《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2.1010000
lg +-
=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2SO δ等于。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于–2/3。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）=1/3（2H r -）=1/23NH 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)。 19. 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 )。 20. 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。 21. 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。 22. 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。 23. 返混的定义：不同停留时间流体微团间的混合。 24. 平推流反应器的返混为0；全混流反应器的返混为∞。 25. 空时的定义为反应器体积与进口体积流量之比。 26. 针对着眼组分A 的全混流反应器的设计方程为
A
A A r x F V
-=0。
27. 不考虑辅助时间，对反应级数大于0的反应，分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 28. 反应级数>0时，多个全混流反应器串联的反应效果优于全混流反应器。 29. 反应级数<0时，多个全混流反应器串联的反应效果差于全混流反应器。 30. 反应级数>0时，平推流反应器的反应效果优于全混流反应器。 31. 反应级数<0时，平推流反应器的反应效果差于全混流反应器。
32. 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全混流＞多级串联全混流＞平推流；
33. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为全混流+平推流。 34. 相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度高于最优温度。 35. 主反应级数大于副反应级数的平行反应，优先选择平推流反应器。 36. 主反应级数小于副反应级数的平行反应，优先选择全混流反应器。 37. 要提高串联反应中间产物P 收率，优先选择平推流反应器。 38. 主反应级活化能小于副反应活化能的平行反应，宜采用低温操作。 39. 主反应级活化能大于副反应活化能的平行反应，宜采用高温操作。
40. 停留时间分布密度函数的归一化性质的数学表达式?
∞
=0
0.1)(dt t E 。
41. 定常态连续流动系统，F (0)=0；F (∞)=1。
42. 定常态连续流动系统，F (t)与E (t)的关系?=
t
dt t E t F 0
)()(。
43. 平均停留时间t 是E (t)曲线的分布中心；与E (t)的关系为?
∞
=0)(dt t tE t 。
44. 方差2
t σ表示停留时间分布的分散程度；其数学表达式为?
∞
-=0
2
2
)()(dt t E t t t σ。
45. 采用无因次化停留时间后，E (θ)与E (t)的关系为)()(t E t E =θ。 46. 采用无因次化停留时间后，F (θ)与F (t)的关系为F (θ)=F (t)。
47. 无因次方差2θσ与方差2t σ的关系为2
22/t t σσθ=。
48. 平推流反应器的2θσ=0；而全混流反应器的2
θσ=1。 49. 两种理想流动方式为平推流和全混流。 50. 非理想流动2
θσ的数值范围是0~1。
51. 循环操作平推流反应器循环比越大返混越大。
52. 循环操作平推流反应器当循环比β=0时为平推流；当β=∞时为全混流。 53. 停留时间分布实验测定中，常用的示踪方法为脉冲示踪和阶跃示踪。 54. 脉冲示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到E (t)曲线。 55. 阶跃示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到F (t)曲线。
56. 采用脉冲示踪法测得的浓度C A (t)与E (t)的关系式为E (t)=C A (t)/C 0。 57. 采用阶跃示踪法测得的浓度C A (t)与F (t)的关系式为F (t)=C A (t)/C A0。 58. N 个等体积全混釜串联的停留时间分布的无因次方差2
θσ=1/N 。 59. 多级全混釜串联模型当釜数N=1为全混流，当N=∞为平推流。 60. 全混流的E (t)=t
t
t e
-1；F (t)=t
t e --1。
61. 平推流的E (t)=0当t t ≠、=∞当t t =；F (t)=0当t t <、=1当t t ≤。 62. 轴向分散模型中，Pe 准数越小返混越大。
63. 轴向分散模型中Peclet 准数的物理意义是代表了流动过程轴向返混程度的大小。 64. 对于管式反应器，流速越大越接近平推流；管子越长越接近平推流。 65. 为使管式反应器接近平推流可采取的方法有提高流速和增大长径比。 66. 对于平推流反应器，宏观流体与微观流体具有相同的反应结果。 67. 工业催化剂所必备的三个主要条件：选择性高、活性好和寿命长。 68. 化学吸附的吸附选择性要高于物理吸附的吸附选择性。 69. 化学吸附的吸附热要大于物理吸附的吸附热。
70. 化学吸附常为单分子层吸附，而物理吸附常为多分子层吸附。 71. 操作温度越高物理吸附越弱，化学吸附越强；
72. 在气固相催化反应中动力学控制包括表面吸附、表面反应和表面脱附。 73. 气固相催化反应本征动力学指消除内外扩散对反应速率的影响测得的动力学。 74. 气固相催化反应的本征动力学与宏观动力学的主要区别是前者无内外扩散的影响。
75. 在气固相催化反应中测定本征动力学可以通过提高气体流速消除外扩散、通过减小催化剂颗粒粒度消除内扩散。
76. 固体颗粒中气体扩散方式主要有分子扩散和努森扩散。
77. 固体颗粒中当孔径较大时以分子扩散为主，而当孔径较小时以努森扩散为主。 78. 气固相催化串联反应，内扩散的存在会使中间产物的选择性下降。 79. 气固相催化平行反应，内扩散的存在会使高级数反应产物的选择性下降。 80. Thiele 模数的物理意义反映了表面反应速率与内扩散速率之比。
81. 催化剂的有效系数为催化剂粒子实际反应速率/催化剂内部浓度和温度与外表面上的相等时的反应速率。 82. 催化剂粒径越大，其Thiele 模数越大，有效系数越小；
83. 气固相非催化反应缩核模型中气相反应物A 的反应历程主要有三步，分别是气膜扩散、灰层扩散和表面反应。
84. 自热式反应是指利用反应自身放出的热量预热反应进料。 85. 固定床反应器的主要难点是反应器的传热和控温问题。
86. 多段绝热固定床的主要控温手段有段间换热、原料气冷激和惰性物料冷激。 87. 固定床控制温度的主要目的是使操作温度尽可能接近最优温度线。
88. 固体颗粒常用的密度有堆密度、颗粒密度和真密度，三者的关系是真密度＞颗粒密度＞堆密度。
89. 对于体积为V P 外表面积为a P 的颗粒其体积当量直径为3/6πP V 、面积当量直径为π/P a 、比表面当量直径
为P P V a /6。
90. 固定床最优分段的两个必要条件是前一段出口反应速率与下一段进口相等和每一段的操作温度线跨越最优温度线。 二、计算分析题
1. 在恒容条件下，反应A+2B==R ，原料气组成为C A0=C B0=100kmol /m 3，计算当C B =20kmol /m 3时，计算反应转化率x A 、x B 及各组分的浓度。 解：在恒容条件下：x B =(C B0-C B )/C B0=
由C A0-C A =(C B0-C B )/2得到：C A =20kmol /m 3=60kmol /m 3
x A =(C A0-C A )/C A0=
2. 在恒压条件下，反应A+2B==R ，原料气组成为C A0=C B0=100kmol /m 3，计算当C B =20kmol /m 3时，反应转化率x A 、x B 及各组分的浓度。 解：δB =(1-1-2)/2=-1;y B0=
n =n 0(1+y B0δB x B )=n 0 在恒压条件下：V =V 0n /n 0=V 0 C B =n B /V=n B0(1-x B )/[V 0]=C B0(1-x B )/ x B =8/9
n A0-n A =(n B0-n B )/2
x A =(n A0-n A )/n A0=(n B0-n B )/(2n A0)=(n B0-n B )/(2n B0)==4/9
3. 串联-平行反应A+B==R ，A+R==S ，原料中各组分的浓度为C A0=L ，C B0=L ，C R0=C S0=0，在间歇反应器中恒容操作一定时间后，得到C A =L ，C R =L ，计算此时组分B 和S 的浓度。
解：在恒容条件下：ΔC A1=C B0-C B ；ΔC A2=C S ；C R =(C B0-C B )-C S ；C A0-C A =ΔC A1+ΔC A2
4. 得到：C S =(C A0-C A -C R )/2=在间歇反应器中进行等温2级、1级、0级均相反应，分别求出转化率由0至所需的时间与转化率由至所需时间之比。 解：在间歇反应器中：?-=21
A A x x A A A r dx C
t 0级反应：)(1200
21
A A A x x A
A x x kC k
dx C
t A A -==?
，109.099.009.099.0~9.09.0~0=--=
t t 1级反应：2
10011ln 1)1(2
1
A A x x A A A A x x k x kC dx C
t A A --=-=?，5.0ln ln 99.019
.019.010
199.0~9.09.0~0==----t t 2级反应：???? ?
?---=-=?
220220
11111)1(21
0A A A x x A A A x x kC x kC dx C
t A A A ，1.09
.011
99.0110
119.011
99.0~9.09
.0~0=--=----t t 5. 在等温恒容条件下进行下列气相反应：A →2R 其反应速率方程为V
n k dt dn V r A A
A =-=-1，试推导：
（1） 以A 组分转化率x A 表示的反应速率方程； （2） 以总压P 表示的速率方程。
假定原料组分为50%A 和50%惰性气体，气体为理想气体。
解：（1）
V
x n k dt dx V n A A A
A )1(0
0-= （2）δA =(2-1)/1=1y A0==n 0(1+y A0δA x A )=n 0(1+
x A =2n /n 0-2=2P /P 0-2
6. 在间歇反应器中进行等温二级反应A==B ，反应速率：)/(01.02
s L mol C r A A ?=-当C A0分别为1、5、10mol/L 时，分别计算反应至C A =L 所需的时间。 解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视为：2
01.0A
A C dt
dC =-
当C A0=1mol/L 时，t =9900s 当C A0=5mol/L 时，t =9950s 当C A0=10mol/L 时，t =9990s
7. 试画出反应速率常数k 与温度T
解：RT
E
e
k k -=0
ln k 与1/T 作图为一直线
8. 某气相恒容反应在400K 2
MPa/h ，（1）试问反应速率常数的单位是什么（2）
若速率式写成2
A A A kC Vdt
dn r =-
=-kmol/(m 3·h)，试问此反应的速率常数为多少 解：（1）反应速率常数的单位：(h ·MPa)-1 （2）
633101
1010?=?=?A A A P RT C V n Vdt
dn RT dt dP A A 310-=A A RTC P 310-= 2.1400314.81037.01037.033=???=?=--RT k m 3/(kmol ·h)
9. 等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应A==B+C ，在5min 内有50%的A 分解，要达到分解率为75%，问需多少反应时间若反应为2级，则需多少反应时间 解：一级反应：)1ln(1
11ln 1)1(0
00
A A x A A A A x k x k x kC dx C t A --=-=-=? 二级反应：A
A A x A A A x x kC x kC dx C
t A
A -?=-=?11)
1(002
200 10. 液相自催化反应A==B 的速率方程为B A A
A C kC dt
dC r =-
=-mol/(L ·h)，在等温间歇釜中测定反应速率，C A0=L ，C B0=L ，经过1小时后可测得反应速率最大值，求该温度下的反应速率常数k 。 解：C B =C A0+C B0-C A =1-C A )1(A A A
A C kC dt
dC r -=-=- 反应速率最大时：
0)21()(=-=-dt
dC
C k dt r d A A A ，得到C A =L
对反应速率式积分得到??
?
?
??--=)1()1(ln 00A A A A C C C C kt ，代入数据得到k =(mol ·h)
11. 对于气相反应：A →3P 其反应速率方程为-r A =kC A ，试推导在恒容条件下以总压P 表示的反应速率方程。假定原料为50%A 和50%惰性组分，气体符合理想气体。 解：在恒容条件下)1(00
A A A
A A x kC dt
dx C r -==- δA =(3-1)/1=2y A0==n 0(1+y A0δA x A )=n 0(1+x A )
x A =n /n 0-1=P /P 0-1
12. 对于气相反应：A →3P 其反应速率方程为-r A =kC A ，在一平推流反应器中进行等温恒压反应。已知反应器体积为V ，原料体积流量为v 0，初始浓度为C A0。试推导：其反应器设计方程，并以A 组分转化率x A 表示成易积分的形式。假定原料为纯A ，气体符合理想气体。 解：δA =(3-1)/1=2y A0=1
等温恒压：v =v 0(1+y A0δA x A )=v 0(1+2x A )
13. 在一全混流反应器中进行下列一级不可逆串联反应：
目的产物为P ，反应器体积为V ，体积流量为v 0，进料为纯A 组分，浓度为C A0。 （1）各组分的浓度表达式；
（2）导出产物P 的总收率、选择性表达式；
（3）导出产物P 浓度达到最大所需的空时，即最优空时。 解：全混流反应器中对A 组分作物料衡算 对P 组分作物料衡算： P 的总收率：τ200011
k C C C n n n n A A P A A P P P +=-=--=
Φ
P 的总选择性：τ
2001
k C C n n n n S S P S S P P P ==--=
P 的浓度达到最大需满足：
0=τ
d dC P
得到最优空时：2
11k k =τ 14. 某一级气相反应A==2P ，反应速率常数k =，按下列条件进行间歇恒容反应，1min 后反应器内的总压为多少反应条件：(1)1atm 纯A ；(2)10atm 纯A ；(3)1atmA 和9atm 惰性气体。 解：一级反应：
)1(A A
x k dt
dx -=393.0115.0=-=-=--e e x kt A δA =(2-1)/1=1n =n 0(1+δA y A0x A )=n 0(1+y A0x A )P =P 0(1+y A0x A )
(1) 1atm 纯A ：y A0=1P =P 0(1+y A0x A )= (2) 10atm 纯A ：y A0=1P =P 0(1+y A0x A )=
(3) 1atmA 和9atm 惰性气体：y A0==P 0(1+y A0x A )=
15. 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 =需反应时间为10min ，问：（1）在平推流反
k 1
k 2
A
P
S
应器中进行时，空时τ为多少（2）在全混流反应器中进行时，空时τ为多少（3）若在两个等体积串联全混流反应器中进行时，空时τ又为多少 解：2
A A kC dt dC =-
9.999.0199.0101110=-?=???? ?
?-?=A A A x x t kC （1）在平推流反应器中：min 1099.0199
.09.91110
=-?=???? ?
?-?=
A A A x x kC τ （2）在全混流反应器中：min 1000)99.01(9.999.0)1(2
20=-?=-=
A A A x kC x τ
（3）两个等体积串联全混流反应器中： 第一个釜2101)1(5.0A A A x kC x -=
τ第二个釜2
201
2)1(5.0A A A A x kC x x --=τ
由试差法计算得到：τ=
16. 自催化反应A+R →2R 其速率方程为：-r A =kC A C R
（1） 在等温条件下进行反应，已知C A0和C R0，要求最终转化率为x Af 。为使反应器体积最小。试问：最合适
的理想反应器组合方式；
（2） 此最小反应器总体积表达式；
（3） 在F A0/(-r A )～x A 图上表示各反应器的体积。
解：（1）最合适的理想反应器组合方式：全混釜反应器串联平推流反应器 （2）反应速率最大点是两个反应器的分界点。
C A +C R =C A0+C R0C R =C A0+C R0-C A =C M -C A 反应速率最大时，d (-r A )/dt =0C A = ①若C Af ≥，即00
02A R A Af C C C x -≤
，仅用一个全混釜即可
②若C Af ＜，即0
02A R A Af C C C x ->
全混釜体积：)()(2)2(2)(002
000
02
000R A R A M A M R A A A m C C C C k v C C kC v C kC C C v V -+=-=-=
平推流体积：?-=Af
M
C
C R A A
P C kC dC v V 5.00)1(ln )(000000Af A Af A R R A P x C x C C C C k v V --+= V =V m +V P
17. 对于反应速率方程为n
A A kC r =-的液相反应，为达到一定的生产能力，试讨论当n ＞0、n =0和n ＜0时，如何选择型式（平推流或全混流）使反应器体积最小，并简单说明理由，并在A A
A x r F ~0
-图上表示反应器的体积。 解：当n =0时，反应速率与反应物浓度无关，故与反应器型式无关。
当n ＞0时，反应速率与反应物浓度呈正效应，而平推流反应器的浓度水平明显高于全混流型式，故选择平推流反应器。
当n ＜0时，反应速率与反应物浓度呈负效应，而平推流反应器的浓度水平明显高于全混流型式，故选择全混流反应器。
18.
420K ，反应器体积为V p V m /V p 之值应
为多少（2）若V m /V p =1解：（1）A A A A m x x kC F V -?=
100A
A A P x kC F V -=11
ln 00 （2）V m /V p =1，同样得到：
94.211
ln /1=--=A
A A P m x x x k k m
RT
E
e
k k m -=0p
RT
E e
k k p -=094.2)(11
=-m
T P T R E e 代入数据得到：T m =440K
19. 等温二级反应，依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器，出口转化率为，若将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少
解：等温二级反应得到，平推流Ain
Aout A x x kC ---=
11
110τ
全混流：2
0)1(Aout Ain
Aout A x x x kC --=
τ
将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入，计算得到：kC A0τ= 全混流反应器+平推流反应器：先计算全混流出口x A = 全混流出口x A 就是平推流进口x A ，计算平推流出口x A =
20. 等温一级反应，依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器，出口转化率为，若将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少
解：等温一级反应得到，平推流Aout
Ain
x x k --=11ln
τ
全混流：Aout
Ain
Aout x x x k --=
1τ
将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入，计算得到：k τ= 全混流反应器+平推流反应器：先计算全混流出口x A = 全混流出口x A 就是平推流进口x A ，计算平推流出口x A =
21. 液相二级不可逆反应A+B==C ，C A0=C B0，在平推流反应器进行试验，当τ=10min 时x A =，问在相同温度下为达到相同转化率，采用（1）在全混流反应器中进行时，空时τ为多少（2）若在两个等体积串联全混流反应器中进行时，空时τ又为多少
22. 在恒温恒容下进行下式所示的自催化反应：A+R →2R ，其速率方程为R A A C kC r =-，初始浓度分别为0A C 和
0R C ，试推导其在间歇釜中达到最大反应速率时的时间和A 组分的浓度，若采用连续操作，应采用何种理想反
应器组合方式，可使反应器总体积最小，并用示意图进行表示。 23. 平行反应：
其中P 为目的产物，在等温操作中，证明：采用全混流反应器最大产物浓度C Pmax =C A0；采用平推流反应器最大产物浓度C Pmax =/(1+C A0)。
24. 等温一级不可逆串联反应A ?→?
1k R ?→?2
k S ，进料为纯A 浓度为C A0，连续操作空时为τ，试分别推导出反应器出口各组分的浓度：（1）平推流
反应器；（2）全混流反应器。 25. 等温一级不可逆平行反应：
进料为纯A 浓度为C A0，连续操作空时为τ，试分别推导出反应器出口各组分的浓度：（1）平推流反应器；（2）全
混流反应器。
26. 试分别在图上画出下列流动模型的停留时间分布函数F (t)和停留时间分布密度函数E (t)曲线：
举出与它有相同停留时间分布的另一种流动模型，这说明了什么问题。 27. 液相反应
从有利于产品分布的观点，（1）将下列操作方式按优→劣
顺序排列，并说明理由。（2）若反应活化能E 1>E 2，应如
何选择操作温度
28. 29.
试采用阶跃示踪法推导全混流反应器的停留时间分布函数和分布密度函数。30. 画出平推流反应器、全混流反应器、平推流和全混流反应器串联及全混流和平推流反应器串联的停留时间分布密度函数E (t)和分布函数F (t)
31. F (θ)和E (θ)分别为闭式流动反应器的无因次停留时间分布函数和停留时间分布密度函数。 （1）若反应器为平推流反应器，试求：
(a)F (1)；(b)
E (1)；(c)
F ；(d)E ；(e)E
A
P r P =1
S r S =2C A T r T =C A 2
A P r P =k 1C A S r S =k 2C A
A+B
S(副反应)r S =
R(主反应)r R =
①
② ③
（2）若反应器为全混流反应器，试求：
(a)F (1)；(b)E (1)；(c)F ；(d)E ；(e)E （3）若反应器为一非理想反应器，试求：
(a)F (∞)；(b)E (∞)；(c)F (0)；(d)E (0)；(e)?∞
)()(θθd E ；(f)
?∞
)()(θθθd E
32. 丁烯在某催化剂上反应的到丁二烯的总反应为
C 4H 8(A)==C 4H 6(B)+H 2(C)
假设反应按如下步骤进行：
A+σ?A σ A σ?B σ+C B σ?B+σ
假定符合均匀吸附模型，试分别推导动力学方程： （1） A 吸附控制； （2） B 脱附控制； （3） 表面反应控制。
33. 乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应
C 2H 2(A)+HCl(B)==C 2H 3Cl(C)
其动力学方程式可有如下几种形式：
（1）2
)1/()/(C C B B A A C B A p K p K p K K p p p k r +++-=
（2）)1/(B B A A B A A p K p K p p kK r ++= （3）)1/(C C B B B A B p K p K p p kK r ++= 试分别列出反应机理和控制步骤
34. 气固相催化反应：A+B==C ，其反应机理如下：
A+σ?A σ B+σ?B σ A σ+B ?C σ C σ?C+σ
假定符合Langmuir 均匀吸附模型，试分别推导动力学方程： （1） A 吸附控制； （2） C 脱附控制； （3） 表面反应控制。
35. 在气固相催化剂表面进行下列气相可逆反应：
A +
B ==R
其反应机理为：A +σ1＝A σ1
B +σ2＝B σ2
A σ1+
B σ2→R σ1+σ2(速率控制步骤) R σ1＝R +σ1
试用Langmuir 均匀吸附模型导出该反应的本征动力学方程。 36. 某气固相催化反应：A==R ，其动力学方程式为
)1/(R R A A A A A p K p K p kK r ++=-（以催化剂质量为基准）
试导出平推流式的等温积分反应器中转化率x A 与W /F A0的关系式
37. 试列出气固相催化反应通常所经历的步骤，并区分动力学控制和传递控制。
38. 试叙述气固相催化反应中Thiel 模数φs 和有效系数η的物理意义；对于本征动力学的测定应如何消除内外扩散的影响。
39. 某非催化气固相反应：A(g)+2B(s)==R(g)+S(s)，假定固体反应物为球型颗粒，若过程为气膜扩散控制，试采用缩核模型推导其动力学方程（t 与x B 的关系）。提示：气膜扩散方程：)(1AS AG G A
R C C k dt
dn S -=-
；n B =ρ
m V c =
m c r ρπ3
3
4 40. 某非催化气固相反应：A(g)+2B(s)==R(g)+S(s)，假定固体反应物为球型颗粒，若过程为非反应核表面反应控制，试采用缩核模型推导其动力学方程（t 与x B 的关系）。提示：表面反应：AS s A r C k dt
dn S c =-
1；
n B =ρm V c =m c r ρπ334
41. 试列出气固相非催化反应中缩核模型的反应历程，并说明与缩粒模型的差别。
42. 试说明反应器设计中产生放大效应的原因；为提高放大的可靠性，应如何应用反应工程知识对系统进行研究。 43. 在全混流反应器中进行不可逆放热反应，其放热和移热线如下
图所示：
试(1)指明稳定的定常态操作点，写出热稳定性的判据；(2)实际生产
中如何进行开、停车操作，并在图中画出。 44. 采用中间冷却的三段绝热固定床进行气固相催化反应，标明图中各条线的名称，根据最优分段的要求画出整个过程的操作线。
反
，对不同控制步骤绘催C Ag ；颗As
；颗粒中心浓度为度
动力学控制 内扩散控制 外扩散控制
第7章化学反应工程习题答案 7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。 解：对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程* * +=A A B A P P C C αα10 ,式中A KH =α，其中K 为化学平衡常 数；0B C 为吸收剂中的活性组分浓度；0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度；A H -A 组分溶解度系数。从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下： 1．物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系，化学吸收呈渐近线关系，当分压较高时，气体溶解度趋近化学计量的极限，因此为了减低能耗，导致操作方式不同，压力较低宜采用化学吸收，压力较高宜采用物理吸收。 2．热效应不同，物理吸收热效应较小，每摩尔数千焦耳，而化学吸收可达数万焦耳。导致吸收剂的再生方式不同，物理吸收过程吸收剂减压再生为主，化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。 3．物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异，而化学吸收取决于A KH =α，由于化学反应特定性，吸收选择性不同。化学吸收选择性高于物理吸收。 7-2解释下列参数的物理意义：无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。 解：无因次准数M 的物理意义 通过液膜传递速率 液膜内的化学反应速率 增大因子β的物理意义为速率 单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率 液膜内有化学反应时通 液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率 对于一级不可逆反应211L AL L L k k D k k M ==δ 对于二级不可逆反应2 2L BL AL k C k D M = 7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应，假定液相上方水蒸气分压可不 计，试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。 解： 气模 液膜 P CO2,g P CO2,i C CO2,i C CO2,L
化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
化学反应工程试题 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应CO + 3H 2CH 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 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大 浓度=max ,P C ___A____。 A. 122)(210K K K A K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 1 22)(120K K K A K K C - D. 22/1210 ]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. 00A P P n n n - C. 00 S S P P n n n n -- D. 00 R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=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 ，30/30.2m 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_3m 。 A. B. C. D. 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. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2112)/ln(K K K K D. 211K 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___。 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 11、全混流反应器中有___B__个稳定的定常态操作点。
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
2010-2011学年第二学期末考试试题（A 卷） 一、选择题（30分，每题1.5分） 1、―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 2、对于反应sS pP b B aA +?→?+， 则P r = ___A__ ()A r -。 A. a p ， B. a p ， C. p a , D. p a 3、气相反应A + B → 3P + S 进料时无惰性气体，A 与B 以1∶1 摩尔比进料，则膨胀因子A δ=（Ｄ ） A. –2 B. –1 C. 1 D. 2 4、气相反应2A + B → 3P + S 进料时无惰性气体，A 与B 以2∶1 摩尔比进料，则膨胀率A ε=（ Ｃ ） A. –1 B . –1/2 C. 1/3 D.4/3 5、反应2421042H H C H C +→，反应速率常数10.2-=s k ，则反应级数n=（ Ｂ） A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 6、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 的得率X P =（ Ａ）。 A. 00A P P n n n - B.A A P P n n n n --00 C.00S S P P n n n n -- D.0 R R P P n n n n -- 7、分批式操作的间歇反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项（ Ｂ ）。 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 8、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（Ｂ）。 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 9、对于单一反应组分的平行反应 ，其瞬间收率P ? 随C A 增大而单调下降，则最适合的反应器为( Ａ )。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器
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 . 化学反应工程试卷及答案 一、填空题（共25分,每空1分） 1．化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系， 即 ，而且着重研究传递过程对 的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。 2．反应器按型式来分类可以分为管式反应器、 和 。 3．对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为 ；反应产物C 的生成速率表达式为： 。 4．反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、 和 。 5．间歇釜反应器中进行如下反应： P A → (1) 1 1n A A C k r = 1E S A → (2) 22n A A C k r = 2E 在Ao C 和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中S p C C /增大，表明活化能1E 与2E 的相对大小为 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中S p C C /增大，表明反应级数1n 、2n 的相对大小为 。 6．单位时间内由颗粒外表面传递至气相主体的热量可由牛顿冷却定律表达，其表数学表达式为 。 7．全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。 8．对催化剂性能影响最大的物理性质主要是 、 和孔体积分布。 9．复合反应包括三个基本反应类型，即并列反应、平行反应和_____________。 10．在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为 。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为 。 11．对于反应级数0 《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 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 班级姓名学号号 一、请在下列各题中各选择一个最适当的答案（每题1分，共40分） 1.（）不是反应程度的特点 A 总为正值 B 各反应组分的反应程度相同 C 随反应时间而变 D 与反应计量系数无关 2.-r A=kC A n中，式中的负号意味着（） A 反应速率常数为负值 B 反应速率随浓度的下降而减小 C 公式表示的是A的消耗速率 D dc A/dt为正值 3.返混的定义是（） A 不同空间位置的粒子的混合 B 不同停留时间的粒子的混合 C 参与不同反应的粒子的混合 D 不同反应器内粒子的混合 4.自催化反应当转化率为零时反应速率（） A 最大 B 出现极值点 C 为负值 D 为0 5.平推流反应器中诸参数不随（）而变 A 反应物的组成 B 反应器的轴向位置 C 反应器的空间时间D反应器的径向位置 6.在平推流反应器进行某一变容反应，若εA>0，则空间时间τ将（）平均停 A 等于 B 小于 C 大于 D 接近于 7.对反应级数大于零的单一反应，对同一转化率，其反应级数越小，全混流反 应器与平推流反应器的体积比（）。 A 不变 B 变大 C 变小 D 不好说 8.复合反应的瞬时选择性定义为（） A 生成目的产物消耗的反应物与所有消耗 的反应物的比值 B 生成副产物消耗的反应物与生成目的产物 消耗的反应物的比值 C 目的产物的净生成速率与反应物的消耗 速率的比值 D 副产物的生成速率与目的产物的净生成速 率的比值 9.空间时间的定义是（） A 停留时间与非生产时间的和 B 实际反应时间与真实停留时间的和 C 反应器有效容积与入口体积流率的比值 D 反应物微元在反应器内经历的时间 10. 11.平推流反应器的无因次方差为（） A 1 B 2 C －1 D 0 12.对反应级数大于零的单一反应，随着转化率的增加，所需全混流反应器与平 推流反应器的体积比（） A 不变 B 增加 C 减小 D 不一定 13.由脉冲示踪实验可以直接获得的是（） A 停留时间分布函数 B 停留时间分布密度函数 C 平均停留时间 D 方差 14.非理想流动反应器的方差随偏离平推流反应器的程度而（） A 减少 B 增大 C 先增大后减少 D 不变 15.非理想流动反应器的停留时间分布函数曲线是（） A 单调递减的 B 单调递增的 C 有极大值的 D 不好说 16.所谓对比时间是指（） 《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___。 一、填空（40分） （1）气相反应A＋3B→2C，则δ= δ= 。ΒA dC A?r?,前提是（2）反应速率常数有时可以表为。A dt （3）空间速度是指 ___________ ， 空间时间是指 __________。 （4）反应具有最佳温度曲线， 最佳温度曲线是指 __________ 。 4.0克／cm5）多孔性球形颗粒10克，半径1cm，系由密度为（孔隙率3的材料制成。 则其孔容积V= ,θ= g 。假密度ρ= 2?0.218?，如果采用扩散模型，则）已知某非理想流动反应器其停留时间分布的方差 （6?Pe=_______,如果采用多级全混流模型，则m=_______ （7）催化剂微孔内的气体扩散有＿＿＿＿扩散，＿＿＿＿扩散、＿＿＿＿扩散、 及＿＿＿＿扩散等多种形式。。 L r?2C AL A C1mol/L, ，进料反应进行至，（8）复合反应＝A02C2r?M AM x?0.5, s = 时。如果该反应在在固体催化剂中进行时，由瞬时选择性LA。于内扩散的影响，选择性会t?E(t)dt?F(?)?F(0)?）（9,，。 0． （10）内扩散效率因子ζ和Thiele模数Φ的数值通常有如下关系： 外扩散和化学动力学控制时ζ1，Φ值较； 内扩散强烈影响时ζ1，Φ值较。 （11）CO中温变换反应器属于固定床里的反应器。固定床按气体流动方向， 可以分为和反应器。 492－＝/s, =1.5×1012）某一级不可逆的气液反应过程，已知k=10mm/s,D（LL则当k 时，该反应属于快反应，反应区主要在，工业上可选用 反应器或反应器；当k 时，该反应属于慢反应，这时反应区主 要在，工业上可选用或反应器。 L2r?1.0CC BAL L 13AB为主产物，则适＋（，）对于平行反应2r?2.0CC M BAA CC 的要求是宜的操作条件对和。BA （14）返混是指 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？化学反应工程试卷及答案
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