4-1 在定态操作反应器的进口物料中脉冲注入示踪物料。出口处示踪物浓度随时间变化的情况如下。假设在该过程中物料的密度不发生变化，试求物料的平均停留时间与
])(2)(4[3109753864210c c c c c c c c c c t
dt c i +++++++++?=?∞
]0)5.20.1025.1(2)0.10.55.125.6(40[3
2
++++++++=
=100
min)/1(100
)
()(0
ti
i c dt
c t c t E ==?∞
}
)(])()()()([2])()()()([4)({3
10109977553
38866442211_
t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t
t +++++++++?=
]0)03.08.05.0(2)14.05.075.013.0(40[3
2
+++++++++=min 187.6=
?∞
=-=-=0
22
2
2971.8187.625.47)(t dt t E t t
σmin 2
4-2 无量纲方差表达式的推导 （1）推导无量纲方差2
22
/t
t
σσθ=；
（2）推导CSTR 的2
2t
t
=σ。
1. τ
θt
=
2. τ
τ
t
e
t E -
=1
)(
证明：
2
22)(i i i i
t
t
t t E t -?=∑∞σ
?
∞
--=
2
21
t
dt e t t τ
τ
2
2)()()()(ττθθττθ--=?∞
-
d t E
()]1)1([0
22
--=?∞
θθθτd E
22θστ= 222/τσσθt
=∴ 220
2
2
2)(1
)(-
-
∞
-=-=??t dt e t
t dt t E t t
t
ττ
σ
222ττ-=2
τ=
22τσ=t
4-3 设
()θF 及()θE 分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停
留时间分布密度函数，θ为对此停留时间。 （1）若该反应器为平推流反应器，试求
①F(1); ②E(1);③F(0.8);④E(0.8);⑤F(1.2) （2）若该反应器为全混流反应器，试求
①F(1); ②E(1);③F(0.8);④E(0.8);⑤F(1.2) （3）若该反应器为非理想流动反应器，试求 ①F(∞); ②F(0);③E(∞);④E(0);⑤?
∞
0)(θθd E ；
⑥?
∞
)(θθθd E
解
1平推流模型
0)(=θF )(t t ? 0)(=θE )(t t ≠
1)(=θF )(t t
≥ ∞=)(θE )(t t =
)
()(τ
θt
F F =??
?
??===2.1,18.0,01,1θθθ
???=====8.0,01
,1)()(θθτθt E E
2 全混流
θθ-=e E )( ， θ
θ--=e F 1)(
==)()(τθt f F ?????=-=-=----699.01551.01632.012
.18.01e e e ?????===2
.18.01
θθθ ==)()(τθt
E E ?????==--449.0368.08.01
e e ?
??==8.01
θθ
3非理想流动模型
a 多釜串联 θ
θθN N N e N N E ---=1)!
1()(， 0)(C C F N =θ
()()1]!11)(!
21)(!111[1)(12
=-+
+++-=∞--N N N N N N e F θθθθ
()()0]!11)(!
21)(!111[1)0(12
=-+
+++-=--N N N N N N e
F θθθθ
()()()0!11=-=∞--θθN N N
e N N E
()()1,00!
1001≠=-=-N e N N E N N
()()1!1!1)(0
10
10=-=-=??
?∞--∞
--∞
θθθθθθθ
θd e N N d e N N d E N N N
N N N ()1!1)(0
=-=??
∞-∞
θθθθθθ
d e N N d E N N N
4-4 C(t)
t/min
4-18图
用阶跃法测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系，如图4-18所示。
??
???-=12
0)(t t c 3
322?≤≤≤t t t
试求 （1）该反应器的停留时间分布函数)(θF 及分布密度函数)(θE ； （2）数学期望θ 及方差2
θσ；
（3）若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？ （4）若用轴向扩散模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？
（5）若在此反应器内进行1级不可逆反应，反应速率常数
1min 1-=k ，且无副反应，试求反应器出口转化率。
解
（1）.
()()θF c t c t F ==0)(
??
?
??-=12
0)(t t c 3
322?≤≤≤t t t
()???
??-==∴12
0)(0
t c t c t F 3322?≤≤≤t t t ，()θF t F =)
(
???
??=??=0
1
0)(0t c c t E
3
322?≤≤≤t t t ，()t t E E =)(
θ
()??
??==?++?==∞
∞
2
23
3
2
2
5
232100t dt t tdt dt t dt t tE t
()??????
?=0
250θE 3
322
?≤≤≤t t t
（2）. 1==-t
t
θ
()75
1
]425[2544
25]010[2543223232
22022
2
22
22=-=-
+?+=-=
=
?????∞-∞
-dt t dt t dt t dt t t
t dt t E t t
t σ
σθ
（3）. 多釜串联模型
751
22222====θ
σσστt t t N ()()()θ
θθθθ7517575
1!
17575
!1-----=-=e e N N E N N N
()()]
!
11
)(!21)(!111[1)(12---++++
-=N N N N N N e F θθθθθ ()()]
75!1751
)75(!
21)75(!111[1)(175275---++++
-=θθθθθ e F
(4). 轴向扩散模型
()
0133.075
112222
==--=-Pe
e Pe Pe θ
σ 试差 Pe=0.001
(5).
()????∞
---∞-++==-3
32
20
0101dt
e dt e dt e dt t E e x kt kt
kt
kt
A
0855.02
3=-=-t
e
%45.91=A x
4-5. 为了测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，采用脉冲输入法，反应
（1）反应物料在该反应器中的平均停留时间t 及方差2
θσ
（2）停留时间小于4.0min 的物料所占的分率。
解
（1）.
])(2)(4[3109753864210c c c c c c c c c c t
dt c i +++++++++?=?∞
()()025.46321365040[3
1
++++++++++=
33.30=
33.30)
()(0
ti
i
c dt c t c t E ==?∞ min 1 }
)(])()()()([2])()()()([4)({3
11119977553
38866442211_
t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t
t +++++++++?=
()088
.4]
0528.089.0792.0196.02297.0686.099.0492.0040[3
1
=+????
??+++++++++=?∞
=-=-=0
22
2
253.10088.4244.27)(t dt t E t t
σ
63.02
2
2==
t
t σσθ
（2）. ()()()()()()2
4]321[2014
E E E E E dt t E ++++?=?
361.0=
4-6将一定量的示踪剂从一管式流动反应器的进口处注入，并在该反应器的出口处连续检测示踪剂的浓度()t c ，得到如下数据：
（1）试根据上述实验数据计算平均停留时间；
（2）如果在该管式反应器中进行一级不可逆反应
R
A k ?→?1
，
11min 045.0-=k 试计算反应物A 的平均转化率；
（3）试根据理想平推流模型计算平均转化率并与（2）结果进行比较；
（4）若按照多级CSTR 模型处理，求模型参数N 和停留时间分布函数F(t)。
（1）. 应用辛普森法则
()800
=?
∞
dt t c ， ()()
80t c t E i =
1/min
}
)(])()()([2])()()()([4)({3
9977553
38866442211_
t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t
t ++++++++?= min 73.11=
()8.360
2
22
=-=?∞
t dt t E t i
i t
σ （2）.
R A k ?→?1
11min 045.0-=k
()6.0415.010=?==-?∞
-dt t E e x kt
A ， %40=A x
（3）.平推流
%7.99997.01173
.11045.0==-=-=?--e e x kt A
，返混造成了实际转化率下降了50多。
（4）多级CSTR 串联模型
47.38
.3673.112
2
2≈===-
t t N σ ()3
2
4332841[1θθθθθ
+++-=-e
F ， -=t
t θ
()()θF t F =
4-7. 用阶跃法测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示
（1）试求该反应器的停留时间分布函数及平均停留时间；
（2）若在该反应器内的物料为微观流体，且进行1级不可逆反应，反应速率常数105.0-=s k
，预计反应器出口出的转化率；
（3）若在该反应器内的物料为宏观流体，其他条件不变，试问反应器出口处的转化率是多少?
解. （1） ()()0c t c t F = ， ()()t t F t E ??=
()()∑?
∞∞
?=
=
i i
i
t
t E t dt t tE t
()
S 2.620151069010107751010136510101955101052451010133510107251510415033333333=+???+???+???+???+???+???+???+???+=--------（2）. 微观
()()∑??≈=--∞
-n
i
i kt kt A t t E e dt t E e x i 0
1%4.86,
136.0100136.0=-
=?=A x
（3）. 宏观，对于一级反应宏观流体与微观流体转化率一样
%4.86=A
x
4-8.
已知一等温闭式流动反应器的停留时间分布密度函数
()t te t E 416-=min
-1
试求：（1）平均停留时间；（2）空时；（3）空速；（4）停留时间小于1min 的物料所占得分率；（5）停留时间大于1min 的物料所占的分率；（6）若用CSTR 串联模型来模拟反应器，则模型参数（N ）为多少？ 解. （1） ()t te t E
416-=
()2
1
28160
40
40
420
=
====?
???∞
-∞
-∞
-∞
dt e tde
dt e t dt t tE t t
t
t
min
（2）. 空时21
==-
t τmin
（3）. 空速 21
==
τ
S
min
-1
（4）. ()4441
1
41
10
1
416-----=-===???e e
dt e dt te
dt t E t
t t
9817.0=
（5）. ()0183.011
0=-?dt t E
（6）. CSTR 串联模型参数为：
()8
32361216040
40
42
430
2
22=====-=?????∞-∞
-∞
-∞
-∞
-dt e dt
t e de
t dt e t t dt t E t t t t
t
t
σ
328
321,12
22
2
2
2=
???
??====--t t t N N t
σσσθ
4-9 在一个全混釜中，等温下进行零级反应A →B ，反应速率为
()L mol r A ?=min /9，进料浓度L mol c A /100=，流体在反应器内的
平均停留时间min 1=t
，请按下列情况分别计算反应器出口转化率：
（1）若反应物料为微观流体； （2）若反应物料为宏观流体; 解. A →B L mol r A
?=min /9， L mol c A /100= min 1=t
（1）.微观流体
9
1010Af
Af
Af
A c r c c t -=
?-=
， L mol c Af
/1=
%90=Af
x
（2）宏观流体，零级反应，反应速率与浓度无关，
kt c c A A =-0
()L
mol t k C dt t E kt C dt t E c c A A A A /1910)()(0
00--=-=-==-
∞
∞
?? 90.0=A
x ，与微观流体转化效果相同
4-10 在具有如下停留时间分布的反应器，等温进行一级不可逆反应A →P ，反应速率常数为1
min
2-。
()()???-=t t E 1exp 0
?
??≥?11t t 试分别用轴向扩散模型和直接用RTD 加权的方法计算该反应器的出口转化率，
并对计算结果进行比较。
解.
()???=-t e
t E 10 ???≥?11t t ， 1min 2k -=一级 （1）. 用RTD 计算
()()()???∞
--∞-+==-1
10
1dt t E e dt t E e dt t E e x kt kt
kt
A
13
1311
3111∞
-===-∞
-∞
--??
t t
t
kt e
dt e
dt e e 0451.0=
%49.95=A x
（2）用轴向扩散模型
()11
10
===??∞
-∞dt te dt t tE t t
()4
22211
11
11
120
2
2
2
=+==-=-=????∞
-∞-∞-∞
-dt e dt te dt e t t dt t E t t t
t
t
σ32
2
2
824e
e t p p t
+
===
-σσθ,试差得Pe=1.45,代入书中（4-62）式中，得：
Da=k τ=2，q=（1+4Da/Pe ）0.5=（1+8/1.45）0.5=2.55
x A =1-4×2.55e 2.55/2/
[(1+2.55)2e 1.45×2.55/2-(1-2.55)2e -1.45×2.55/2]=0.5782
因此，用扩散模型来计算返混较大的流动过程误差很大，模型不适合。
4-11 苯醌和环戊二烯进行液相反应：A+B →C 反应在298K 下进行，该反应的速率方程为()s mol L k c kc r B A A
??==-/1092.9,3，液体的进料速度为
0.278L/s,苯醌和环戊二烯的初始浓度均为0.08mol/L ，在真实管式反应器中进
（2）在真实流动下，达到平推流转化率时的反应器体积； （3）在真实流动下，与平推流反应器体积相同时的转化率。
3
10800?=?
∞
dt c i ， ()30
10800?==?
∞
t c di
c c t E i
t
i
()s
dt t E t t i 330104.124104006.3?=??==?∞
()2
626330
222
101545)104.124(1040105.425s t dt t E t t
?=?-???=-=?∞σ
（1）平推流
?????? ??-==?=A f A A c c A Af
A A x A A A c c c dc t k r dx c t 0020011
L mol c Af
/000802.0=∴ %0.990
0=-=
A Af
A Af
c c c x
33058.34278.0104.124m v V R
=??==τ
（2）. 真实流动下达到%0.99=Af
x 时，采用多釜串联模型计算：
1010
1545)104.124(6
2
322
=??==-t t
N σ
72.98104.12408.01092.9330=????=-τA kc
在书中78P 图4-14中，从右上方72.980=τ
A kc 线向左下方与釜数N=10线
的交点上向纵轴作垂线相较于
4.1=Rp
Rm
v v ，该点向下作垂线交横
轴于016.01'
=-Af x
由此可求出在真实流动下达到平推流转化率时的反应器体积为平推流的 1.4倍，即 1.4 ×34.58=48.41m 3 . 在真实流动下，与平推流反应器体积相同为
34.58m 3
时的转化率为984.0'=Af x 。
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
化学反应工程知识点 —郭锴主编 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，即化学反应动力学，而且着重研究传递过程对宏观化学反应速率的影响，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、任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料的预处理、化学反应过程和产物的后处理这三个部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。 3.化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。数学模型法是对复杂的、难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。模型必须具有等效性，而且要与被描述的实体的那一方面的特性相似；模型必须进行合理简化，简化模型既要反映客观实体，又有便于数学求解和使用。 4.反应器按型式来分类可以分为管式反应器、槽式反应器（釜式反应器）和塔式反应器。 5反应器按传热条件分类，分为等温反应器、绝热反应器和非等温非绝热反应器。 第一章 均相单一反应动力学和理想反应器 1、目前普遍使用关键组分A 的转化率来描述一个化学反应进行的程度，其定义为：0 0A A A A A A n n n x -==组分的起始量组分量转化了的 2、化学反应速率定义（严格定义）为单位反应体系内反应程度随时
间的变化率。其数学表达式为dt d V r ξ1=。 3、对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为dt dn V r A A 1-=-；反应产物C 的生成速率表达式为：dt dn V r C C 1= 4.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为反应动力学方程。大量的实验表明，均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数。 5.阿累尼乌斯关系式为RT E C C e k k -=0，其中活化能反应了反应速率对温 度变化的敏感程度。 6、半衰期：是指转化率从0变为50%所需时间为该反应的半衰期。 7、反应器的开发大致有下述三个任务：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。 8.在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为简单混合。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混。 9.根据返混情况不同反应器被分为以下类型：间歇反应器、理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）、全混流反应器（又称为连续操作的充分搅拌槽式反应器）。 10.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，其中物料衡算所针对的具体体系称为体积元。 11、停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反
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
4-1 在定态操作反应器的进口物料中脉冲注入示踪物料。出口处示踪物浓度随时间变化的情况如下。假设在该过程中物料的密度不发生变化，试求物料的平均停留时间与时间t/s 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 示踪物浓度 / )/(3cm g 0 0 0 t/min 2 4 6 8 10 12 14 16 18 3/cm g c i 0 0 0 min /1)(i t E 0 0 0 i i t E t )( 0 0 0 min )(2i i t E t 0 2 5 0 0 ])(2)(4[3109753864210c c c c c c c c c c t dt c i +++++++++?=?∞ ]0)5.20.1025.1(2)0.10.55.125.6(40[3 2++++++++= =100 min)/1(100) ()(0 ti i c dt c t c t E ==? ∞
} )(])()()()([2])()()()([4)({3 10109977553 38866442211_ t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t t +++++++++?= ]0)03.08.05.0(2)14.05.075.013.0(40[3 2 +++++++++=min 187.6= ?∞ =-=-=0 22 2 2971.8187.625.47)(t dt t E t t σmin 2 4-2 无量纲方差表达式的推导 （1）推导无量纲方差2 22 /t t σσθ=； （2）推导CSTR 的2 2t t =σ。 1. τ θt = 2. τ τ t e t E - =1 )( 证明： 20 22)(i i i i t t t t E t -?=∑∞σ ? ∞ --= 2 21 t dt e t t τ τ 2 2)()()()(ττθθττθ--=?∞ - d t E ()]1)1([0 22 --=?∞ θθθτd E 22θστ= 222/τσσθt =∴ 220 2 2 2)(1 )(- - ∞ -=-=??t dt e t t dt t E t t t ττ σ
作业名称：2015年春季网上作业2 出卷人：SA 作业总分：100 通过分数：60 起止时间： 学员成绩：95 标准题总分：100 标准题得分：95 详细信息： 题号:1 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 图形: A、 B、 C、 D、 标准答案:B 学员答案:D 本题得分:0 题号:2 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的（）反应器体积最小。 A、间歇釜 B、平推流 C、全混流 D、循环反应器（β=1） 标准答案:B 学员答案:B 本题得分:5
题号:3 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 在CSTR中，停留时间小于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的百分比为（）%。 A、36.8% B、 32.6% C、 67.4% D、 63.2% 标准答案:D 学员答案:D 本题得分:5 题号:4 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 可逆放热反应最优温度序列的实施，可采用多段绝热，（）的方法。 A、段间蒸发 B、段间加热 C、段间出料 D、段间冷激 标准答案:D 学员答案:D 本题得分:5 题号:5 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: CSTR中进行放热反应，其热平衡条件是（）。 A、Qg=0 B、 Qg<> C、 Qg>Qr D、 Qg=Qr 标准答案:D
学员答案:D 本题得分:5 题号:6 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 若一气固相催化反应过程，本征级数为n级。当内扩散影响严重时，则其表观反应级数表现为（）。 A、n/2级 B、 n级 C、 (n+1)/2级 D、(n+1)级 标准答案:C 学员答案:C 本题得分:5 题号:7 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 下列不存在返混的反应器是（ )。 A、间歇釜 B、流化床 C、全混釜 D、循环反应器 标准答案:A 学员答案:A 本题得分:5 题号:8 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 图形: A、
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 华东版-- 4-1 解：由反应可知膨胀率为：2111 A ε-== 反应速率可写成：()1111A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 00A p F v RT = 反应器容积可写成： 00001111Af Af x x A A A A A A A F v x x RT V dx dx k p x k x ++==--?? ()00003 210.8/36000.8/36000.52ln 0.50.4/36000.4/36001.77Af Af x x A A A v v V dx dx k k x V m -=- --=-?-?=?? 4-2 由反应可知膨胀率为：320.52 A ε-== 反应速率可写成：()11110.5A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 反应器容积可写成： []000000003 10.51111 1.5210.40.0082049730.50.8 1.5ln 0.20.970.160 32.92 2.01 1.1Af Af Af Af x x A A A A A A A x x A A A A A F v x x RT V dx dx k p x k x F F RT RT V dx dx k p k p x V m ++==---=- --??=-?-??=?=?? ?? 4-3 解： ()() ()0311ln 110.980.19.92105ln 0.9812473A A A A A M x c k M M x x x s τττ-+-=+--??=--= 4-4 解：0.900A A A dx c kp τ=? A A p c RT = 膨胀率为：320.52 A ε-== () 0110.5A A A A c x c x -=+ 所以： ()()()0.9000.9010.511 1.5ln 10.513.2A A A A A A x c dx kRT x x x kRT s τ+=-=---∣??? ?=? 4-5 解： () ()00630030011ln 10.294100.312.88.314828 1211ln ln 18.210.2712.810.95 R A A A A A A R A A V F kc x p c mol m RT F V m kc x -=-??===??===-?- 4-6 解：假设反应为二级反应，则011A A k c c τ-= 把数据代入，可得： 1124;10.041 k k -== 114;10.21 k k -== 11;10.51 k k -== 《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 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 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___。 第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反） 4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操作、连续式操作、半分批式） 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。（传质、传热、动量传递） 6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。（数学模型） 7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。（累积量=输入量-输出量） 8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。（D ） A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。（A ） A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学 1. aA + bB pP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。（ a p ） 2.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。（ 00K K K K n n n -= χ） 3. 化学反应速率式为β αB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。（) ()(βα+RT ） 4. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。（反应速率） 5. 一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用______________法来求反应级数。（初始速率法） 6. 平行反应A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。（浓度、温度） 7. 如果平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应 _______。(提高温度) 8. 一级连串反应A S K 1 K 2 P 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应 ______12/k k 。（降低） 9.化学反应O H CH H CO 2423+?+，其中化学反应计量系数为-1的是哪种物质______。（A ） A. CO B. 2H C. 4CH D. O H 2 10.对于一非恒容均相化学反应αA A αB B ，反应组分A 的化学反应速率 =-A r _______。（A ） A. Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r B A -=- C. dt dC r A A -=- D. dt dC r B A -=- 第一章 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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为 A P ）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 所以，反应器出口气体组成为： 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，大部分经循环化学反应工程原理(华东理工大学版)第四章答案
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