反应工程题库(答案自己做的,仅供参考)
一、是非题：（正确的打“√”，错误的打“×”）
1．对化学反应来说，温度越高，反应速率越大，因此高温操作，可使反应器体积最小。（× ） 2．多个PFR 串联或多个CSTR 串联，其流型仍为活塞流或全混流。 （ × ） 3．对于零级反应，由于反应速率与反应物浓度无关，因此催化剂内扩散阻力对宏观反应速率无影响。 （ × ） 4．在进行均相反应动力学实验时，既可以在间歇反应器中进行，也可以在连续流动反应器中进行，但由于反应器操作方式不同，因此所得的反应动力学方程形式也是不同的。( × ) 5． 间歇釜式反应器改成连续操作后，由于省去了辅助时间，因此一定能提高产量。 （ × ）
6．在绝热式固定床反应器中进行一级不可逆反应，由于西勒（Thiele ）模数与反应物浓度 无关，因此内扩散有效因子在床内为常数。 （ × ）
7．由于全混釜的停留时间分布比任意非理想流动反应器的都宽，因此NFR t CSTR t )()(22σσ>。 （ × ）
8．在一绝热反应器中，仅当进行一级反应时，其反应温度和转化率的关系才呈线性。 （ × ）
9.在任意转化率下，一级不可逆连串反应在全混流反应器中进行的收率总是低于在间歇釜中进行的收率。√
10．在相同的温度下，一级连串不可逆反应A →P →Q ，在间歇反应器中进行时P 的收率总是高于在全混流中进行的P 的收率。 （ √ ） 11．在全混流釜式反应器中进行液相反应,由于返混程度最大,故反应速率一定最小。（ × ） 12．因为单一反应就是基元反应，因此反应级数与化学计量系数相同。 （ × ）
13．一自催化反应P A k
?→?
,若(-R A )=kC A C P ，由于反应级数大于零，则在达到相同的转化率时，所需的V PFR 总是小于V CSTR 。 （ ） 14．在间歇反应器（BR ）中和活塞流反应器（PFR ）中等温进行同一反应，若C A0、x Af 相同时，则t BR = τPFR 。 ( × ) 15．无论是一级反应还是二级反应，流体的混合态对反应结果无影响。 （ × ） 16．对气固催化反应，由于外扩散阻力的存在，使得C AS < C AG ,因此必定使反应的选择性下降。 （ × ） 17．设计固定床反应器时需考虑内扩散对反应的影响，而设计流化床反应器时，则不必考虑内扩散的影响。 （ √ ） 18．多段绝热式固定床反应器的最优化结果是各段催化剂用量相等。 （ × ） 19．可逆反应在管式反应器中进行时，反应温度应沿着最佳温度线操作，使反应器体积最小。 （ ） 20．可逆反应在固定床反应器中进行时，反应温度应沿着最佳温度线操作，使催化剂用量最少。√
21.在流化床中，气泡是贮存反应物料和进行化学反应的主要场所。（一定要选择的话，我选错的） × 22．对气液反应，由于化学反应使液膜阻力减小，故一般为气膜控制过程。 （ √ ） 23.填料塔具有较大的相界面积，适用于快速反应，而鼓泡塔储液量大，适用于慢速反应
(√ ）
24．气液反应，当气膜阻力最大成为控制步骤时，反应发生在相界面和气膜内。 （ × ）
25．一气液反应，50,1002==∞βγ，则该反应为瞬间不可逆反应。 （ ） 26．一气液反应，在一定操作条件下，膜内转化系数100,1002==∞βγ，则该反应为拟一级快反应。 （ ） 27.方差2t σ表示了流体在反应器中停留时间分布的散度，2t σ值愈大，返混程度愈大。因为（2t σ）甲 >（2t σ）乙，因此甲反应器的返混程度一定大于乙反应器的返混程度。 ( × ) 28．由于全混釜的返混程度比任意非理想反应器的返混程度都大。因此(2t σ)CSTR >(2t σ)NFR (× ) 29.单一反应100 P A 在,→℃下等温反应，已知在C A ＝1mol/L 时，（－R A ）= 2mol/L.s 则当C A ＝2mol/L 时，（－R A ）= 4mol/L.s 。 （ × ） 30. 对于混合的非极限情况，即宏观混合和微观混合并存时，即不能按微观流体处理，也不能按宏观流体处理。 （ √ ） 31. 已知一闭式反应器的
1.0=r
a
uL D ，
该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N=5。 （√ ） 32．具有相同停留时间分布的两个反应器，进行同一化学反应，若操作条件相同，反应结构总是相同的。 （ × ） 33．达到单个分子尺度的微观混合总是比达到流体微团尺度的宏观混合效果好。 （× ） 34．所谓单一反应，就是基元反应。 （×） 35．幂级数动力学方程式中的反应级数是根据化学计量方程中计量系数确定的。（× ） 36．已知停留时间分布方差值2t σ＝10000min 2可知其流型接近全混流。 ( ×) 37．可逆放热反应的最优温度是指转化率一定时，对应于最大反应速度的温度。 （×） 38．在—平推流反应器内等温进行一级不可逆液相反应，反应器出中转化率可达40％，若使转化率提高到80％，在同样操作条件下，则反应器体积应增加一倍。 (×) 39．多级全混釜串联，串联釜数增多，返混程度增大，釜数接近无穷多，返混程度接近全混流。 （× ） 40．气固催化反应的本征速率方程是指排除了吸附和脱附阻力后的速率方程。 (×) 41．设计固定床反应器应采用排除了内、外扩散阻力后的反应速率方程式。（一定要选择的话，我选错的） ×
二、选择题：（正确答案可能不止一个）
1．在间歇反应器中等温进行一级不可逆反应A →R ，当转化率达90％时，所需反应时间为2h ，若反应改在管式反应器中进行，空时为2h ，其它条件同间歇反应器，则转化率为（ B ）
A ． 60％ B. 90％ C ．45％ D ．75％ 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2
θσ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 为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ B ）。 A ．先高后低 B.先低后高 C ．高温操作 D ．低温操作 4．对气固催化反应A →R ，当外扩散阻力已消除时，若为一级不可逆反应，C AG 增加，则内扩散有效因子 B （A ．增大 B.不变 C ．降低）。若为二级不可逆反应，C AG 增加，则内扩散有效因子 C （A ．增大 B.不变 C ．降低）。 5．已知一闭式反应器的 1.0=r a uL D ，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N 为（ B ）。 A ． 4.5 B. 5.6 C ．3.5 D ．4.0 6. 由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)=10 /101t e -min -1，可判别该反应器的流型为( B ) A ．平推流 B ．全混流 C ．轴向分散 D ．多级混合 7. 在气固催化反应动力学研究中，为了消除内扩散阻力，一般采用( D )方法。 A ．增大器内流速 B ．改变反应器流型 C ．改变反应器结构 D ．减小催化剂粒径 8．下图中阴影面积表示为( C ) A. F(t) B. E(t) C. t D. 2θσ 9. 对于气固催化反应，催化剂粒径 B （A.增大 B.减小）反应温度 B （A.升高，B.降低）可使催化剂的η增大。 10．对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用 A 反应器最为方便。 A. 单段绝热床 B.多段绝热床 C.换热式固定床 D.自热式固定床 11. 一级不可逆反应A →R,当反应温度一定，反应物A 的初始浓度C A0为2mol/L ，转化率达80％时，所需的反应时间为2h 。如果C A0提高到10mol/L ，其它条件不变，则所需反应时间应为 B 。 A. 10h B. 2h C. 0.4h D. 0.2h 12．在一个1m 3的间歇反应器中进行某液相反应，当转化率达到95％时所需的反应时间为4h ，若改用一个5m 3的间歇反应器中进行，其它条件不变，则所需时间为 B 。 A. 20h B. 4h C.0.8h D. 0.4h 13.返混是连续流动过程中的一个重要工程因素，其产生原因是 ②③④ （① 物料的停留时间分布 ②流速分布不均匀、分子扩散和涡流扩散 ③搅拌 ④ 死区、沟流和短路 ⑤ 物料的浓度分布） 14．在气固催化反应动力学研究中可由 W x x F r A A A A ) (020-= 式处理实验数据得到反应 速度的实验反应器应是( C ) A ．积分反应器 B ．微分反应器 C ．无梯度反应器 D ．脉冲反应器 15.气体A 与液体B 的反应为不可逆反应，对A 为一级，对B 为零级．已知三种情况下反应 速率常数k ，液侧传质系数k L ，组分A 在液相中的扩散系数AL D 的 L AL k D k 1值分别为： (a) 2，（b ）80,（c ）0.1，则a,b,c 三种情况下的液相利用率关系为： 。 A ．a>b>c B. b>a>c C. c>a>b D.c>b>a 16．在氨气和稀硫酸进行气液反应，若H 2SO 4浓度大于临界浓度，则该过程的宏观反应速率的阻力主要集中在 A 。 A ．气膜内 B ．相界面 C ．相界面和气膜内 D ．液膜内 17．气固催化反应A ——P ，催化剂颗粒外表面浓度C AS 和Cps 与流体主体浓度C AG 和C PG 存在差异。当过程为反应控制时，则C AS 应 C AG （①大于 ② 小于 ③ 等于），Cps 应 C PG （①大于 ② 小于 ③ 等于）；当过程为传质控制时，则C AS （①趋近于C AG ② 趋近于0 ③ 某一值） 18. 对零级和一级不可逆反应，宏观流体的反应速率 ③ 微观流体的反应速率（①大于 ② 小于 ③ 等于），对大于一级的不可逆反应，宏观流体的反应速率 ① 微观流体的反应速率（①大于 ② 小于 ③ 等于），对小于一级的不可逆反应，宏观流体的反应速率 ② 微观流体的反应速率（①大于 ② 小于 ③ 等于）。 19．已知反应1：A → P -r A1＝C A 0.5 反应2：A → R -r A2＝C A 2 当反应物浓度由1mol/L 降至0.25mol/L 时，两个反应的速率将是（D ） A ．相等的 B ．-r A1为-r A2的2倍 C ．-r A2为-r A1的4倍 D ．-r A1大于-r A2 20．间歇釜反应器中进行如下反应： P A → (1) －r A1＝k 1C A a1 S A → (2) －r A2=k 2C A a2 在C A0和反应时间保持不变下，降低反应温度、釜液中C P /C S 增大，表明( C ) A ．al>a2 B ．al 21．等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应k1k2 A P S ?? →??→ 若保持相同的转化率x A ，调节反应温度使k2/kl 降低，则P 的最大得率将 (A ) A ．增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减 22．一个全混流反应器，其有效容积v1=1m 3，进行一级不可逆反应，达60％转化率，进料量为Q 0l ，今改用两只有效容积均为0.5m 3的全混流反应器串联操作进行同上反应，反应温度相同，转化率要求不变，则进料量Q 02将(A ) A ．大于Q 0l B.小于0.5Q 0l C ．等于Q 0l D ．等于0.5Q 0l 23．有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，反应为二级不可逆反应A →P ，若大釜在先，小釜在后，出口转化率为x A1，小釜在先、大釜在后，则出口转化率为x A2，两种情况下，进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较x A1和x A2的相对大小为( B ) A ．x A1>x A2 B ．x A1 (2)两个0.5m 3的平推流反应器并联，进料流量平均分配，转化率x A2 (3)两个0.5m 3的全混流反应器串联，转化率x A3 上述三种情况进料总流速，进料浓度和反应温度相同x A1、x A2，和x A3比较为( C ) A ．x A1>x A2>x A3 B ．x A1=x A2>x A3 C ．x A1=x A2=x A3 D 。x A1>x A3>x A2 25．等温液相反应：A →R r R ＝k1C A R 为目的产物 2R →D r D =k2C R 2； 现有如下四种方案可供选择 (1)平推流反应器高转化率 (2)平推流反应器低转化率 (3)全混流反应器低转化率 (4)两个等容积全混流反应器串联，高转化率。 从提高R 的选择性着眼，适宜选择( ) A ．(1) B ．(2) C ．(3) D ．(4) 26．已知一反应器用轴向分散模型描述，其Pe>100，可判别该反应器返混程度( B ) A ．很大 B ．很小 C ．中等 D ．无返混 27．气体分子与固体表面间发生物理吸附时，其吸附热一般在( A ) A ．40~200KJ ／mol B ．大于400KJ ／mol C ．8~25KJ ／mol D ．4KJ ／mol 以下 28．气固催化反应本征速率是指排除( C )阻力后的反应速率。 A 外扩散 B ．内扩散 C ．内、外扩散 D ．吸附和脱附 29．所谓固定床积分反应器是指反应物一次通过后，转化率大于(B )的情况。 A ．10％ B ．25％ C ．40％ D ．50％ 30．列管式固定床反应器填充的催化剂为了消除壁效应其粒径应小于反应管径的(B)倍。 A ．100 B ．8 C ．3 D ．50 31．反应器中等温进行着()P A ?→?1和() R A ?→?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)的反应级数大于反应(2) B ．反应(1)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) 32. 纯二甲醚气相分解反应CH 3OCH 3→C+3H 2+CO 在恒温恒压下进行，当分解率达100％时，反应物系的体积为( D ) A ．与原体积相同 B ．为原体积的1/3 C ．为原体积的2倍 D ．为原体积的3倍 33. 两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，进行二级不可逆反应P A k ?→? ，出口转化率要求一定，可采取两种串联顺序： (1)大釜在先，小釜在后，进料流量为Q 01； (2)小釜在先，大釜在后，进料流量为Q 02。 两种情况下，进料浓度、反应温度相同，则进料流量Q 01，和Q 02的比较为( D ) A ．Q 01>Q 02 B ．Q 01=Q 02 C ．无确定关系 D ．Q 01 34．全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件( C ) A ．移热速率>放热速率 B ．移热速率<放热速率 C ．移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率 D ．移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率 35．幂数型反应速率方程式中以( B )表示各组分浓度变化对反应速率影响。 A ．反应级数 B ．反应计量系数 C ．反应速率常数 D ．反应活化能. 36．平推流反应器内进行等温零级不可逆反应，则自进口起沿反应器长度方向，其反应速率(C ) A ．逐渐增大 B ．逐渐减小 C ．保持不变 D ．存在最大值 37．一个全混流反应器，其有效容积v 1=1m 3，进行一级不可逆反应，出口转化率为x A1，现用二个有效容积各为0.5m 3的全混流反应器串联操作进行同上反应，进料容积流速v o 和反应温度与上相同，出口转化率为x A2，则x A1与x A2的相对比较为 ( C ) A ．x A1>x A2 B ．x A1=x A2 C ．x Al 38．液相等温反应： r p =k l P 为目的产物 r R =k 2C A r s =k 3C A 2 可有四种反应器可供选择：(1)平推流反应器，(2)全混流反应器，(3)分批式 完全混合反应器，(4)三台全混流反应器串联。从有利于目的产物P 的选择性出发，宜选用( ) A ．(1) B ．(2) C ．(3) D ．(4) 39．由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)二去e —t ／lOmin ”，可判别该反应器的流型为( B ) A ．平推流 B ．全混流 C ．轴向分散 D ．多级混合 40．．固体催化剂之所以能起催化作用，是由于它能与反应组分的气体分子主要发生( C ) A ．物理吸附 B ．化学反应 C ．化学吸附 D ．质量传递 41．在气固催化反应动力学研究中可由V AO W x x F A A A )(020-=上正式处理实验数据得到反应速 度的实验反应器应是( C ) A ．积分反应器 B ．微分反应器 C ．无梯度反应器 D ．脉冲反应器 42．气固催化反应A+B →R+S ，A 、B 、R 、S 均吸附于同一类活性点上，双活性之间发生反 应，已知其反应速率方程r ＝)P K P K P P P K 1()k /P P P P (k S S R R B B A A S R B A ++++-，则其控制步骤为( ) A ．A+σA σ B ．A σ+B σR σ+S σ C ．R σR+σ D ．S σS+σ 43．间歇釜中进行各步均为一级不可逆串联反应S P A 2 k 1k ?→??→?，等温下进行，为了提高p 的选择性( C ) A ．应使A 的转化率接近100％ B ．应保持高的转化率 C ．应保持较低的转化率 D ．转化率高低无妨 44．乙烷在催化剂上脱氢生成乙炔，经一段时间反应后，乙炔生成量不再增加，但乙烷仍大量存在，表明这是一个( B )反应。 A ．慢速 B ．可逆 C ．自催化 D ．不可逆 45．在一平推流反应器中进行等温一级不可逆反应A->P ，现有反应器体积下，出口转化率为45％，若将反应器体积增加一倍，则出口转化率将为( D )，操作条件均保持相同。 A ．90％ B ．>90％ C ．45％ D ．<90％，>45％ 46．等温一级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行： (1)一个分批式完全混合反应器，容积V 1(仅考虑反应时间所需)， (2)一个平推流反应器，容积V 2， (3)二个等体积全混流反应器串联，总容积为V 3。 上述三种情况反应温度、物料处理量及转化率相同，则容积比较为( B ) A ．V 1 r S = k 2C A r T = k 3C A 已知它的活化能E 1=25，E 2=35，E 3=15(E 单位省略)。为有利于目的产物R 的生成，应选择反应温度( C ) A ．尽可能高 B ．尽可能低 C ．中等 D ．先低后高 A S P R A 12 R S T 48．等温液相反应 A+B →P r p =k l C A C B P 为目的产物 2A →R r R =k 2C A 2 有下列四种方案可供选择： (1)分批式完全混合反应器，A 和B 一批加入；(2)半分批式完全混合反应器，A 一批加入，B 连续滴加；(3)半分批式完全混合反应器，B 一批加入，A 连续滴加；(4)全混流反应器。从提高P 的收率着眼适宜选用( C ) A ．(1) B ．(2) C ．(3) D ．(4) 49．固定床内等温进行一级不可逆放热反应，床内催化剂有内扩散阻力，此时床层进口和出口处催化剂有效系数η值相对大小应是( ) A ．η进＞η出 B ．η进＝η出 C ．η进＜η出 D ．难以判别 50. 对于气膜扩散控制的气液反应，其宏观反应速率就等于( ) A ．气膜扩散速率 B ．液膜扩散速率 C ．液相主体反应速率 D ．取决于B 和C 三、填空题 1．某不可逆反应，反应活化能为9.63×104J/mol ，问反应温度是550℃时的反应速率比反应温度是400℃时的反应速率快 23.1 倍。 2．一不可逆反应，当反应温度从150℃升高到200℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为 23.06kJ/mol 。 3．一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为 52894 J ／mol 。 解： mol J E E T T R E k k /528942ln )3081 2981(314.82ln )1 1(ln 2 112=∴=-==-= 4．一液相复合反应 Q A P A k k ?→??→?2 1 ，均为基元反应。在单一连续釜中等温反应，已知该温度下， 213k k =,问当最终转化率为80％时，目的产物P 的瞬时选择性为： 0.75 ，总选择 性为： 0.75 。 5．对一闭式反应器，已测知Pe(Peclet 准数)为10，若该反应器用多级串联模型来描述，则模型参数N 为 5.56 。 6.等温下进行一级不可逆反应，为达到x A 的转化率，采用单个CSTR 的体积与PFR 的体积之比为 见课本P108式4.21 进行两级不可逆反应，两者体积之比为 1/(1-x A ) 7. 液相反应： 从有利于产品分布的观点，将下列接触方式按优劣顺序排 列为 2341 若k 1＝k 2，C A0＝C B0 ，写出计算瞬时选择率β 的公式： 1/(1+cA^0.4) 。 8.从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差98.02 =θσ,反应器可视为 全混流 ,又若求得无因次方差02.02=θσ,则反应器可视为 活塞流 。 9．在CSTR 中，物料平均停留时间为1h ，停留时间大于10h 的物料粒子占全部物料粒子的 0.0045 ％。 10．在流化床中进行固相加工反应，固体颗粒在反应器中流动状态可看成CSTR ，固体颗粒平均停留时间为1min ，停留时间小于1min 的固体颗粒占流出的全部颗粒的 63.21 ％。 11．在PFR 中，停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的 100 ％，在CSTR 中，停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的 36.79 ％。 12．某气相反应A ＋3B →R ，则膨胀因子A δ为 -3 。 13. 采用无梯度反应器进行气固催化反应本征动力学测定时，足够高的转速，可使 外扩散 消除；足够小的粒子，可使 内扩散 消除。 14.反应物A 的水溶液在等温PFR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 0.8 。 15．反应物A 的水溶液在等温CSTR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 0.7 。 16．在PFR 中进行等温二级反应，出口转化率为0.8，若采用与PFR 体积相同的CSTR 进行该反应，进料流量Q 0保持不变，为达到相同的转化率0.8，可采用的办法是使C A0增大 5 倍。 17. 在多釜串联中，可逆放热反应的最佳温度序列为随反应釜数增加而 降低 ，随转化率增加而 降低 。 18．等温下进行一级不可逆反应，为达到同样的转化率x A , 采用单个CSTR 的体积与PFR 的体积之比为 (同第6题) ，相同的进行该反应，进行二级不可逆反应，两者的体积之比为 (同第6题) 。 19．在一全混流反应器中进行一级不可逆连串反应Q P A k k ?→??→?2 1 ，P 为目的产物， 已知,h .k ,h .k 11100121--==原料中不含P 和Q 。问最佳空时为 3.16h ；P 的最大收率为 0.577 ；最大收率下所对应的A 的转化率为 0.76 。 20. 在一活塞流反应器中进行一级不可逆连串反应Q P A k k ?→??→?2 1 ，P 为目的产物， 已知,h .k ,h .k 11100121--==原料中不含P 和Q 。问最佳空时为 2.56h ；P 的最大收率为 0.774 ；最大收率下所对应的A 的转化率为 0.774 。 21一复合反应 R P B Q P B A k k ?→?++?→?+2 1 22 若 P B R B A Q C C k r C C k r 2 21== 则目的产物P 的瞬时选择性S P 为 B A P B B A C C k C C k C C k 12 21-。 22．在气固催化反应中，丹克勒（Damkoler ）准数Da 的物理意义为 化学反应速率与外 扩散速率之比 ，n 级不可逆反应的Da = P164 。 23. 某不可逆气固催化反应，本征反应活化能为105J ／mol,当过程为内扩散控制时，表观活化能为 50000J/mol 。 24．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，高温区交点的特征是 见05~06A 卷问答题 1 ，中温区交点的特征是 ，低温区交点的特征是 。 25.在x A ～T 图上画出三段绝热式固定床操作示意图：一、二段段间采用原料气冷激，二、三段段间采用间接冷却。（画出平衡曲线、最佳温度曲线、各段操作线、段间冷激或冷却线）。 26．某液相复合反应 Q B A P B A k k ?→?+?→?+2 1 22, 若 5.05.125 .15.01B 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： ①若采用间歇反应釜，其加料方式为 B 一次性加入，A 连续滴加 ； ②若采用管式反应器，其进料方式为B 从反应器进口处加入，A 沿管长多处加入 。 27．液相复合反应 Q B A P B A k k ?→?+?→?+2 1 22, 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： (1)若采用间歇反应釜，其加料方式为 A 一次性加入，B 连续滴加 ； (2)若采用管式反应器，其进料方式为 A 从反应器进口处加入，B 沿管长多处加入 ； (3)若E 1>E 2，则反应温度应采用 高温 。 28．一气固催化反应R B A →+2，若反应机理为： σ σσσσσ+?→+?+R R R B A B B 222(此步为速率控制步骤) 则本征反应速率方程为：) 1(R R B B B B A S P K P K P K P k r ++= ．一气固催化反应R B A →+，若本征反应速率方程为： ) 1)(1(B B R R A A B A B A S P K P K P K P P K K k r +++= 则该反应可能的反应机理为 。 29．化学反应速率可分为温度效应和浓度效应，对简单反应而言，温度对反应速率的影响程度取决于 反应的计量系数 ；对复合反应而言，选择性对温度的敏感程度取决于 反应的活化能 。 30．在间歇搅拌釜中，进行一可逆放热反应时，其最佳反应温度的序列 是 。 31．在管式反应器中，进行一可逆放热反应时，其最佳反应温度的序列是 先高温后低温 。 32．在BR 中等温进行一级不可逆反应，当转化率达95％时，反应时间为2h ；若反应在PFR 或CSTR 中等温进行，温度同BR ，空时均为2h ，则转化率分别为： PFR ： 95% CSTR ： 74.97% 。 33．三个平推流反应器串联，进行一液相均相反应，其流程如下图所示。 x A0=0 x A1 x A2 x A3 F A0 F A1 F A2 F A3 若反应速率(-R A )=kC A 2, 则V 2的计算式为： ; 若x A1-x A0= x A2-x A1= x A3-x A2，则三个反应器体积大小之间的关系为： V 1 34. 两台平推流和一台全混流反应器串联，进行一液相均相反应，其流程如下图所示。 x A0=0 x A1 x A2 x A3 F A0 F A1 F A2 F A3 若反应速率(-R A )=kC A 2, 则V 2的计算式为： ; 35.已知复合反应 8.13 .01 1B 0.5 A 1Q k B A 1P k C C k r (Q B A C C k r ( P B A =?→?+=?→?+副反应），主反应）， V 1 V 2 V 3 V 1 V 3 V 2 ∞ ∞ 从有利于提高P 的选择性出发，将下列操作方式按优劣顺序排列： （b ）>(d)>(a)>(c) A A B B （a ） (b) B A A B （c ） (d) 36.下列四种组合反应器中，单个反应器体积均相等，处理量也相同。（如下图所示） （a ） CSTR CSTR (b) CSTR CSTR (c) (d) (1)试比较返混程度大小次序为: (b)>(c)=(d)>(a) ； (2)当进行二级反应时，各组合反应器最终转化率高低次序为：（a ）>(c)>(d)>(b) 。 37.对一闭式反应器进行停留时间分布实验测定，在Q ＝300L/min 下，得到E(t)～t 关系如下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据E(t)函数性质确定并计算： （1）E(t)＝ -1/200(t-20) E(t) （2）F(t)＝ -t 2/400+0.1t （3）V ＝ 2 m 3 （4）多级串联模型参数N ＝ 2 0 10 20 t/min 38.下列几种组合反应器，经脉冲示踪测其停留时间分布，若用多釜串联模型描述，试写出N 值或N 值范围。 PFR PFR ∞ PFR PFR PFR ∞ ∞ PFR ∞ ∞ PFR PFR PFR ∞ ∞ (a) 1 (b) ∞ (c) 2 (d) 2 39．活塞流反应器，=2 θσ 0 ，Pe ＝ ∞ ，返混程度 小 ； 全混流反应器，=2θσ 1 ，Pe ＝ 0 ，返混程度 大 ； 非理想流动反应器，2θσ介于 0~1 ；2θσ值越大，停留时间分布 越宽 ；返混 程度 越大 。 40．CSTR 定常态热稳定性的必要条件为： p90 。 41. 在固定床反应器中，进行二级不可逆气固催化反应，试比下列情况下催化剂有效系数η值的大小（a 处靠近反应器的进口，b 处靠近反应器的出口）。 （1）等温操作，d P 不变：ηb >η a （2）吸热反应，绝热操作：ηb >ηa 在固定床反应器中，进行二级不可逆气固催化反应，试比下列情况下催化剂有效系数η值的大小（a 、c 处靠近反应器的进口，b 处靠近反应器的出口）。 （1）等温操作，d P 不变：ηC >ηb >η a （2）吸热反应，绝热操作：ηC >ηb >ηa （3）d P 由3mm 改为5mm 、7mm ，则ηa3、ηa5、ηa7的大小次序为：ηa3>ηa5>ηa7 (均为a 点位置，且假定温度相等)。 42.在一台PFR 中进行一平行反应 Q A P A k k ?→??→?2 1 ，P 为目的产物，E 1 热反应。试比较在下列操作条件下，反应器中各点的瞬时选择性的大小。 （1）等温操作：S a =S b =S c （2）绝热操作：S a 43．要使固定床反应器所用催化剂量最少，对简单不可逆反应，应尽可能在 高温 温度下操作；对可逆放热反应，应尽可能在 最佳温度 温度下操作；对可逆吸热反应，应尽可能在 高温 温度下操作。 44．一级不可逆气固催化反应P A ?→?，在不同条件下操作，粒内外反应物A 浓度变化情况如下图所示： ∞ ∞ ∞ NFR ? a ? b ? a ? b c ?? a ? b a)试判别图中四种情况的宏观动力学类别 ① 本征动力学控制 ② 内扩散控制 ③ 内外扩散和本征动力学同时控制 ④ 外扩散控制 b)四种情况下的内扩散有效因子η值的大小次序为： 04231=>>>ηηηη 45 ．可逆放热反应A P ，在四段 绝热式固定床中进行，床层温度与转化率的关系 如图所示。试比较各段床层的 (1)进出口温差大小4321T T T T ?=?=?=? (2)催化剂用量多少 Wl (3)若整个床层以T 4等温操作，则催化剂总装 填量比原来 ① (①增多 ②减少)(假定各段绝 热温升相同) 46.右图为可逆放热反应的T ～x A 图。图中ABC 为平衡曲线，DEF 为最佳温度曲线。试回答以下问题： （1）A 、B 两点反应速率谁大： 相同 （2）B 、E 、F 三点速率大小次序：F>E>B （3）D 、G 、H 三点速率大小次序：H>G>D （4）图上哪一点反应速率最大：F 47 ．画出活塞流反应器、全混流反应器、活塞流和 全混流反应器串联、全混流和活塞流反应器串联的 停留时间分布函数与分布密度函数。 48. 乙烷进行热裂解，其活化能为314025J/mol 。试问650℃是的分解速率是500℃是的分解速率的▁▁套用3的公式，懒得算了▁▁▁▁倍。 49. A 和B 按下式反应，其速率式为：2A →R r R =k 1C A 2, A+B →S r S =k 2C A C B R 的瞬间收率为▁▁▁1/(1+k2*cB/2k1*cA)▁▁▁。若R 为目的产物，则配料时A 和B 的浓度应▁▁▁▁A 多B 少▁▁；若E 1>E 2，则反应温度应▁▁选择高温▁▁▁▁。 50.在Q ＝100 l/min 下对三只反应器分别进行示踪实验，测得数据如下： 反应器 A B C 反应体积（l ） 1000 2000 3000 2t σ 50 100 150 (1)三只反应器返混程度大小顺序为 A>B>C (2)若在上述反应器中均等温进行一级不可逆反应，k=12min -1，则各只反应器的转化率分别为 x A = x B = x C = （要试差，比较麻烦，估计不会考） 51．已知一闭式反应器的 05.0=r A uL D ，该反应器若用多级全混釜模型来描述，则模型参数N ＝ 10.53 。 52．在进行示踪实验时，示踪剂的选择应满足以下条件： p133 53. 停留时间分布实验测定的准确性可用以下 a.归一性检测；b.示踪剂质量守恒 方法来检验。 54．在工业反应装置中反应流体往往偏离两种理想的流动模式，也就是说在反应器出口的反应物料中存在明显的 找不到原话，我想填“返混” 。 55．气固催化平行反应，若主、付反应均为一级不可逆反应，且粒子等温，则内扩散不影响其选择性，在粒内任意位置，反应速率之比均为 k1;k2 。 56．对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用 单段绝热 反应器最为方便。 57.关系为： 生成速率的消耗速率与、反应针对5222O N O NO ,5222O N O 21 NO 2=+ 比例为2：0.5：1 。 58．以lnk ～1/T 作图，为一直线，有时在高温区发生转折或弯曲，其原因可能是： P22上面有段话可能合适 。 59．反应速率常数k 与温度的关系为2.1010000 lg +- =T k ，则反应活化能为： 8.314*10^4 。 60．某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的1000倍，则600K 时的反应速率常数是400K 时的 2154 倍。 61.气体分子在固体催化剂微孔中扩散的主要形式有 正常扩散和努森扩 散 ，当 p167 时 ，AB e D D ≈ ,当 时 ，K e D D ≈。 62.当分子扩散的平均自由程远大于催化剂微孔直径时，分子在微孔中的扩散为 努森 扩散，其扩散系数与压力的关系为 无关 ，与温度的关系为 正比于根号T 。 63.下列反应分别在CSTR 中进行，在动力学方程、进料量、最终转化率等均确定的情况下，试选择合适的操作温度： a. A B ，0A H ?<（最优温度、最高允许温度、较低温度）。。。。上面的箭头显示不 出来，估计是可逆放热反应，选择最优温度 b. A B R S +→+，0A H ?<（最优温度、最高允许温度、较低温度）最高允许温度 64. 已知在某一体积为200L 的反应器进行停留时间分布测定，在流量为10L/min ，条件下测得停留时间分布函数的方差2t σ＝100min 2，若用多级混合模型描述，则模型参数N ＝ 4 65. 某一气固催化复合反应为平行反应，其本征速率分别为： 12p v1A () r =k C v k A B ??→主 2 S v 2A S () r = k C v k A ??→副 为提高反应选择性应选择（大颗粒、细颗粒）细颗粒，（大孔径、小孔径）小孔径的催化剂。 66. 均相反应A ＋B →P ＋S ，C B0＝2C A0，已知A 的转化率为70%，B 的转化率＝ 85% 。 67．固定床内进行一级不可逆气固催化放热反应，绝热操作，床内催化剂有内扩散阻力，此时床层进口和出口的η值相对大小应是 。 68. 某两段间接换热式气固相催化反应器进行可逆放热反应，各段进出口转化率与温度符合最佳分配原则，操作线见下图。（填＞，＜或＝） M 点反应速率 ＞ N 点反应速率 B 点反应速率 ＝ C 点反应速率 C 点反应速率 ＜ P 点反应速率 M 点反应速率 ＞ D 点反应速率 69. 某气固催化反应A ＋B →R ＋S ，已知A ，B ，R ，S 均吸附于同一类活性中心点，表面反应为控制步骤 1） 试按L －H 机理推导该反应的机理方程 2) 若反应过程中B 过量，A ，B 吸附很弱，A 的转化率很低时，此时表现为几级反应。 70. 气固催化平行反应，若主、付反应均为一级不可逆反应，且粒子等温，则内扩散不影响其选择性，在粒内任意位置，反应速率之比均为 k1：k2 。 71．对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用 单段绝热 反应器最为方便。 72．固定床内等温进行一级不可逆放热反应，床内催化剂有内扩散阻力，此时床层进口和出 口处催化剂有效系数η值相对大小应是 73. 要得到最大的目的产物B ，对反应： 试选取最佳的操作方式： 先高温后低温 。 74.减少催化剂颗粒内扩散影响的主要措施有 减小催化剂粒径或增大反应物浓度 。 75.对动力学控制、液膜扩散阻力控制及气膜阻力控制的气液反应，如何选择吸收设备？ 76.应用双膜理论，对下列情况分别绘出气相及液相中反应物浓度分布示意图。 （1） 苯与氯气反应，1 =η<<,1M （2） 纯氨气与硫酸水溶液反应，硫酸浓度等于临界浓度。 77.气液反应)()(2 1 )(l P l B g A →+ ,当P AG ＝你想说啥 78. 在半径为R 的球形催化剂上，等温进行气相反应? A B 。试以反应物A 的浓度CA 为纵座标，径向距离r 为横座标，针对下列三种情况分别绘出反应物A 的浓度分布示意图。 (1)化学动力学控制 (2)外扩散控制 (3)内、外扩散的影响均不能忽略 图中要示出C AG ，C AS 及C AC 的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处A 的浓度，C Ae 是A 的平衡浓度。 解：以反应物A 的浓度为纵座标 四、问答题： 1．在固定床反应器中，分别进行一级和二级不可逆气固催化反应，试比a 、b 两处的η值大小（a 处靠近反应器的进口，b 处靠近反应器的出口），并说明理由。 （1）一级放热反应，绝热操作；ηa >ηb （2）二级反应，等温操作。ηa <ηb 像这种类型的题目，有8种情形，以上都有涉及，只能根据已有答案给出答案的只有4种，还有四种不确定 按照公式 1 )1 ( 2 1 - + = α α η as kpc De L 一级反应二级反应 绝热操作吸热反应a>b 放热反应a>b 等温操作吸热反应估计是相等a 2．在一绝热式管式反应器中，进行一气相反应A→2P，反应器进口温度为650℃，反应物A进口浓度为8％（mol.）,出口温度为750℃，A出口浓度为1.6％（mol.）。在反应器内A、B两点分别进行测定。 （1）测得A点的温度为780℃，你认为正确吗？为什么？ （2）测得B点的转化率为90％，你认为正确吗？为什么？ 3. 在绝热式固定床反应器中，进行一不可逆气固催化反应A→P，反应器入口气体温度为400℃，A的浓度为5mol/L, 出口浓度为1.5mol/L。出口温度为480℃。在催化剂床层内A、 B、C三点分别进行测定。 (1) 测得A点的温度为600℃，你认为正确吗？为什么？ (2)测得B点的转化率为90%，你认为正确吗？为什么？ (3) 测得C点的转化率为50%，经再三检验正确无误，计算一下C点的温度。 同课后习题7.6 4．设有三种不同类型的球状催化剂：A.活性组分均匀分布型 B.活性组分分布于表面的“蛋壳”型 C.活性组分集中于中心的“蛋黄”型。若R为目的产物，则 （1）对反应A＋B→R，当内扩散阻力可忽略不计时，选用什么型为好？为什么？ （2）对有内扩散阻力的串联基元反应A→R→S，选用什么型为好？为什么？ (1)A;内扩散阻力不计，则反应物浓度在催化剂中均匀分布。（2）B；有内扩散阻力，则反应物浓度分布不均匀，表面浓度最大 5．厂里闲置着两台反应釜，反应体积分别为5m3和3m3。现欲用来生产乙酸乙酯，由于乙醇大大过量，该反应对乙酸为二级反应，现要求乙酸乙酯的产量尽可能大，你认为应采用什么样的连接方式？为什么？ 二级反应，小釜在前，大釜在后 6. 已知物料在某连续流动反应器中的停留时间分布密度函数为：E(t)=0.01exp(-0.01t) L/s 试求这个流动体系中停留时间为（1）90～110s (2) 0~100s (3) >100s 的物料在总物料中所占的比例，并判断该分布密度是否正确？ F（t）=1-exp（-0.01t）;(1)F(110)-F(90);(2)F(100)-F(0);(3)1-F（100）； 用归一化法检验，即F（∞）-F（0）是否等于1 7. 试述绝热式和换热式气－固相催化反应器的特点，并举出应用实例。 见课本7.3和7.4，不好说 8．试述多段间接换热式和多段直接换热式气－—固相催化反应器的特点，并举出应用实例。 9. 简述绝热温升（或温降）概念，在工厂实际生产中有何用途？ 指反应物完全转化时使反应物系温度升高或降低的度数。P113多找点话说 绝热温升可以作为衡量反应放热程度的指标。绝热反应器设计计算常用绝热温升作为估算气温升的依据。 10. 在四段绝热式固定床反应器中进行n 级不可逆放热反应，各段的催化剂装量相同，且控制进入各段的反应物料温度相等。若n>0，试问： （1）哪一段净转化率最大？哪一段最小？为什么？ （2）若段间采用冷却方法进行降温，试问哪一段间需加入的冷激剂量多？为什么？ （3）若n<0，对问题（1）（2）是否还能做出肯定性的回答？为什么？ 同课后习题7.16 11．试分析下列说法是否正确？为什么？ （1）在一绝热反应器中进行零级反应，热效应可忽略不计，则其转化率与反应器长度的关系是线性的。 （2）在一绝热反应器中，仅当进行一级反应时，其反应温度与转化率的关系才呈线性。 （3）多段绝热反应器最优化的结果是各段的催化剂量相等。 同课后习题7.14 12. 在等温固定床反应器中进行一级不可逆反应，床内充填颗粒直径为6mm 的球形催化剂，反应组分在其中的扩散系数为0.02cm 2/s ，在操作温度下，反应速率常数为0.1min -1。有人建议改用3mm 的球形催化剂以提高产量，你认为采用此建议能否增产？增产幅度有多大？假定催化剂的理化性质均不随颗粒大小而改变，并且改换粒度后仍保持同一温度操作。 解：0.9995 ,01444.06 ,30.9995 ,02887.06 ,6=== ==== =ηφηφeA P P P eA P P P D k d mm d D k d mm d 所以，采用此建议产量的增加是极有限的。 13. 一台PFR 和一台CSTR 的串联方式分别为： Q Q CSTR CSTR （a ） (b) 在Q ＝100L/s 时，对（a ）进行脉冲示踪，对(b)进行阶跃示踪。问得到的E(t)曲线是否相同？F(t)曲线是否相同？若在两个系统内分别进行一级不可逆反应，反应条件相同，则出口转化率哪个大或相等？若进行二级不可逆反应，则出口转化率哪个大或相等？ 见课本P154 PFR ∞ ∞ PFR 14. 对于乙炔法氯乙烯生产工艺： HgCl 2 C 2H 2 + HCl → C 2H 3Cl 采用流化床反应器串联固定床反应器的装置已经获得成功，你认为该装置设计的基本考虑是什么？ 15.今有固定床、填料塔、板式塔、鼓泡塔、喷雾塔、流化床等各类反应器可供选用，试判断下列各反应宜采用何种反应器？并简述理由。 （1） 2NaOH(L) + CO 2(G) Na 2CO 3 + H 2O （气液瞬间不可逆反应） ZnCl 2水溶液 （2） CH 3OH(G) + HCl(G) CH 3Cl + H 2O （气液慢速反应） 鼓泡塔 Ag 催化剂 （3） 2CH 3OH(G) + O 2 (G) 2HCHO(G) + 2H 2O(G) （气固催化反应，催化剂 颗粒直径3～5mm ） 固定床 （4） 重质油催化裂化反应 (催化剂快速失活) 16．在流化床内设置内部构件的目的是 在于打碎气泡，改善气固接触，减小返混． 17.现有下列反应： () ()式和操作条件？ ？采用什么样的加料方选用何种形式的反应器的收率尽可能高，应 为目的产物，为了使 P P C C e k r P C C e k r B P /RT 1882802021B 2A /RT 1255201011--=?→?+=?→?+R B P B A 解： 17．在排除了内、外扩散的影响下，两个不可逆气－固催化反应在组成各自一定的情况下，测得其反应速率与温度的变化关系如图中的曲线①及②所示，①呈指数型式增加，②先升后降。则其速率控制步骤可逆是： 反应①： ；因为 反应②： ；因为 18．液相n 级不可逆反应，其A r 1和C A 具有图示曲线关系，将此反应分别在平推流和全混流 两种反应器内进行起始浓度C 加和终了浓度C Af 相同，反应温度也相同，试在图上表示两种反应器所需空时大小。 参照课本P107图4.3（b ） 19.对动力学控制、液膜扩散阻力控制及气膜阻力控制的气液反应，如何选择吸收设备？ 五、证明题： 1. 平行反应： 其中P 为目的产物，在等温操作中，证明：采用CSTR ，Cpmax ＝ C A0；采用PFR 操作，Cpmax ＝C A0/(1+ C A0)。 2.证明一级反应在等温条件下转化率达99.9％时所需的反应时间为转化率50％时所需时间的十倍。 证明：一级反应：109795019991x 1x 1t t x 1kt x 1kt 2A 1A 122A 21A 1≈=--=----=∴ --=--=.%) ln(%) .ln()ln()ln() ln() ln( P 3.反应物A 进行如下反应：A Q ,反应均为一级，各反应的活化能依次为： R E 2 l n (2 11 302032 3opt E E E E k k R E E T ---= 证明： 1 绪论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+ 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）反应的选择性； （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： 0.629Y S 0.961196.11% X 0.720==== （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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为 2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4 .27x =69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH: %1002 21004.27?+ +--y x y x =6.983% 空气： %1002 210023279.54?+ +-- y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+ +++y x y x =34.87% HCHO: %10022100?+ +y x x =17.26% CO 2: %1002 2100?+ +y x y =0.6983% 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： 23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 24924CO 8H C H OH 3H O +?+ 222CO H O CO H +?+ 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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 放空气体 Akmol/h 原料气和冷凝分离后的气体组成如下： 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 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.（）和（）一起，构成了化学反应工程的核心。〔三传；反应动力学〕 3.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） 4.化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为：（）和（）。 5.化学反应和反应器的分类方法很多，按操作方法分为（）操作、（）操作和（）操作。 6.化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（）、（）和（）。 选择1. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指。 A 化学反应 B 反应工程 C 反应热力学 D 反应动力学, 2. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是。A能量传递B质量传连C 热量传递D 动量传递 3. （）按反应器的型式来分类，高径比大于30的为 A.管式反应器B槽式反应器C塔式反应器D釜式反应器 三、判断 1.物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律，即化学反应速率与温度浓度之间的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。（） 2.流体流动、传质、传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在时间、空间上的分布，最终影响反应结果。（） 四、简答 1.利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？ 第一章均相单一反应动力学和理想反应器 1.均相反应是指（）。 2.如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分A 的选取原则是（ ）。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时，这种反应称为( ) ，否则称为( ) . 4. 化学反应速率式为β αB 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 . 5. 活化能的大小直接反映了( )对温度的敏感程度. 6.化学反应动力学方程有多种形式。对于均相反应，方程多数可以写成（ ）或（ ）。 7.对于反应器的开发根据（ ）来选择合适的反应器，结合（ ）和（ ）两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8.物料在反应器的混合，依据停留时间分为（ ）（ ）。 9.按返混情况的不同，理想流动反应器可分为（ ）、（ ）、（ ）。 10.在设计和分析反应器时，经常涉及（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个量。其中定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值为（ ）。 二、选择 1.其定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值的量为（ ） A 反应时间t r B 停留时间t C 空间时间τ D 空间速度S V 2. 下列那一项不属于间歇反应器中的非反应时间（ ） A 投料时间 B 放料时间 C 清洗时间 D 搅拌时间 3.化学反应222222NO H N H O +?+，其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质( ) A.NO B.H2 C.N2 D.H2O 4对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?，反应组分A 的化学反应速率 A r -= （ ） A ．Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r A A =- C. dt dC r A A =- D.dt dC r B A =- 5．对于反应aA + bB 一pP ＋sS ，则=p r （ ）(-A r ) 化学反应工程习题（第五章） 5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 2223C H HCl C H Cl +? ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式： (1) 2 (/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++ (4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++ 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：（1） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσσσ+?+ （控制步骤） C C σσ?+ （2） 11A A σσ+? 22 122111 B B A B C C C σσσσσσσσ+?+→+?+（控制步骤） （3） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσ+→+ （控制步骤） （4） B B σσ+? A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ?+ 5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2 ++ ?+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，2 92O p m m H g =。 24()C H p m m H g 70 100 195 247 315 465 5 010(/) r m ol hr g ??催化剂 3.9 4.4 6.0 6.6 7.25 5.4 注：1mmHg=133.322Pa 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 反应工程期末考试试题集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 化学反应过程 简答填空名词解释 1.任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料预处理，化学反应过程和产物 的后处理三个组成部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。 2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：1，由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；2，由化学反应的热效应产生的传热过程； 3，多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。 3.化学反应和反应器的分类：1.按反应系统设计的相态分类分为：○1均相反应， 包括气相均相反应和液相均相反应；○2非均相反应，包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。2.按操作方式分类分为：间歇操作，连续操作和半连续操作。3.按反应器型式来分类分为：管式反应器，槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为：等温反应器，绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。 4.反应速率：单位反应体系内反应程度随时间的变化率。 5.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 6.半衰期：反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。 7.建立动力学方程的方法有：积分法、微分法、最小方差分析法。 8.反应器开发的三个任务：○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型 式；○2结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件；○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。 9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热 量衡算方程式。 化环09030904反应工程复习大纲 一. 填空题 1.化学反应速率可以表为前提是▁▁▁▁。（反应体积恒定 考点：反应速率的定义，恒容） 2.化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（间歇操作、连续操作、半间歇操作）（理解连续与间歇） 3. 对于反应，则_______。（）（考点：反应物和产物的速率之比等于其化学计量系数之比） 4化学反应速率式为，用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数，则=_______。（）（以浓度表示的速率常数与分压速率常数的换算关系） 5在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，该步骤的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于_______。（拟平衡态） （考点：理解拟平衡态、速率控制步骤的定义，用于推导非基元反应动力学） 6如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，提高选择性应_______。(提高温度)（考点：主反应活化能大于副反应活化能，升温提高选择性，反之则反，还应注意主反应级数高于副反应级数时应采用高浓度操作，对应应该采用什么样的加料方式或什么类型的反应器？） 7一级连串反应在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应 ______。（降低）（考点：提高连串反应选择性的途径，还包括间歇反应釜中的最佳反应时间和连续反应器的体积（OR空时OR停留时间）问题） 8气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。物理吸附的吸附热要_______化学吸附热，物理吸附是_______分子层吸附，而化学吸附是_______分子层吸附（范德华力、化学键力、小于、多、单）（考点：比较物理和化学吸附的区别，包括结合力）吸附层数，吸附热等区别） 9气体在固体表面上发生吸附时，描述在一定温度下气体饱和吸附量与吸附压力（或吸附物质在相中浓度）的关系式称为_______。（吸附等温方程）（吸附等温式的定义，注意是饱和吸附量） 10.在轴扩散模型中，彼克莱准数_______，（）Pe很大时，即扩散系数相对非常小，反应器中物料的流动形态接近______。（平推流或活塞 第二章 均相反应动力学 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。 2 A 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 3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应P A ?，初始反应时C A0=0.5mol/L ，C P0=0反应8min 后，A 的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。 解：p A A C k C k dt dC 21-=- 210021 22) 1(k k x C x C C C K k k Ae A Ae A Ae Pe ==-===即 根据一级可逆反应积分式 1212121min 08664.08 2ln 3 132ln 18ln 1 -==+∴+=-+= k k k k x x x k k t A Ae Ae 121 1m in 02888.0m in 05776.0--==∴k k P A p A A C C C k C k dt dC 02888.005776.021-=-=- 5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为V n k dt dn V r A A A =- =-1)(，在反应过程 中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导 )(A t p f dt dp =的表达式。 解：A t A A A t A A A A A A A A t A A t A A A t kp dt dp RT p k kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dt dp dt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)0 0======-=-=-=-=--=--=-+=得即 8、纯气相组分A 在一等温等容间歇反应器中按计量式P A 5.2?进行反应，实验测得如下 数据， 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 ∝ 分压p A /MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 用积分法求此反应的动力学方程式。 解：由于当∞→t 时，02.0=A p 常数，因此假设为一级可逆反应。 ）即，即，达到平衡时，020220 20220212 121210215 1 (5.125.25.125.25.210)(5.2101002 .02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2A A A A A A A A A A A Ae pe pe Ae A A p p A A p p k p k p k p k p k p k p p k p k dt dp k k p p k k RT p k RT p k MPa p p p c k c k dt dc p A e - =-=-+-=-?-=- ====∴ ==-=-=-=-→∞ 检测方法及方法确认作业指导书 天津大学：《反应工程》（第二版） 习题答案 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（X）达72%，甲醛的收率（Y）为69.2%。试计算：（1 ）反应的选择性（S）；（2）反应器出口气体的组成（摩尔分率%）。 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）， 设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，根据（1.3）和（1.5）式可得反 应器出口甲醇、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 组分摩尔数（mol）摩尔分率% CH 3 OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2 O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0 (mol) CH 3 OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 第一章 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+ 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： 0.629Y S 0.961196.11% X 0.720==== （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： 23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 24924CO 8H C H OH 3H O +?+ 222CO H O CO H +?+ 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 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)2O 3.55%,C 3H 9OH 1.10%,H 2O 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 25.38g 。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 绪论． 1、化学 反应 工程 是 一门 研究（ 题） 2.（ ）和（ ）一 起，构成了化学反应工程的核心。〔 三传；反 应动力学〕 3. 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） 4. 化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为： （ ）和（ ）。 5. 化学反应和反应器的分类方法很多， 按 操 作 方 法 分 为 （ ） 操 作 、（ ） 操 作 和（ ） 操作。 6. 化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（ ）、（ ） 和（ ）。 选择 1. （ ） “三 传一 反” 是化 学反 应工程 的基础， 其中 所谓的 一反 是 指。 A 化 学反 应 B 反应 工程 C 反应 热力 学 D 反应 动力 学 , 2. （） “三传一反”是化 学反应工程的基础，下列 不属于三传的是。A 能量传递B 质量传 连C 热量传递D 动量传 递 3. （ ）按反应器的型式来分类，高径比大于 30 的为 A. 管式反应器 B 槽式反应器 C 塔式反应器 D 釜式反应器 三、判断 1. 物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律， 即化学反应速率与温度浓度之间 的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。 （ ） 2. 流体流动、传质、 传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在 时间、空间上的分布，最终影响反应结果。 （ ） 四、简答 1. 利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？ 第一章 均相单一反应 动力学和理想反应器 1. 均相反应是指（ ）。 2. 如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分 （ ）。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时，这种反应称为 （ 为 （ ） . 4. 化学反应速率式为 rA KCCACB ，如用浓度表示的速率常数为 的速率常数心则 K —（ ） K p . 5. 活化 能的 大小 直接反 映了（ ） 对温度 的敏 感程 度. 6. 化学反应动力学方程有多种形式。 对于均相反应，方程多数可以写成 （ ） 或（ ）。 7. 对于反应器的开发根据（ ）来选择合适的反应器，结合 （ ）和（ ）两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8. 物料在反应器的混合，依据停留时间分为（ ）（ ）。 ）的 科学。（ 化学 反应 的工 程问 A 的选取原则是 ） ，否则称 K C ，用压力表示 A B。试以产物B的 6.1、在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应 浓度C B为纵座标，径向距离r为横座标，针对下列三种情况分别绘出产物B的浓度分布示意图。 （1）化学动力学控制 （2）外扩散控制 （3）内、外扩散的影响均不能忽略 图中要示出C BG，C BS及C Be的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处B的浓度，C Be是B的平衡浓度。如以产物A的浓度CA为纵座标,情况又是如何? 解(1)以产物B的浓度为纵座标 (2)以产物A的浓度为纵座标 6.3 某催化剂,其真密度为3.60g/cm3,颗粒密度为1.65g/cm3,比表面积为100m2/g.试求该催化剂的孔容,孔隙率和平均孔半径. 解: 6.13 在150℃,用半径100μm的镍催化剂进行气相苯加氢反应,由于原料中氢大量过剩,可将该反应按一级(对苯)反应处理,在内,外扩散影响已消除的情况下,测得反应速率常数k p=5min-1, 苯在催化剂颗粒中有效扩散系数为0.2cm2/s,试问: (1)在0.1Mpa 下,要使η=0.8,催化剂颗粒的最大直径是多少? (2)改在2.02Mpa下操作,并假定苯的有效扩散系数与压力成反比,重复上问 的计算. (3)改为液相苯加氢反应,液态苯在催化剂颗粒中的有效扩散系数10-6cm2/s. 而反应速率常数保持不变,要使η=0.8,求催化剂颗粒的最大直径. 解: 用试差法从上二式可解得当η=0.8时,需d p<6.36cm (2)2.02Mpa时,De≈0.2×0.101/2.02=0.01 cm2/s,与此相对应: 同上法可求得当η=0.8时,需d p<1.42cm (3)液相反应时,De=1×10-6cm2/s,与此相应的φ为21.51dp,同上法可求得当η=0.8时,需d p<0.0142cm. 6.14 一级不可逆反应A B,在装有球形催化剂的微分固定床反应器中进行温度为400℃等温,测得反应物浓度为0.05kmol/m3时的反应速率为 2.5 kmol/m3床层﹒min ,该温度下以单位体积床层计的本征速率常数为k v=50s-1,床层孔隙率为0.3,A的有效扩散系数为0.03cm2/s,假定外扩散阻力可不计,试求: (1)反应条件下催化剂的内扩散有效因子 (2)反应器中所装催化剂颗粒的半径 实验测得(-R A)=0.0417 kmol/s﹒m3床层, 解上二式得η=0.0167,可见内扩散影响严重. 由η=1/φ=1/8.13dp=0.0167,可解出dp=7.38cm,即反应器所装催化剂的颗粒半径为3.69cm. 6.15 在0.10Mpa,530℃进行丁烷脱氢反应,采用直径5mm的球形铬铝催化剂,此催化剂的物理性质为:比表面积120m2/g,孔容0.35cm3/g,颗粒密度1.2g/cm3,曲节因子 3.4.在上述反应条件下该反应可按一级不可逆反应处理,本征反应速率常数为0.94cm3/gs,外扩散阻力可忽略,试求内扩散有效因子. 解:丁烷分子量为58,λ=10-5cm, 化学反应工程试题答案 一、单选题：（共60小题，每题0.5分） 1、化学反应工程是研究如下问题的学科：（A） A、化学反应器工程问题 B、化工单元操作 C、反应器特性 D、传递特性 2、化学反应工程研究的对象是：（A） A、化学反应器 B、单元操作 C、化工流程 D、化学工艺 3、连续操作的反应器的独立变量为（C） A、浓度 B、反应时间 C、反应器体积大小 4、理想混合的间歇反应器的独立变量为（B） A、反应速率 B、反应时间 C、反应空间 5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是：（C） A、反应物浓度 B、反应时间 C、反应空间 6、间歇操作的反应器所具有的特点包括：（A） A、参数随时间变化 B、参数随空间变化 C、累积量为零 D、累积量不为零 7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 9、稳定的定常态操作点符合如下条件：（A） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 10、若CSTR的某一操作点是稳定的定常态操作点，则该操作状态具有的特点是：（C） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 11、在CSTR中进行一级不可逆反应，最多可以有几个定常态操作点？（D） A、0 B、1 C、2 D、3 E、4 12、对于反应级数大于零的反应，下述情况哪种容积效果最高？（C） A、单釜CSTR B、多釜CSTR C、PFR 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 2B 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 李绍芬《反应工程》课后习题答案 1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+ 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： 0.629Y S 0.961196.11% X 0.720==== （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），组分 摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol) CH 3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 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 组分 摩尔数（mol ） 摩尔分率% CH 3OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 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： 23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 3-1 在反应体积为3 1m 的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇 32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H 该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.981 -h ，原料液中环 氧丙烷的浓度为 2.1kmol/3 m ，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h ，一天24h 连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 3223 2COHCHOHCH H →+O H COCHCH H ( A ) ( B ) 一级反应 h x k C C k t Af Af A 35.29 .011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-== h m h m t t V v /3 1)65.035.2(13 300=+=+= 丙二醇日产量=Af A x C v 0024 =天/12.159.01.23 1 24kmol =??? kmol k /g 76M B = 丙二醇日产量天/kg 2.111492.11576Q =?= 3-2一个含有A 和B 液体)/0.04m ol c /10.0c (B00 L L mol A ==、 以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A →2B+C 。已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ， L mol c Af /04.0=。试求：在反应器条件下，A 、B 和C 的反应速率？ 解 空时 min 5min /2100===L L v V R τ min 5/)04.01.0(00L mol C C r r C C Af A Af Af Af A -= -= =-τ τ min /012.0?=L mol min)/(024.02?==L mol r r Af Bf min) /(012.0?==L mol r r Af Cf 3-3 一个液相反应： A+B →R+S 其中，m in) /(71 ?=mol L k ，m in)/(32 ?=mol L k 。 反应是在一个容积为120L 的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/L 反应物A 的加料浓度，另一个保持1.6mol/L 反应物B 的加料浓度，两条线分别以等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器密度为常数。 解 S R 1k 2 k +??←+? →?B A 因B 的浓度低，所以为指定组分，两条线混合后两组份的浓度各降一半， 因此，有： %751x 0 0=- =-= B Bf B Bf B Bf c c c c c L mol c Bf /2.0= L mol X C C c Bf B A Af /8.075.08.04.100=?-=-= 因此， S R 1k 2 k +??←+? →?B A 出口 初始 1.4 0.8 0 0 L mol c Af /8.0= 反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 L mol c Bf /2.0= 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 《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. 1. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 2. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 3. 总反应级数不可能大于 3 。 4. 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 ) 。 5. 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 。 6. 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 。 7. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000 ln +- =T k ， 其活化能为 83.14kJ/mol 。 8. 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。 9. 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） 186.3kJ/mol 。 10. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 11. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 12. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 13. 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 。 14. 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-+。 15. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 16. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 17. 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) 。 18. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 19. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率 。 20. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 21. 对于连续操作系统，定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 22. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。反应工程课后习题参考答案
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