《化学反应工程》课程综合复习资料

PAGEPAGE17《化学反应工程》课程综合复习资料一、填空题：在一个完整的气—固相催化反应的七大步骤中，属于本征动力学范畴的三步为 、 和 。多级混合模型的唯一模型参数为 ，轴向扩散模型的唯一模型参数为 .对于单一反应在相同的处理量和最终转化率条件选择反应器时主要考虑 ;而于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是 。工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 、 和 。在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速率方程式的两种最主要的方法和 。反应级数 （可/不可能）是0,基元反应的分子数 可能不可能）是0。完全混合反应器（全混流反应)内物料的温度和浓度 ，并且 (大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。1 2 对于一个在全混流反应器里进行的放热反应，一般可以出现三个定常态操作点M、M、M如下图所示，其中和M3这两点我们称之为 的定常态操作点则称为1 2 1 2 ,M、M、M中哪一个操作点？1 2 M3M3M2M1AT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 和阶跃示踪。二、选择题：对于瞬时收率和总收率，下列正确的说法有 （多项选择）。A。对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等;反应的瞬时收率与总收率相等；;对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系。某反应速率常数的单位为m3/(mol。hr)，该反应为 级反应。A。零级；B.一级；C。二级；D。不能确定.对于平行反应

A,n

1 1 ，活化能1 1

>E反应级数n 〈n,如果目的产物是R的话，我2 2 A,,n2 2

1 2 1 2们应该在 条件下操作。A。高温、反应物A高浓度； 。高温、反应物A低浓度；C.低温、反应物A高浓度； D。低温、反应物A低浓度。关于E函数和F函数，下面正确的是 。（多项选)A。F(t)B。F(t)

E(t)dt;0tE(t)dt；0C。E(t)dF(t)/dt；D. ()E(t)dt1。0E(t) et/t 是 。1t1A.平推流的E函数；B。全混流的E函数；C。平推流串联全混流的E函数；D。全混流串联平推流的E函数。多级混合流模型和轴向分散模型是两种预测非理想流动对反应转化率影响的数学模型关于两种模下列观点正确的是 。轴向分散模型适用于返混程度在零到无穷大的任何的情况；;;D。两种模型可用同一套示踪实验数据对于反应ARS，目的产物是R，下述反应器中最适宜的是 .A.平推流反应器；B。全混流反应器；C。两个串连在一起的等体积全混流反应器;D.平推流与全混流串联在一起的反应器。关于理想反应器，下列描述不正确的是(多项选择A。理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是一样的,都是反应器内温度和组成处处相同；B。理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的,组成处处相同，但前者随着时间的变化温度和组成可能都发生变化，而后者则不随时间变化;C。平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大；D。平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为无穷大，后者为零。恒温恒压的气相变容反应N3H2NH，原料中混入了一定量的Ar气（与N和H的2 2 3 2 2转化率为零时的初始总摩尔数比为1/2，N与H的比例为计量)，则膨胀率 为 。2 2 A.—0.5；B.-1/3; C.-1/6; D-5/6宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式，流体的凝集态不同对反应结果一般有显的影响，但对于 是例.一级不可逆反应；零级不可逆反应；C。基元反应；D。非基元反应关于E函数和F函数，下面不正确的是 。(t)E(t)dt； B. (t)tE(t)dt；0 0C. E(t)d(t)/dt； D。()E(t)dt10对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 。A。在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的;在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；C。在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应,反应的转化率是一样的;D。在同一平推流反应器或间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的。1E(t) et/t是 。1tA.平推流的E函数； B.全混流的E函数;C。平推流串联全混流的E函数； D.全混流串联平推流的E函数对于瞬时收率和总收下列正确的判断有 (多项选)A。对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；B。对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率相等；C.对于平推流反应器,反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；D。对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；关于基元反应的认,正确的是 。A。分子数可以是任意的整数；B.基元反应的计量系数与对应物种的反应级数之间存在一一对应关系；C。基元反应AR和2A2R意义是一样的；D。基元反应的总反应级数可能是小数。对于一个串联反目的产物是中间产物，下述反应器中最适宜的反应器是 。A.全混流反应器；B。平推流反应器；C.两个串连在一起的等体积全混流反应器；D。平推流与全混流串联在一起的反应器。对于化学反应的认识，下面正确的是 。化学反应的转化率、目的产物的收率仅与化学反应本身和使用的催化剂有关系；器内流体的流动方式有关；反应器仅仅是化学反应进行的场所，与反应目的产物的选择性无关；.恒温恒压的气相变容反应N 3H 2NH，原料中混入了一定量的Ar气（与N和H的2 2 3 2 2转化率为零时的初始总摩尔数比为1/2，N与H的比例为计量比则膨胀率 为 。2 2 A. —0.5；B. —1/3；C. —1/6；D. -5/6。关于指前因子和活化能描述正确的是 。A。指前因子理论上与温度无关,活化能的取值永远都是正的,活化能大、温度低，反应速率对温度的变化更敏感；B。指前因子理论上与温度有关，但与指数项相比其随温度的变化可以忽略，活化能的取值永远都是正的，活化能大、温度低,反应速率对温度的变化更敏感；C。指前因子理论上与温度有关，活化能的取值不可能永远都是正的，活化能小、温度高，反应速率对温度的变化更敏感.多级混合流模型和轴向分散模型是两种预测非理想流动对反应转化率影响的数学模型关于两种模下列观点正确的是 .A。轴向分散模型适用于返混程度在零到无穷大的任何的情况；BC。两种模型可用同一套示踪实验数据；D.两者不能共用同一套示踪实验数据。三、计算题:时间，minCA，mol/L1.时间，minCA，mol/L051015202530350411105420现有某液相反应物A在该反应器中进行分解反应，速率方程为:r kCA A

， k=0.30用多级混合流模型预测时，该反应器的出口转化率为多少？A02。液体反应物A(C ＝1mol/L）通过两个串联的全混流反应器发生某不可逆反应，第一个反器出口的浓度为0.5mol/L，两个反应器的体积比V2/V1=2，反应级数为2，反应速度方程如:A0r kCA A

2 。min)求第二个反应器出口的浓度。3.某液相不可逆反应A→R在一理想的间歇式反应器中进行A的浓度CA:时间,min0246810CA mol/L10。910。820。740.670.61请用积分法确定该反应的速率方程（可用下面的图面作图).4。用一个2升的全混流反应器来确定某反应A R的动力学方程的液相溶液分别以不同的率和不同的初始浓度加入反应器，并测定A的出口浓度，得到如下表所示的数据：v0L/minCA0mmol/LCAmmol/L0。449.1418。340.564。4023。601103。2041。142153。2068。102180.8075。72假设反应速率只与A有关,求反应速率方程式。如需作图,请使用下面的坐标图。5.某一级液相反应AR在一个全混流反应器中进行，转化率为90％，如果再串联一个同样的全混流反应器，使转化率仍维持在90％，试问处理量增加多少？60.37min—1t和2分别为17min和0.25.求用多级混合流模型预测的转化率。7。纯组分A发生下述平行反应,r=2C mol/(L.min)P P AR A rR S （目的产物）rS=CA2 mol/(L.min)A2mol/L,反应在恒温的条件下进行，试确定在全混流反应器中目的产物S达到的最大浓度。四、推导题：AA0假设含反应物A的新鲜原料进入体积为V的全混流反应器进行反,其组成为C ，空时为出口转化率为XA,出口处的反应速率为—r,请推导全混流反应器的设计方:AA0A。 XA。C rA0 A《化学反应工程》课程综合复习资料参考答案一、填空:和脱附。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uLPe＝E 。z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。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。在均相反应动力学,利用实验数据求取化学反应速率方程式的两种最主要的方法积分法和 微分法 。反应级数可能(/不可能）0,基元反应的分子数不可能（/不可能）。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）.1 2 对于一个在全混流反应器里进行的放热反应，一般可以出现三个定常态操作点M、M、M如下图所示，其中和M3,M2则称为1 2 2 3 不稳定的定常态操作点。实际操作我们一般选择M1MM中哪一个操作点？M 。2 3 M3M3M2M1AT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法和阶跃法.二、选择:对于瞬时收率和总收率，下列正确的说法有 BC （多项选择）。A;B.对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；C。对于平推流反应器,反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；D。对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；某反应速率常数的单位为m3/(mol.hr)，该反应为 C 级反应。A。零级；B.一级；C。二级；D。不能确定。A,nRnnR对于平行反应nnR

1 1 1

,

1〉E

，反应级数2

〈，如果目的产物是的话，我1 2A,,nS2 2 2们应该在B条件下操作。A。高温、反应物A高浓度； 。高温、反应物A低浓度；C。低温、反应物A高浓度； D.低温、反应物A低浓度关于E函数和F函数，下面正确的是BCD 。（多项选择）A。F(t)

E(t)dt；0B. F(t)

tE(t)dt；0C。E(t)dF(t)/dt;D. ()E(t)dt101E(t) et/t是BtA。平推流的E函数；B。全混流的E函数;C。平推流串联全混流的E函数；D。全混流串联平推流的E函数多级混合流模型和轴向分散模型是两种预测非理想流动对反应转化率影响的数学模型,两种模型，下列观点正确的是D。轴向分散模型适用于返混程度在零到无穷大的任何的情况；在返混程度较小时，多级混合流模型的模拟结果更接近实际；两者不能共用同一套示踪实验数据两种模型可用同一套示踪实验数据；ARS,目的产物是RA平推流反应器；;C。两个串连在一起的等体积全混流反应器；D。平推流与全混流串联在一起的反应器,下列描述不正确的是AD（多项选择）处相同；B。理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的，虽然都是反应器内温度和组成处处相同,但前者随着时间的变化温度和组成可能都发生变化，而后者则不随时间变化；C。平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大D.平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为无穷大，后者为零；恒温恒压的气相变容反应N 3H 2NH，原料中混入了一定量的Ar气（与N和H的2 2 3 2 2转化率为零时的初始总摩尔数比为1/2，N与H的比例为计量)，则膨胀率 为。2 2 A.—05； B.-1/3； C。-1/6； D。-5/6宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式流体的凝集态不对反应结果一般有明的影响，但对于A 是例.A。一级不可逆反应；B.零级不可逆反应；C。基元反应；D。非基元反应关于E函数和F函数,下面不正确的是A .A。(t)E(t)dt; B. (t)tE(t)dt；0 0C. E(t)d(t)/dt； D。()E(t)dt10CA。在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；1在同一平推流反应器或间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的。1E(t) et/t是BtA。平推流的E函数； 。全混流的E函数；C。平推流串联全混流的E函数； D。全混流串联平推流的E函数对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断有BC （多项选。对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；B。对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率相等；C。对于平推流反应器反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；D.对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；B。A。分子数可以是任意的整数；BC。基元反应AR和2A2R意义是一样的；D.基元反应的总反应级数可能是小数。 下述反应器中最适宜的反应器是A。全混流反应器；B。平推流反应器;C。两个串连在一起的等体积全混流反应器D.平推流与全混流串联在一起的反应器,BDA。化学反应的转化率、目的产物的收率仅与化学反应本身和使用的催化剂有关系;B.;C。反应器仅仅是化学反应进行的场所，与反应目的产物的选择性无关;D.反应器的类型可能直接影响到一个化学反应的产物分布恒温恒压的气相变容反应N23H22NH3，原料中混入了一定量的Ar气（N2H2的1/2，N2与H2)，则膨胀率为A.—05；B.-1/3;C。—1/6；D。-5/6关于指前因子和活化能描述正确的是B指前因子理论上与温度无关，活化能的取值永远都是正的,温度的变化更敏感；B,反应速率对温度的变化更敏感；C。指前因子理论上与温度有关，活化能的取值不可能永远都是正的，活化能小、温度高,反应速率对温度的变化更敏感；C。A。轴向分散模型适用于返混程度在零到无穷大的任何的情况；B.C;D.两者不能共用同一套示踪实验数据三、计算题：1。在一反应器入口输入理想脉冲示踪物后，不同时间检测出口示踪物的浓度C，结果如下所示：时间，min05101520253035CA mol/L，0411105420现有某液相反应物A在该反应器中进行分解反应，速率方程为:r kCA A

, k=。30min-1,若用多级混合流模型预测时，该反应器的出口转化率为多少?解：根据脉冲示踪数据可得：tC(t)t

tC(t)iiit i iiiiC(t)t

C(t)

(等时间间隔）＝15mini i i2t

t2C(tiiii

)ti

t

tC(ti ii

t2(等时间间隔45。83min2C(ti

)ti

C(t)i22t2

＝0.204t2故：N 12C

1 4.900.2041则:xA

1

CA 1A0

(1

ktN)N

0.959A02.液体反应物A（C ＝1mol/L)通过两个串联的全混流反应器发生某不可逆反第一个反应器出A0口的浓度为0.5mol/L，两个反应器的体积比V2/V1=2，反应级数为2,已知反应速度方程为：r kCA A

2 。min)求第二个反应器出口的浓度。解:全混流反应器的设计方程:

C CA0 A得:

V C 11

rAC C

10.51v 0

A0 A1rA1

A0 kC 2A1

k0.52所以：21同理：

V 2

C A1

A2

C CA1 A22 v r0 A2

kC 2A2

C CA1 A22 C 2A22 2由： V 得：2k2 2 V 2 11 1故：C C故：A1 A24C 2A2A2解得：C ＝025mol/LA23。某液相不可逆反应A→R在一理想的间歇式反应器中进行，实验测得反应物A的浓度CA在不同反应时间的数据如下：时间，min0246810CA mol/L10。910。820.740。670.61请用积分法确定该反应的速率方程.解：假设为一级反应，则应满足：ktln(C )ACA0根据已知数据知CA0为1mol/L，计算得如下数据:时间t(min)：0 2 4 6 8 10Cln(CA):0 009 。20 030 0.40 。49A0作图:0.50.40.30.50.40.30.20.10.00246810CAA/CAn-t,min得到一条直线，故一级反应的假设正确。又根据k=斜率＝0。05min—1，得速率方程为:r 0.05CA

mol/(L。min)2AR,A并测定A的出口浓度，得到如下表所示的数据：v0L/minCA0mmol/LCAmmol/L0.449.1418.340.564。4023.601103.2041。142153。2068.102180。8075.72假设反应速率只与A有关,求反应速率方程式。如需作图,请使用下面的图面.解：根据全混流反应器的设计方程：

C C A0 A得：rA

rAC C A0 A由已知数据可得下表：，minr AC A0AlnCAln(-rA）2.52.521。。。32。40。04170.2210.162.913.163.72。224.332.513.024。135。145.35假设－rA=kCAn,得：ln（—rA）=lnk+nlnCAA以A

做图，得一直线。由截距＝lnk =。3，:k=0.037。min)；另外，斜率＝n=故速率方程为：=0.037C2 mmol/（L.min）A AAR在一个全混流反应器中进行，转化率为90%90%，试问处理量增加多少？解:当反应在一个全混流反应器内进行时，根据全混流反应器的设计方程，有：1xA

1 ……………….(1)1k1当两个等体积全混流反应器串联时,转化率不变，则有:11x 1A

………………。.（2）k )22根据式(1），得k =9；根据式得k4.32。101