 3 1
今有一液相反应A ＋B →P ，已知C A0< 可达99％，试计算(1) 该反应器的平均停留时间及方差；(2) 若实验反应器以多釜串联模型描述，可达到的转化率为多少？ 〖解〗 7094 .058.1521.17221.17258.151371 568887)()(58.151371 21367)()(2 222 2220 2 2 0== = =-= -??= == ??= ∑∑∑∑∞ ∞ ∞ ∞ m t m t m t s t t t C t t C t s t t C t t tC t σσσ 4096.17094 .01 1 2 == = σm 由于C A0< () s t x x k x x kC V x kC dx C V V m A A A A A A A A A R 2949.058 .151 99.0199.0ln 11ln 1ln 10099 .00 000=?-=?-=-?= -=? 8703.0) 4096 .158.152949.01(1 1)1(114096.1=?+-=+- =m A kt x 5、一个特殊设计的容器作为一级液相反应的反应器，为判断反应器内的流动状况与理想流动状况的偏离情况，用脉冲法进行示综试验，在容器出口处测得不同时间的示踪剂浓度如下所列： t(s) 10 20 30 40 50 60 70 80 ────────────────────── c(t) 0 3 5 5 4 2 1 0 假定在平均停留时间相同的全混流反应器中的转化率为82.18％，试估计该反应器的实际转化率。 解： ()() s t C t tC t m 4020 1 7032000=?++?= = ∑∑∞ ∞ ()1001153.08218 .018218 .0401111-=-?=-=-= s x x t x tC x C k A A A A A A ()()974 .0026.0120 5208 .01110 00 =-=- =????- =-=∑∑∞∞ -t t C t t C e C C x kt A A A 第六章 气－液反应工程 一、思考题 1、化学吸收增强因子是否永远大于等于1？ 2、工业上常用什么方法减小气膜、液膜厚度？ 3、M 准数的物理含义是什么？它的大小是否可以作为判别反应快慢的唯一依据？ 4、欲使反应面与界面重合，常采用什么方法？ 5、对于快反应，增加相接触面积是否有利？增加液相体积有无作用？ 6、极慢反应，增加相接触面积是否有利？增加液相体积有无作用？ 二、计算题 1、PH=9的溶液在20℃下吸收CO 2。已知，s m D AL 29 10 4.1-?=，CO 2与OH －的二级反应速率常数 s kmol m k OH ?=-3410，液膜传质系数s m k AL 410-=，问化学反应是否在液流主体中进行。 解：35 9 14 10 1010m kmol C OH -=?=- 15 4 11.010 10--=?==--s C k k OH OH 1014.010 1 .0104.18 921<<=??==--L AL k k D M 所以反应主要在液流主体中进行，属于缓慢化学反应。 2、NaOH 溶液吸收CO 2，反应速率B CO CO C C k r 222=，NaOH 浓度3 5.0m k mol C B =，液膜传质系数 s m k AL 4105.1-?=，反应速率常数s kmol m k 332105?=，液膜内分子扩散系数s m D AL 29108.1-?=， 界面上CO 2分压为0.001MPa ，CO 2气体的亨利系数MPa m kmol H CO ?=3 138.02，若液膜中NaOH 浓度可认为常量，试求反应吸收的速率。 〖解〗 B C 为常量，反应可视为拟一级反应，反应速率常数： 13321105.25.0105-?=??==s C k k B 1.14105.1108.1105.24 9 31=????= = --AL AL k D k M 属于M >>1的快反应，1.14==M β ( ) s m kmol D k P H D k C C k N AL CO CO AL Ai Ai AL CO ??=?????====--2 7 9 31110 92.210 8.1105.2001.0138.0222β 3、铜络合溶液吸收氧气为快速不可逆反应，其反应为： ()()O H NH C NH NH O NH C u u 243432232225.02+→++++ + + 已知系统总压为12.0Mpa ，气体中氧气的含量为0.1%，已知h MPa m kmol k g ??=2 0.5， s m k L 4100.2-?= ()1,,2 32=+L NH C L O u D D ，试求含()+ 23NH C u 为30.2m kmol 铜络合溶液吸收氧气的吸收速率。 〖解〗 MPa P O 012.0001.0122=?= ()BL g BL l g AL C BL C P D k k D C <<=?????= = -333.03600 100.2012 .05414 ν 由此判断，该反应为气膜控制，相界面与反应面重合，则有 h m kmol P k N g g A ?=?==206.0012.05 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 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 A+C ? D (2)A+2B ?C B+C ?D C+D →E (3)2A+2B ?C A+C ?D 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 22 B A 1B C 22B 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 22B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 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 -1-363 111 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 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 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 5-1 液相反应，反应速率，在一个CSTR 中进行反应时，一定的工艺条件下，所得转化率为0.50，今若将此反应移到一个比它大6倍的CSTR 中进行反应，其他条件不变，其能达到的转化率是多少？ P A →()2 A A kc r =? 5-2 一级反应，在150℃等温PFR 中可得转化率0.6，现改用同样大小的CSTR 操作，处理量不变，要求转化率为0.7，问此时CSTR 应在什么温度下操作？已知反应活化能为83.7。 mol kJ / 5-3 已知一级反应在PFR 中进行反应时，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个CSTR 中进行，若两种反应器的体积相同，且操作条件保持不变，问该反应在CSTR 的出口处转化率是多少？ 5-4 一级反应，反应活化能为83.7，反应温度为150℃，在一管式反应器中进行，若其体积为，如改用CSTR ，其体积为，说明的表达式，若转化率为0.6和0.9，为使CSTR 的体积和PFR 的体积相同，则CSTR 应在什么温度下进行？ P A →mol kJ /P V M V M P V V /M V 5-5 某液相反应，实验测得浓度—反应速率数据如下： P A → ()1/??l mol c A 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 ()([]min //??l mol r A ) 0.625 1 2 2.5 1.5 1.250.8 0.7 0.65若反应在CSTR 中进行，进口浓度l mol c A /20=，当出口浓度分别为、、时，进料体积流量为，求所需反应器体积，并讨论计算结果。 Af c l mol /6.0l mol /8.0l mol /1min /120l 5-6 在一个体积为300的反应器中，86℃等温下将浓度为3.2的反应物A 分解 l 3 /m kmol S P A +→ 该反应为一级反应，86℃下。最终转化率为98.9%，试计算A 的处理量。 1 08.0?=s k （1） 若反应器为间歇操作，且设辅助时间为1.5min / （2） 若反应器为CSTR ，并将结果与（1）比较； （3） 若A 的浓度增加一倍，其他条件不变，结果如何？ 5-7 在体积为的反应器中进行液相等温反应，已知反应速率为，求： R V P A →()2A A kc r =?（1）当在CSTR 中的时， 若将此反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则为多大？ 50.0=Af x Af x （2）当在CSTR 中的时，若将此反应器增大10倍，则又为多大？ 50.0=Af x Af x 《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》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) 。 化学反应工程练习题 一．填空 1.对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为__________。 2. 拟均相模型：对于多相催化反应，忽略催化剂内外__________和__________的差异，将反应当成均相反应。 3.反应器处在非稳定的操作状态下，当操作参数有小的扰动，反应器的局部地方或整个反应器中的温度便会大幅度地上升的现象，称为__________。 4. 对于恒容的平推流管式反应器__________、__________、__________一致。 5.全混流反应器的空时τ是__________与__________之比。 6.消除外扩散影响最有效的措施是__________；消除内扩散影响最有效的措施是__________。 7. 在有滞留区存在的釜式反应器E(θ)图中，，当θ=0时，E(θ)=__________1（填<，>或=）。 8. 平推流反应器的F 函数的无因次时间表达式为__________，其无因次方差σ2＝__________，而全混流反应器的无因次方差σ2＝__________。 9.脉冲示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到__________曲线，阶跃示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到__________曲线。 10. 某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得k P =5s -1,有效扩散系数D eA =0.2cm 2/s 。当颗粒直径为0.1mm 时，内扩散系数为 。 11. 一级不可逆液相反应，A → 2R ，L kmol C A /3.20=， 出口转化率7.0=A X ，每批操作时间2.06h ，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，=60，则反应器的体积V 为_______。 12. 某二级液相反应A+B==C ，已知在间歇全混釜反应器中达到x A =0.99需反应时间为 10 min ，在平推流反应器中进行时，空时τ=__________。 R M 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？ 第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反） 4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操作、连续式操作、半分批式） 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。（传质、传热、动量传递） 6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。（数学模型） 7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。（累积量=输入量-输出量） 8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。（D ） A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。（A ） A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学 1. aA + bB pP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。（ a p ） 2.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。（ 00K K K K n n n -= χ） 3. 化学反应速率式为β αB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。（) ()(βα+RT ） 4. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。（反应速率） 5. 一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用______________法来求反应级数。（初始速率法） 6. 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。（浓度、温度） 7. 如果平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应 _______。(提高温度) 8. 一级连串反应A S K 1 K 2 P 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应 ______12/k k 。（降低） 9.化学反应O H CH H CO 2423+?+，其中化学反应计量系数为-1的是哪种物质______。（A ） A. CO B. 2H C. 4CH D. O H 2 10.对于一非恒容均相化学反应αA A αB B ，反应组分A 的化学反应速率 =-A r _______。（A ） A. Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r B A -=- C. dt dC r A A -=- D. dt dC r B A -=- 第一章 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：（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为%。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（）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：（摩尔比），当 A P 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 )= mol n P =n A0 Y P = mol n C =n A0 (X A -Y P )= 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 = mol n O =n O0 -1/2n P -3/2n C = mol n N =n N0 = mol 1.1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，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 Bkg/h 粗甲醇 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 H 2 CO 2 CH 4 N 2 粗甲醇的组成为CH 3OH %,(CH 3)2O %,C 3H 9OH %,H 2O %,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 ,CO ,H 2 ,CH 4 ,。若循环气与原料气之比为（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 单选题 １． 对于反应级数n ＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用____＿__。(A) (A)平推流反应器 （B)全混流反应器 (Ｃ)平推流串接全混流反应器 （Ｄ)全混流串接平推流反应器 2． 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项__＿＿_＿＿。(P22) （A ）加料时间 （B ）反应时间 （C)物料冷却时间 （D ）清洗釜所用时间 3. 下列单位不属于反应速率的是____＿__。(P １3) （A)m ｏｌ/(g ﹒ｓ) (B)m 3/ｓ (C ）mol/（m 2﹒s) (D ）mol/(m 3﹒ｓ) 4.反应 A B C →+,12.50 k s -=,则反应级数为_＿____＿。(P 13) A. 0 （Ｂ)1 (Ｃ）2 (Ｄ）３ ５. 反应NaOH + HCl NaCl + H 2O ,已知mol s l k /1.0?=，则反应级数ｎ=＿___ ＿＿_。(P 13） （Ａ)0 （B)1 (C ）2 (D)3 6． 气相基元反应 B A →2,进料时反应物Ａ和稀释剂C 以等摩尔比加入,则膨胀率为____＿__。（P58) （A ）-1 （Ｂ)-0.2５ (C)0.25 （Ｄ)０.5 7. 下面反应器中不属于理想反应器的是＿______。(P21） （Ａ）间歇反应器 (B)全混流反应器 (Ｃ）平推流反应器 (D ）膜反应器 8． 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_____＿_。（Ｂ) （A)平推流反应器串联 （Ｂ)全混流反应器串联 (C ）平推流反应器并联 (D ）全混流反应器并联 9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，0.01 /A A r C mol L s -=?，当C Ａ０＝1 mol ／Ｌ时,求反应至ＣA0=0．０1 ｍol/Ｌ所需时间t=_＿＿_＿＿_秒。(P43) 第一章习题 1 有一反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，反应物转化掉80％，经过18min 后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。 解 2A A min 18A0min 8A0A A A0d d 2 19.019.0181)(21 8.018.081)(11kc t c kc kc x x c kt =-=-?== -?=-?= 为假设正确，动力学方程 2 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为： ()()()() S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 9434 2+??→?+ 反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A 转化率达50％需要时间为24.6min ，辅助生产时间为30min ，每天生产2400kg 醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m -3，反应器装填系数为0.75。 解 3 3 1 3 1 111 1 1 i 1.2m 0.75 0.8949 总体积 反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr 6054.6 折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750 737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.5 0.862 的投料量A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116100 hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==?==+=?=+?=??=?=??=?=?=+→+-------器器投料量则量流量产量 3 反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol·m -3，物料密度为1050kg·m -3。反应为拟一级反应，速率常数为k =5.708×107 exp(?E /RT ) min -1，E =49.82kJ·mol -1。求x A =0.8时，在等温操作下的反应时间。 解 min 6.308 .011ln 05252.0111ln 1min 05252.0)288 314.849820 exp(10708.5A 1 7=-=-==?-?=-x k t k 4 在555K 及0.3MPa 下，在平推流管式反应器中进行气相反应A →P ，已知 1. 反应器的类型不同，则( )也将有不同。 A ．反应动力学 B ．传递特性 C ．反应的相态 D ．反应的可逆性 2. 等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 )R()(k2 1副产物主产物?→??→? P A k 若保持相同的转化率x A ，调节反应温度使k 2/k 1增高，则P 的收率将( )A.增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减 3. 全混流釜式反应器有_______个稳定的定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 4. 对于绝热操作的放热反应，最合适的反应器为_______。 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 5. 等温液相反应 A+2B →P r p =k l C A C B 2，R 为目的产物 2A+B →R r R =k 2C A 2C B 有下列四种方案可供选择： (1) 间歇釜式反应器，A 和B 一次性加入；(2) 全混流反应器；(3)半间歇釜式反应器，B 一次性加入，A 连续滴加；(4) 半间歇釜式反应器，A 一次性加入，B 连续滴加。 从提高R 的收率着眼适宜选用( ) A ．(1) B ．(2) C ．(3) D ．(4) 6. 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。 7. 由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)=0.1exp(-t/10) min -1，可判别该反应器的流型为 ( ) A ．平推流 B ．全混流 C ．轴向分散 D ．多级混合 8. 气固催化反应本征速率是指排除( )阻力后的反应速率。 A ．外扩散阻力 B ．内扩散 C ．内外扩散 D ．吸附和脱附 9. 化学反应工程是一门研究 的科学，化学反应过程按操作方法分为 、 、 操作。 10. 一气固催化反应R B A →+2，若反应机理为： 222A A B B A B R R R σσσσσσσσσσ +?+?+?+?+ 控制 则本征反应速率方程为？若反应为R 脱附控制或表面反应控制则速率方程为？ 11. 一液相复合反应12,k k A P A Q ??→??→，均为一级不可逆反应。在单一连续釜中等温反应，已知该 温度下，k 1=3k 2，问当最终转化率为85%时，目的产物P 的瞬时选择性为： ，总选择性为： 。 12. )1A -?对x A 的曲线上存在极小值的情况是 反应和 反应的特征。 13. 均相CSTR 反应器中，放热S 形曲线与移热直线一般有3个交点，高温区交点、中温区交点、低温区交点的特征分别是什么？工业上一般选择什么区交点为操作点？为什么？ 14. 停留时间分布函数F （t ）和停留时间分布密度函数的物理意义？两种理想反应器的F(t)和E(t)分别为？ 15. 液相复合反应Q B A P B A k k ?→?+?→?+2122, 若25.025.021B A Q B A P C C k r C C k r ==为使目的产物P 的选择性高，应选择： 问：若采用间歇反应釜，其加料方式为？若采用管式反应器，其进料方式为？若E 1>E 2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？ 16. 气—固相催化反应的动力学步骤？ 17. 为什么说对于反应级数大于零的不可逆反应，反应温度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小；反应物浓度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小？ 18. 在一个体积为300L 的反应器中，86℃等温下将浓度为3.2kmol/m 3的过氧化氢异丙苯溶液分解： ()65333652C H C CH COH CH COCH C H OH →+ 生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s -1，最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。问：如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min ；如果是全混流反应器；若采用管式反应器；试比较以上的计算结果； 19. 试论述非传统反应工程与传统反应工程的区别，并举例论述非传统反应工程。 20. 温度与浓度对反应速率的影响如何？ 21. 如何消除内外扩散的影响？梯尔模数、丹科莱尔数、彼克列数的物理意义？ 22. 轴向扩散、多釜串联、层流模、离析流、全混流和平推流模型的适用范围、典型特点和特征参数？ 第四章非理想流动 1. 停留时间分布的密度函数在t < 0时，E (t) = 。 2. 停留时间分布的密度函数在t > 0时，E (t) _ _ 。 3. 当t=0时，停留时间分布函数F (t) =_ 。 4. 当t= a时，停留时间分布函数 F (t ) = ______ 。 5?停留时间分布的密度函数E ( 9 ) = _______ E (t ) _ 2 _ 2 6. 表示停留时间分布的分散程度的量▽日= ______ 坊七。 7. 反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为 。 8. 平推流管式反应器t 时，E (t ) = ______________ 。 9. 平推流管式反应器t式￡时，E (t ) = ___________ 。 10. 平推流管式反应器t At时，F (t) = ___________ 。 11. 平推流管式反应器t V t时，F (t) = ___________ 。 2 12. 平推流管式反应器其E ( 9 )曲线的方差▽日= ____________ 。 _ 2 13. 平推流管式反应器其E (t )曲线的方差▽t = _____________ 。 14. 全混流反应器t=0时E (t ) = ________ 。 _ 2 _ 15. 全混流反应器其E ( 9 )曲线的方差日二_____________ 。 _ 2 _ 16. 全混流反应器其E (t )曲线的方差=_________________ 。 _ 2 17. 偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动， E ( 9 )曲线的方差日为____________ 。 C A 18. 脉冲示踪法测定停留时间分布C0对应曲线为___________ 。 C A 19. 阶跃示踪法测定停留时间分布C0对应曲线为__ _ 。 20. 非理想流动不一定是由__= _______ 造成的。 21. 非理想流动不一定是由返混造成的，但返混造成了______________ 。 22. 为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种轴向返混与扩散过程的相似性，在__ _____ 的基础上 叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并认为的假定该轴向返混过程可以用费克定律加以定量描述，所以，该模型称 为_ _ _ 。 23. 在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数P e = __。 24. 在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就________ 。 25. 轴向分散模型的偏微分方程的初始条件和边界条件取决于采用示踪剂的__________ 、 __________ 、_______ 的 情况。 26. 轴向分散模型的四种边界条件为___ ________ 、 _____________ 、 ____________ 、_ 。 27. 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_ —。 一、填空 1. 某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式 为 。 2. 某反应速率常数的单位为m 3/(mol.hr)，该反应为 级反应。 3. 对于反应23A B R +→，各物质反应速率之间的关系为：(-r A ):(-r B ):r R ＝ 。 4. 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 。 5. 在间歇反应器中进行一恒压气相反应32A B R +→，原料为A 和B 的混合物， 其中A 含量为20%(mol)，若物料初始体积为1升，则A 转化50％时，物料的总体积为 。 6. 某液相反应A R →于50℃下在间歇反应器中进行，反应物A 转化80％需 要10min ，如果于相同条件下在平推流反应器中进行，则达到同样的转化率需要的空时为 ；如果同样条件下在全混流反应器中进行，达到同样的转化率需要的空时是 。 7. 有一液相反应12 A R →，A 的初始浓度为0.5mmol/L 和2mmol/L 的条件下 均在30min 内转化了15％，该反应的反应级数为n = 。速率常数k = . 8. 某液相基元反应A R →，在一恒温循环反应器中进行，循环比R=1时，A 的转化率为2/3，如果关闭循环物流，转化率应为 。 9. 某反应的 1 A r -～X A 曲线示于图2，反应在一循环反应器中进行，出口转化率为60％，则最优循环比R ＝ 。 0.0 0.10.20.30.40.50.60.7 1/(-r A ) x A Equal areas 《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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