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?
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? 3
若将反应速率写成t
c r
d d A A -
=-，有什么条件?
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?
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
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×
104
m 6
kmol -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）
7
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。
8
反应A(g) +B(l)→C(l)气相反应物A 被B 的水溶液吸收，吸收后A 与B 生成C 。反应动力学方程为：?r A =kc A c B 。由于反应物B 在水中的浓度远大
于A ，在反应过程中可视为不变，而反应物A 溶解于水的速率极快，以至于A 在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m 3时C 的生成量。已知k =1m 3kmol -1hr -1，c B0=3kmol·m -3，c A 饱和=0.02 kmol·m -3
，水溶液流量为10m 3hr -1
。 9
反应O 2H N 2NO 2H 222+→+，在恒容下用等摩尔H 2，NO 进行实验，测得以下数据 总压/MPa 0.0272
0.0326 0.0381 0.0435 0.0543 半衰期/s 265 186 135 104 67
求此反应的级数。
10 考虑反应3P A →，其动力学方程为V
n k t
n V
r A A A d d 1=?-
=-试推导在恒
容下以总压表示的动力学方程。
11 A 和B 在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应速度常数。
时间/s
116.8 319.8 490.2 913.8 1188 ∞ c A /kmol·m -3 99.0 90.6 83.0 70.6 65.3
42.4 c B /kmol·m -3
56.6 48.2 40.6 28.2 22.9 0
12 丁烷在700℃，总压为0.3MPa 的条件下热分解反应：
C 4H 10→2C 2H 4+H 2 (A) (R) (S)
起始时丁烷为116kg ，当转化率为50%时1
A s
MPa 24.0d d -?=-
t
p ，求此时
t
y t n t p d d d d d d A
S R -，，。
13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m -3时，反应到某一浓度需要
285s ，初始浓度为1kmol·m -3时，反应到同一浓度需要283s ，那么，从初
始浓度为5kmol·m -3反应到1kmol·m -3需要多长时间？
14 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 294
3SO
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。
15 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。
16 在100℃下，纯A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:
2A →R+S
A 组分分压与时间关系见下表:
t /sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160 p A /MPa 0.1 0.096 0.080 0.056 0.032 0.018 0.008 0.004 0.002 试求在100℃，0.1MPa 下，进口物流中包含20%惰性物，A 组份流量为100mol·hr -1，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。
17 间歇操作的液相反应A →R ，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓-3-3c A /kmol·m -3
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0
(?r A )/kmol·m -3min -1
0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042
18 一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在400K 和500K 温度下，其
反应速率均可表达为?r A =23p A 2 mol·m -3s -1，式中p A 的单位为kPa 。求该反应的活化能。
19 有如下化学反应
CH 4+C 2H 2+H 2=C 2H 4+CH 4 (I) (A) (B) (P) (I)
在反应前各组分的摩尔数分别为n I0=1mol ；n A0=2mol ；n B0=3mol ；n P0=0，求化学膨胀率（用两种方法）。
20在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应A→P，已知进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol·s-1，动力学方程式为?r A=0.27c A mol·m-3s-1为了达到95％转化率，试求：
(1)所需空速为多少?
(2)反应器容积大小?
21液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2m3全混流反应器（CSTR，MFR，连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为
1 kmol·m-3，体积流量为1m3hr-1，出口转化率为80%。因后续工段设备故
障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？
22第17题中的反应，(1)当c A0=1.2kmol·m-3，进料速率1kmolA·hr-1，转化率为75％；(2) c A0=1.3kmol·m-3，进料速率2kmolA·hr-1，出口为0.3kmol·m-3；
(3) c A0=2.4kmol·m-3，出口仍然为0.3kmol·m-3，进料速率为1kmolA·hr-1。
计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?
23反应A+B→R+S，已知V R=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，
c A0=c B0=5mol·m3，动力学方程式为?r A=kc A c B，其中k=100m3kmol-1min-1。
求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积V R=0.001m3，可达到的转化率为多少?
已知k=1m3kmol-1hr-1，c B0=3kmol·m-3，c A饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。
24在全混流反应器中进行如下等温液相反应：
2A→B＋C r c=k1c A2
A＋B→2D r D=2k2c A c B
A的初始浓度为 2.5kmol·m-3，A和C的出口浓度分别为0.45和
0.75kmol·m-3。假设进口物流中不含B、C、D，反应时间为1250sec，求：
1.出口物流中B和D的浓度；
2.k1和k2。
第二章习题
1. 动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?
2. 为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应
却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什
么?
3. 一级反应A →P ，在一体积为V P 的平推流反应器中进行，已知进料温度为
150℃，活化能为84kJ·mol -1，如改用全混流反应器，其所需体积设为V m ，则V m /V p 应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V m =V p ，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n =2，1/2，?1时，全混流反应器的体积将怎样改变？
4. 在体积V R =0.12m 3
的全混流反应器中，进行反应S R B A 2
1
+??←?→
?+k
k
，式
中k 1=7m 3kmol -1min -1，k 2=3m 3kmol -1min -1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含2.8kmolA·m -3，另一种含1.6kmolA·m -3。设系统密度不变，当
B 的转化率为75％时，求每种物料的流量。
5. 可逆一级液相反应P
A ??
←?→?，已知0
,m kmol 5.0P03
0=?=-c c A ；当此反
应在间歇反应器中进行，经过8min 后，A 的转化率为33.3%，而平衡转
化率是66.7%，求此反应的动力学方程式。
6. 平行液相反应
A →P r P =1
A →R r R =2c A A →S r S =c A 2 已知c A0=2kmol·m -3，c Af =0.2kmol·m -3，求下列反应器中，c P 最大为多少? (1) 平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，c A1=1 kmol·m -3。
7. 自催化反应A+P →2P 的速率方程为：?r A =kc A c P ，k =l m 3kmol -1min -1，原料
组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且c A0+c P0= l kmol·m -3，出口流中c P = 0.9 kmol·m -3
，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=V R /V 0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。
8. 在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，进出口条件一定时，试证明
当反应器大小相同时，两个反应器的总容积最小。
9. 半衰期为20小时的放射性流体以0.1m 3hr -1的流量通过两个串联的40m 3
全混流反应器后，其放射性衰减了多少？
10. A 进行平行分解反应，其速率式为
↗R r R =1 kmol·m -3min -1 A →S r S =2c A kmol·m -3min -1 ↘T r T =c A kmol·m -3min -1
其中R 是所要求的目的产物，c A0=1kmol·m -3。试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的c R 为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。
11. 在0℃时纯气相组分A 在一恒容间歇反应器依以下计量方程反应：A →
p A /MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 求此反应的动力学方程式。
12. 气相反应A+B=R 的动力学方程为(?r A )=k (p A p B ?p R /K P )，式中
2
138
Pa
s m mol 2620exp 10
5.3----??
?
? ??-?=T k
1
12
P Pa
3560exp 10
0.7--?
?
? ???=T K
请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。
13. 某液相一级不可逆反应在体积为V R 的全混釜中进行，如果将出口物料的
一半进行循环，新鲜物料相应也减少一半，产品物料的转化率和产物生成速率有什么变化？
14. 有一自催化反应A →R ， 动力学方程为 ?r A =0.001c A c R kmol·m -3s -1
。 要求
反应在4个0.1m 3
的全混流反应器中进行，反应物初始浓度
c A0=10kmol·m -3，c R0=0，处理量为5.4 m 3hr -1。如何排列这4个反应器（串联、并联、或串并联结合）才能获得最大的最终转化率？最大的转化率是多少？
15. 一级不可逆连串反应C B A 2
1?→??→?k
k
，k 1=0.25hr -1，k 2=0.05hr -1，进料
流率V 0为1m 3hr -1，c A0=1kmol·m -3，c B0=c C0=0。试求：采用两个V R =1m 3的全混流反应器串联时，反应器出口产物B 的浓度。
16. 某气相基元反应：
A+2B →P
已知初始浓度之比c A0:c B0=1:3，求t
x d d A 的关系式。
17. 已知常压气相反应
S R B 2A 2
1
+??←?→
?+k
k
动力学方程为s
r b a c c k c c k r S R 2B A 1A -=-，试用下列三种方式表达动力学方
程：
(1)组分分压；
(2)组分摩尔分率；
(3)组分初始浓度和A 的转化率。
18. 高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应。在平推流反应器中101.3kPa
下627.2K 时等温分解。已知k =1.7m 3kmol -1s -1，处理气量为120m 3hr -1（标
准状态），使NO 2分解70%。当(1)不考虑体积变化；(2)考虑体积变化时，
求反应器的体积。
19.均相气相反应A→3P，服从二级反应动力学。在0.5MPa、350℃和
V0=4m3hr-1下，采用—个25mm内径，长2m的实验反应器，能获得60％转化率。设计一个工业平推流反应器，当处理量为320m3hr-1，进料中含50%A，50%惰性物料时，在2.5MPa和350℃下反应，为获得80%的转化率．求需用25mm内径，长2m的管子多少根?这些管子应并联还是串联？
20.有一气相分解反应，其化学反应式为A→R+S，反应速率方程为?r A=kc A2，
反应温度为500℃。这时测得的反应速率常数为k=0.25m3kmol-1s-1。反应在内径为25mm、长为1m的管式反应器中进行，器内压强维持在101.3kPa （绝），进料中仅含组分A，当其转化率为20%，空间速度为45hr-1（反应条件下的计算值）。试求反应条件下的平均停留时间和空间时间。
第三章习题
1．有一有效容积V R=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：
t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c/kg·m-30 3 6 5 4 3 2 1 0
求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t，2
σ
t
2．对某一反应器用阶跃法测得出口处不同时间的示踪剂质量浓度变化关系为：
t/min 0 2 4 6 8 10 12 14 16
c/kg·m-30 0.05 0.11 0.2 0.31 0.43 0.48 0.50 0.50
求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t，2
σ
t
3．请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量，求F(θ)，E(θ)，θ，2
σ。
θ
4．应用习题一的反应器，进行A+B→D反应，已知c A0=c B0=20mol·m-3，动力学方程为?r A=0.005c A c B mol·m-3min-1，请用凝集流模型计算反应器出口物料中A组分的转化率，并求c A，c B，c D值。
本题若用PFR及CSTR模型计算时，物料出口中A组分的转化率是多少? 5．在习题一的反应器中进行A→D反应，已知c A0=25mol·m-3，动力学方程为?r A=0.05c A mol·m-3min-1，请分别用：
(1)凝集流模型；
(2)多级混合槽模型；
(3)平推流模型；
(4)全混流模型。
计算出口物料中A 组分的转化率。
6． 用习题5的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe 值与出口物料中A 组分
的转化率。
7． 设E (θ)、F (θ)分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分
布函数，θ为对比时间。
(1) 若反应器为PFR ，试求：
(a) F (1)，(b) E (1)，(c) F (0.8)，(d) E (0.8)，(e) E (1.2) (2) 若反应器为CSTR ，试求：
(a) F (1)，(b) E (1)，(c) F (0.8)，(d) E (0.8)，(e) E (1.2) (3) 若反应器为一非理想流动反应器，试求 (a)F (∞)，(b) F (0)，(c) E (∞)，(d)
()θθd 0
?
∞
F ，(e)
()θθθd 0
?
∞
E
8． 液体以1m 3hr -1的流量通过1m 3
的反应器。定常态时用惰性示踪物以恒定流
量2×10-4mol·hr -1送入反应器（可以忽略示踪物流对流动的影响）。若反应
器分别为PFR 或CSTR ，求示踪物料加入后1.2hr 时，反应器出口物流中示踪物的浓度为多少？
9． 请推导层流流动系统的物料停留时间分布密度函数和停留时间分布函数。
第四章习题
1、 乙炔与氯化氢在HgCl 2活性炭催化剂上合成氯乙烯：
(C)
(B)
(A)
Cl H C HCl H C 3222→+
其动力学方程式可有如下几种形式：
(1) 2
C C B B A A C
B A )
1()(p K p K p K K p p p k r +++-
= (2) )
1)(1(C C B B A A B
A B A p K p K p K p p K kK r +++=
(3) B
B A A B
A A 1p K p K p p kK r ++=
(4) C
C B B B
A B 1p K p K p p kK r ++=
试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
2、 在510℃进行异丙苯的催化分解反应：
(S)
(R)
(A)
H C H C )CH(CH
H C 6
36623
56+=
测得总压p 与初速度r 0的关系如下：
1
cat 10g hr mol /--?r
4.3 6.5 7.1 7.5 8.1
p /kPa 99.3 265.5 432.7 701.2 1437
如反应属于单活性点的机理，试推导出反应机理式及判断其控制步骤。
3、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：
(S)
(R)
(A)
H H C H C 26484+?→?k
若反应按下列步骤进行：
()()()
????
?????+??←?→
?+??←?→
???←?→?+3σ
R R σ
c 2S
R σA σ
b 1A σ
σA a 6
5
4
3
2
1
k
k k
k k
k
（1） 分别写出a ，c 为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
（2） 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
附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。
4、 在氧化钽催化剂上进行乙醇氧化反应：
S
R
B
A
O H CHO CH O 2
1OH H C 23252+→+
其反应机理为：
a 1
11
152152H σA σA H σO σH C 2σOH H C 2
1
+??←?→
?+k k
b 2
2
22B σB
O σσO 21
4
3
??←?→
?+k k
c
2
2
11
232152OH R
B σA σOH σCHO CH O σO σH
C 5
σσ++?→?+k
（控制步骤）
d 12221σσO H OH σH σ6
++?→?+k
证明：下述速率表达式：
()(
)
A
A B B
B
A 211p K p K
p p k
r ++=
5、 用均匀吸附模型推导甲醇合成动力学.假定反应机理为:
(1) CO+σ=CO σ
(2)H2+σ=H2σ
(3)COσ+2H2σ=CH3OHσ+2σ
(4)CH3OHσ=CH3OH+σ
推导当控制步骤分别为(1)，(3)，(4)时的反应动力学方程。
6、一氧化碳变换反应CO+H2O=CO2+H2在催化剂上进行，若CO吸附为控制
步骤，
①用均匀表面吸附模型推导反应动力学方程。
②用焦姆金非均匀表面吸附模型推导反应动力学方程。
7、催化反应A+B，A，B为均匀吸附，反应机理为：
（1）A+σ=Aσ
（2）Aσ= Bσ
（3）Bσ= B+σ
其中A分子吸附(1)和表面反应(2)两步都影响反应速率，而B脱附很快达平衡。试推导动力学方程。
第五章习题
1.异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP=1.06kg·m-3，
空隙率εP=0.52，比表面积为S g=350m2g-1，求在500℃和101.33kPa，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯?苯的分子扩散系数D AB=0.155cm2s-1。
2.在30℃和101.33kPa下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该
催化剂的孔容为V P=0.36cm3g-1，比表面积S P=150m2g-1，曲折因子τ=3.9，颗粒密度ρS=1.4g·cm-3，氢的摩尔扩散体积V B=7.4cm3mol-1，二氧化碳的摩尔扩散体积V A=26.9 cm3mol-1，试求二氧化碳的有效扩散系数。
3.在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，
该反应的速率常数为k=6.01s-1，有效扩散系数为D e=7.82╳10-4cm2s-1。，试求颗粒直径为3mm和1mm时的催化剂的效率因子。
4.常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。已知该反应为一级不可逆反
应。在500℃时，反应的速率常数为k=0.94cm3s-1g cat-1，若采用直径为0.32cm 的球形催化剂，其平均孔径d0=1.1╳10-8m，孔容为0.35cm3g-1，空隙率为
0.36，曲折因子等于2.0。试计算催化剂的效率因子。
5.某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行，已知D e=10-3cm2s-1，反应速
率常数k=0.1s-1，若要消除内扩散影响，试估算球形催化剂的最大直径。
6.某催化反应在500℃条件下进行，已知反应速率为：
?r A=3.8╳10-9p A2mol·s-1g cat-1
式中p A的单位为kPa，颗粒为圆柱形，高╳直径为5╳5mm，颗粒密度ρP=0.8g·cm-3，粒子表面分压为10.133kPa，粒子内A组分的有效扩散系数为D e=0.025cm2s-1，试计算催化剂的效率因子。
7.某相对分子质量为225的油品在硅铝催化剂上裂解，反应温度为630℃、
压力为101.33kPa，催化剂为球形，直径0.176cm，密度0.95g·cm-3，比表面积为338m2g-1，空隙率εP=0.46，导热系数为3.6╳10-4J·s-1cm-1K-1；测得
实际反应速率常数k V=6.33s-1；反应物在催化剂外表面处的浓度c AS=1.35╳10-5mol·cm-3；反应热ΔH=1.6╳105J·mol-1；活化能E=1.6╳105J·mol-1；扩散过程属于克努森扩散，曲折因子为τ=3，试求催化剂的效率因子和颗粒内最大温差。
8.实验室中欲测取某气固相催化反应动力学，该动力学方程包括本征动力学
与宏观动力学方程，试问如何进行？
9.什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的计算式？两者有
何异同？
第六章习题
1. 在一总长为4m 的填充床中，气体以2500kg·m -2hr -1
的质量流率通过床层。
床层体安装直径为3mm 的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为
2.9kg·m -3，其粘度为1.8╳10-5kg·m -1s -1
。求床层的压降。
2. 不可逆反应2A+B →R ，若按均相反应进行，其动力学方程为：
?r A =3.8×10-3p A 2p B mol·L -1hr -1
在催化剂存在下，其动力学方程为：
1
cat 1R
2A
B
2
A 2
A g hr mol 64.31.223.5610
---?++=
-p p p p r
若反应在101.33kPa 下恒温操作，进料组分中p A =5.07kPa ，p B =96.26kPa ，催化剂的堆积密度为0.6g·cm -3。试求在一维拟均相反应气中为保证出口气体中A 的转化率为93%，两种反应器所需的容积比。（式中，p 的单位为kPa ）
3. 在铝催化剂上进行乙腈的合成反应
C 2H 2+NH 3→CH 3CN+H 2+92.14kJ
(A) (B) (R) (S)
设原料气的体积比为C 2H 2:NH 3:H 2=1:2.2:1。采用三段绝热式反应器，段间间接冷却，使各段出口温度均为550℃，每段入口温度也相同，其反应动力学方程可近似表示为：
()
1
cat 1
A 4
A g hr kmol 17960exp 1008.3--?-??
? ??-?=-x T r
流体的平均热容C P =128J·mol -1K -1。若要求乙腈的转化率为92%，且日产乙腈20吨，求各段的催化剂量。
4. 在一固定床反应器中，填充
5.40m 3的催化剂。在550℃，101.33kPa 下进行
2A →2R+S 的反应，用水蒸汽作稀释剂，反应物A 与水蒸气的配比为1:4（摩尔比）。标准状态下加料量为1.0m 3hr -1，出口转化率为50%，当反应
速率采用t
n V
r d d 1A A -
=-（其中V 是催化剂填充体积）的定义时，550℃
下的反应速率常数为1.0hr -1
。若忽略外扩散的影响，并假定有效因子在床层内为一常数，求其有效因子。
5. 在T ?x 图上，①为平衡曲线，②为
最佳温度曲线，AMN 为等转化率曲
线，指出最大速率点和最小速率点。BCD 为等温线，指出最大速率点和最小速率点。
6. 在T ?x 图上，定性绘出三段间接换
热SO 2氧化反应的操作线。
在T ?x 图上，定性绘出三段原料气冷激的合成氨反应的操作线。
第七章习题
1.某合成反应的催化剂，其粒度分布如下：
d p╳106/m 40.0 31.5 25.0 16.0 10.0 5.0
%/(wt) 4.60 27.05 27.95 30.07 6.49 3.84 已知εmf=0.55，ρP=1300kg.m-3。在120℃及101.3kPa下，气体的密度ρ=1.453 kg.m-3，μ=1.368╳10-2mPa·s。
求初始流化速度。
2.计算粒径为80╳10-6m的球形颗粒在20℃空气中的逸出速度。颗粒密度
ρP=2650 kg·m-3，20℃空气的密度ρ=1.205 kg·m-3，空气此时的粘度为μ=1.85 -2mPa·s。
╳10
3.在流化床反应器中，催化剂的平均粒径为51╳10-6m，颗粒密度ρP=2500
kg·m-3，静床空隙率为0.5，起始流化时床层空隙率为0.6，反应气体的密度为1 kg·m-3，粘度为4╳10-2mPa·s。试求：
1．初始流化速度
2．逸出速度
3．操作气速
4.在一直径为2m，静床高为0.2m的流化床中，以操作气速u=0.3m·s-1的空
气进行流态化操作，已知数据如下：
d p=80╳10-6 m，ρP=2200 kg·m-3，ρ=2 kg·m-3，μ=1.90╳10-2mPa·s，εmf=0.5
求床层的浓相段高度及稀相段高度。
5.例7-3中如果要求出口气体中关键组分转化率为x A f=0.98，催化剂用量应
取多少？
6.例7-3中如果将操作气速由u=0.12m·s-1提高到0.2 m·s-1，出口气体中关键
组分转化率是多少？床层高度有何变化？
第八章习题
1.以25℃的水用逆流接触的方法吸收空气中的CO2，试求在操作时
（1）气膜和液膜的相对阻力是多少？
（2）采用哪种最简单形式的速率方程来设计计算吸收塔。
已知CO2在空气和水中的传质数据如下：
k AG=0.789mol·hr-1m-2kPa-1
k AL=25L·hr-1m-2
H A=3039.9kPa·L·mol-1
2.若采用NaOH水溶液吸收空气中的CO2，反应过程属瞬间反应
CO2+2OH-=2H++CO32-
吸收温度为25℃（题1数据可用），请计算：
（1）当p CO2=1.0133kPa，c NaOH=2mol·L-1时的吸收速率；
（2）当p CO2=20.244kPa，c NaOH=0.2mol·L-1时的吸收速率；
（3）他们与纯水吸收CO2比较，吸收速率加快了多少倍？
3.用纯水吸收CO、O2等气体中少量的NH3，已知在操作温度(10℃)下NH3
的亨利系数H A=1.01kPa·L·mol-1；CO2，O2亨利系数H A=1.01╳105 kPa·L·mol-1。试求
假定NH3，CO，O2在水中即液相中传质系数相等，且k AG=4.05╳10-3 mol·cm·kPa-1L-1s-1；k AL=0.01cm·s-1。
（1）气膜和液膜阻力各为多少？
（2）应采用哪种形式的速率式？
（3）采用化学吸收是否都可用？为什么？
4.在填料塔中用浓度为0.25mol·L-1的甲胺水溶液来吸收气体中的H2S，反应
式如下：
H2S+RNH2→HS-+RNH3+
(A) (B) (R) (S)
反应可按瞬间不可逆反应处理，在20℃时的数据如下：F=3╳10-3mol·cm-2s-1；
c T=55.5mol·L-1；p T=101.3kPa；k ALσ=0.03s-1；k AGσ=5.92╳10-7mol·cm-3kPa-1s-1；
D AL=1.5╳10-5cm2s-1；D BL=1╳10-5cm2s-1；H A=11.65kPa·L·mol-1。为使气体中
H2S浓度由1╳10-3降到1╳10-6，求最小液气比和所需填料高度。
5.已知气液反应A(g)+B(l)→P(l)的本征动力学方程是?r A=k2c A c B mol·cm-3s-1，
反应在70℃下进行时，k2=20cm3mol-1s-1。在一搅拌充分的反应器内，将含A为20%的气体在总压为101.33kPa下通入，若比表面积σGL=3.0cm2cm-3，εL=0.85，D AL=2.2╳10-5cm2s-1，H A=1.12╳104kPa·L·mol-1，k AL=0.07cm·s-1。气相阻力可忽略不计，求当c B=4.0╳10-3mol·cm-3时的以单位容积床层计的宏观反应速率。
6.在半间歇鼓泡塔中进行苯氯化生产一氯化苯的反应：
Cl2(G)+C6H6(L)→C6H5Cl+HCl
(A) (B) (R)
为了控制副反应，确定苯的最终转化率为0.45。某装置年生产能力为8万吨一氯化苯（每年以7000小时计）。反应生成一氯化苯的选择性S R=0.95。
在操作条件下，已知D AL=7.57╳10-9m2s-1；c AI=1.03kmol·m-3；k AL=3.7╳10-4 m·s-1；?r A=?r B=kc A c B；k=2.08╳10-4 m-3kmol-1s-1；ρB=810kg·m-3；比表面积σ=200m2m-3；装填系数υ=0.7；平均气含率εG=0.2，每批料辅助生产时间t’=15min，计算所需鼓泡塔反应器容积。
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》习题答案 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. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 9. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 10. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 11. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 12. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 13. 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) 。 14. 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 ) 。 15. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 16. 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 17. 空时的定义为 反应器体积与进口体积流量之比 。 18. 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。 19. 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。 20. 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。 21. 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。 22. 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。 23. 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。 24. 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 ； 25. 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 。 26. 相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度 高于 最优温度。
化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
第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
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）， 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，计算进料原料其中x i =y i i i i m i i 经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：
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 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。 11.某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式不能确定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化50％需要30 min, 而 在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105(J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑反应器 的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率；15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一，并且等于 （大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。
《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 83.14kJ/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） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 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 -）= 1/2 3NH 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 。
《化学反应工程》试题及答案
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《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 83.14kJ/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） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 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 -）= 1/2 3NH 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 。
《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。
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
一、在体积为2.5m 3的理想BR 反应器中进行液相等温一级基元反应A P →， k ＝2.78×10-3 s -1，进口摩尔流率F A0＝11.4 mol/s ，反应物A 初始浓度04/A C mol L =，求： （1）当反应器中A 的转化率为80％，求所需的时间？（6分） （2）若将反应移到CSTR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） （3）若将反应移到PFR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） 二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：C B A →+2，该反应对A 和B 均是一级。反应器的入口体积流率为2.5L/min ，进料为等摩尔的组分A 和B 。入口温度和压力分别是727℃和10atm 。在此温度下的反应速率常数k ＝4L/mol ·min 。求： （1）反应器入口处（即X A =0时）A 的浓度？ （4分） （2）反应器入口处（即X A =0时）的反应速率？（4分） （3）当A 的转化率为40%时的浓度？（4分） （4）当A 的转化率为40%时的反应速率？（6分） 三、有如下平行反应： 其动力学方程分别为：3.01B A P C C k r =，8.15.02B A S C C k r =，其中121==k k ， （1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /2000==，A 和B 均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.9时的瞬时选择性。（6分） （2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（8分） 四、在非等温反应器操作过程中，可能出现多态现象，请问什么是多态现象？请判断下图所示中，哪些点是稳定操作点，哪些点是不稳定操作点，并分析其原因？（12分） B A +)(P 主反应→) (S 副反应→R(T),G(T)
《化工设备设计基础》综合复习资料化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 容器按照壁厚大小分为__________和___________。 2. 双鞍座支承的卧式容器可简化为受均布载荷的算时则简化为梁。或。直径为 D 的圆形截梁；而直立的塔设备进行校核计 3. 矩形截面（长=b、宽=h）对 Z 轴的惯性矩公式为面对其对称轴的惯性矩为。 4. 计算内压操作塔设备筒体壁厚的依据是其对其应力。 应力，而进行直立设备校核计算时主要是针 5. 我国压力容器设计必须遵循的安全技术法规和标准为和。 6. 立式容器的支座有腿式支座、____________、____________和____________四种。 7. 对与封头相连的外压容器筒体而言，其计算长度应计入封头的直边高度及凸形封头 ____的凸面高度。 二、判断题 1．下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用。哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？（1）横截面为正六角形的柱壳。（2）横截面为圆的轴对称柱壳。（3）横截面为椭圆的柱壳。（4）横截面为半圆的柱壳。（5）横截面为圆的锥形壳。 2．在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。 3．薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径 R1=R2，则该点的两向应力相等。 4．因为内压薄壁容器圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容 器，壁内的应力总小于壁厚小的容器。 5．按无力矩理论求得的应力成为薄膜应力， 薄膜应力沿壁厚均匀分布的。 三、简答题 1. 写出下类钢材牌号的含义 09MnNiDR 和 1Cr18Ni9Ti（符号和数字）。 2. 二力平衡条 件是什么？什么叫二力杆？ 3. 内压壁厚设计公式中为何引入焊缝系数？焊缝系数与哪些因素有关？ 4. 什么叫长圆筒？什么叫短圆筒？用什么参数界定的？ 5. 法兰公称压力的确定受到哪些因素的影响？为什么公称压力 PN 为 1.0MPa 的法兰，其最大允许操作压力比有时 1.0MPa 高而有时又比 1.0MPa 低？ 6．设置加强圈的目的是什么？加强圈的类型有哪些？ 7. 什么叫失稳？外压容器的稳定性条件是什么？ 8. 用抗拉强度规定只下限为σb=620 MPa 材料制造的容器为几类容器？依据是什么？ 9. 试确定塔卧置做水压试验时的试验压力 PT 。塔的设计压力为 P，水重度γ，塔高H。 10. 有一管线法兰，已知设计压力为 0.2MPa，设计温度为 300℃，试问在此管线上能 否使用公称压力为 0.25MPa 的碳钢平焊法兰？为什么？ 11. 焊缝系数与哪些因素有关？若一容器为双面对接焊缝，局部无损探伤，焊缝系数为多少？ 12. 封头有哪几种形式？各适用于什么场所？
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)
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？
化学反应工程考试题
第一章 绪论 1.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指__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_______。 “三传”指的是质量传递、流量传递、动量传递 3. 一级连串反应在全混流釜式反应器中，则目的 产物P 的最大浓度_____、 _ _。 4. 一级连串反应在平推流反应器中，则目的产物 P 的最大浓度__、 ____。 5. 一级连串反应在间歇式全混流反应器中，则目 的产物P 的最大浓度_ 、 _。 6. 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__。 7. 化学反应速率式为 ，如用浓度表示的速率常数为， 用压力表示的速率常数为，则=__D__。 A. B. C. D. 8.反应，，则反应级数n=__B___。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 9.反应A + B → C ，已知，则反应级数n=___B____。 A S K 1 K 2 P =max ,P C 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A = opt τ2 11K K A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -= opt t 1 221) /ln(K K K K -A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -=opt t 1 221)/ln(K K K K -A S K 1 K 2 P 12/k k β αB A C A C C K r =-C K P K P K C K β α+-)(RT ) ()(βα+RT ) ()(βα-RT )()(βα+-RT C 4H 2C 2H 4 + H 2 1 0.2-=s k 1 15.0-=s k