《化学反应工程》试题及答案

AAA0AA0AABAA223223223A0AA0AAA0ASS0P0A1.1AAA0AA0AABAA223223223A0AA0AAA0ASS0P0A

附1：aceGBT19011-2008准主差性析《学应程试一、填题

质量传递、热量传递、动量传递和化学反应称为三传一物料衡算和能量衡算的一般表达式为输-输出=累。着眼组A化率x的定义式为xn-。。总反应级数不可能大于3反应速率rC的单位为kmol/m·h速率常数k的因次为3

/kmol·h

。

反应速率r的单位kmol/kg·h，速率常数k的因次为

/kg·h。

反应速率

的单位为ol/L·s速率常k因次为(mol)·L。

反应速率常k与温度T的系

k

10000T

10.2

，其活化能为83.14kJ/mol

。

某反应在500K时的反应速率常数k4时的103，则00K的反应速率常k时是400K时

倍。10.某应4℃时的反应速率℃时的1倍，则该反应的活化能为（设度不变）

。11.非分子反2==2SO膨胀因子

等于

-0.5

。12.非分子反N的膨胀因子

H

等于

。13.反N中（）=1/3（）=NH

r

14.在推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为，转化率为x，反应器体积大到时，反应物A的口浓度为(1-)

，转化率为x)

n15.在混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为，转化率为x，反应器体积大到时，反应物A的口浓度为

x

，转化率为

nxn

。16.反活化能E越，反应速率对温度越敏感。17.对特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越大。18.某行反应主副产物分别为P和，选择性的义为--n)

。19.某应目的产物和着眼组分分别为P和其率Φ的义为(n-)/(n-)

。20.均自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大反应速率。21.根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.返的定义：不同停留时间流体微团间的混合。1d

t1.1t24.平流反应器的返混为0

附1：aceGBT19011-2008准主差性析；全混流反应器的返混为∞。25.空的定义为反应器体积与进口体积流量之比。26.针着眼组分A的混流反应器的设计方程为

VxAFA0

。27.不虑辅助时间，对反应级数大于的反应，分批式完全混合反应优于全混流反应器。28.反级>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.反级<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.反级>0时平推流反应器的反应效果优于全混流反应器。31.反级<0时平推流反应器的反应效果差于全混流反应器。32.对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.通自催化反应较合理的反应器组合方式为全混+推流。34.相转化率下，可逆放热反应的平衡温度高于最优温度。35.主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.要高串联反应中间产物P收，优先择平推流反应器。38.主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.停时间分布密度函数的归一化性质的数学表达式

(t)1.0

。41.定态连续流动系统(0)=0；F(∞)=1。42.定态连续流动系统(t)与(t)的关系

F(t)

(t)dt

。43.平停留时间

t

是曲线的分布中心；与E(t)的系为

(t)

。44.方2表停留时间分布的分散程度；其数学表达式为t

t

t)

(t

。45.采无因次化停留时间后E(θ)与E(t)的关系为(

)(t)

。46.采无因次化停留时间后F(θ)与F(t)的关系为F(θ)=

。47.无次方差

与方差

t

的关系为

t

/t

。48.平流反应器的

=0；全混流反应器的

=1

。49.两理想流动方式为平推流和全混流。2d

AAAAA01.1AAAAA0

附1：aceGBT19011-2008准主差性析50.非想流动

的数值范围是0~1

。51.循操作平推流反应器循环比越大返混越大。52.循操作平推流反应器当循环比=0时平推流；当=时为全混流。53.停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.脉示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到E(t)55.阶示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到

曲线。曲线。56.采脉冲示踪法测得的浓度C(t)(t)的关系式为E(t)=C(t)/C。57.采阶跃示踪法测得的浓度C(t)(t)的关系式为F(t)=。58.个体积全混釜串联的停留时间分布的无因次方

=59.多全混釜串联模型当釜数N=为混流，∞为平推流。60.全流的E(t)=

t

e

tt

；(t)=

tt

。61.平流的E当

t

、当

t

；(t)=0当

t

、=1

t

。62.轴分散模型中准越小返混越大。63.轴分散模型中Peclet准的物理意义是代表了流动程轴向返混程度的大小。64.对管式反应器，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.化吸附的吸附选择性要高于物理吸附的吸附选择性。69.化吸附的吸附热要大于物理吸附的吸附热。70.化吸附常为单分子层吸附，而物理吸附常为多分子层吸附。71.操温度越高物理吸附越弱，化学吸附越强；72.在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学。74.气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的影响。75.在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.固颗粒中气体扩散方式主要有分子扩散和努森扩散。77.固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主。78.气相催化串联反应，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.模的物理意义反映了表面反应速率与内扩散速率之比。81.催剂的有效系数为催化剂粒子实际反应速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.催剂粒径越大，其模越大，有效系数越小；3d

A0B0BABBB0BA0AB0BAAA0AA0A0B0BABB0B0BBB0A0B0BABBB0BA0AB0BAAA0AA0A0B0BABB0B0BBB00BBBB0B0BB0BBBA0AB0BAAA0B0BA0BBA0S0ARA1B0BSB0BSA0AA1A2A0ABB0RS

附1：aceGBT19011-2008准主差性析83.气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是气膜扩散扩散和表面反应。84.自式反应是指利用反应自身放出的热量预热反应进料。85.固床反应器的主要难点是反应器的传热和控温问题。86.多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。87.固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＞颗粒密度＞堆密度。89.对体积为V外面为的颗粒体积当量直径为

V/

、面积当量直径为

a/P

、比表面当量直径为6a/V

。90.固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和每一段的操作温度线跨越最优温度线。二计分题

在恒容条件下应A+2B==R气组成为C/

算=20kmol时，计算反应转化率、及组分的浓度。解：在恒容条件下：=(C-=0.8由C-CC-得C=20/m=60kmol/m3xC-C=0.4

在恒压条件下应A+2B==R气组成为C/算=20kmol时，反应转化率、及组分的浓度。解：δy=0.5=(1+yx)=(1-0.5x)在恒压条件下：=Vn/n=V(1-0.5x)C=n/V=(1-x(1-0.5)/(1-0.5x)x-=(-x-n)/=(-)/(2)=(-n)/(2n

串联-行反应A+B==R，原料中各组分的浓度为C=2.0/，molL，C==0，在间歇反应器中容操作一定时间后，得到=0.3mol/L，C/L，计算此时组分B和的度。解：在恒容条件下：C=-C；ΔC=；-C)-；CCC+ΔC得到：=(-C-C/LCC-mol/

在间歇反应器中进行等温2级、级均相反应，分别求出转化率由0至0.9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：

tC

4d

lnAAAA00A0AAAA00A0At100A0A0A01.1lnAAAA00A0AAAA00A0At100A0A0A0

附1：aceGBT19011-2008准主差性析反应：

t

()

，

t

t

0.90.99

反应：

t

，)1t

反应：

tC

1)kC

111

，

t

t

在等温恒容条件下进行下列气相反应A2R其应速率方程为rA

nAVdt

，试推导：（1以A组转化率表的反应速率方程；（2以总压P表的速率方程。假定原料组分为50%A和50%性气体，气体为理想气体。解）

n)A0A0AdtA(1)（2δyn(1+yδx)=(1+0.5)x=2/-2=2/

(1.5)

在间歇反应器中进行等温二级反应A==B反应速率：

rC2mol/(L

当C分别为、5、，分别计算反应至=0.01mol/L所的间。解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视为：11

dC

A0.01C

A

当C=1mol/L，t=9900s当C=5mol/L，t=9950s当C=10mol/L时t试画出反应速率常数与温度T的系示意图。解：eE1ln•RTlnk与1/作图为一直线

ln

T5d

AAA0BA0B0AAAAAAA0AA1.1AAA0BA0B0AAAAAAA0AA

附1：aceGBT19011-2008准主差性析

某气相恒容反应在时的速率式为：

dpdt

0.37

MPa/h）试问反应速率常数的单位是什么？）若速率式写成

dnVdt

kmol/(m·，试问此反应的速率常数为多少？解）应率常数的单位(h·-1（2

dPA33PAAP10VRTdt

A0.37

Ak

RT0.37

8.3144001.2

m

/(·h)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内有50%的A分到分解率为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：

t

dxln(1)(1)kt

ln(10.75)ln(1

min二级反应：

t

(1)

1x•

t

0.7510.5•150.5

液相自催化反应A==B的率方程为

dCdt

CB

mol/(Lh)在等温间歇釜中测定反应速率CC，过1小时后可测得反应速率最大值该温度下的反应速率常数k。解：CC-CC

dt

kC)反应速率最大时：

()dCAC)A

，得到Cmol/L对反应速率式积分得到

(1)CAC(1

，代入数据得到k·h)10.

对于气相反应：A

其反应速率方程-r=，试推导在恒容条件下以总压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

rCA

A

A(1)A(1)6d

AA00A0AAAA00AA0A0AAA00A0AA0AAxxxxxAA00A0AAAA00AA0A0AAA00A0AA0AAxxxxx120A0

附1：aceGBT19011-2008准主差性析δyn=(1+x)=n)x/n-1=P/P

(2)11.

对于气相反应→3P其应速率方程-r=平推流反应器中进行等温恒压反应。已知反应器体积为，料体积流量为，始浓度为。试推导：其反应器设计方程，并以A组分转化率x表示成易积分的形式。假定原料为纯A，气符合理想气体。解：δy等温恒压：v=(1+)=v(1+2)Fx)CA0Avv(1xx0AAFA0

dxAA

dxAkCA

1kCA0

xA1A

dx

A

1k

A1A

A12.

在一全混流反应器中进行下列一级不可逆串联反应：A

k

k

目的产物为P，应器体积为，积流量为，料为纯A组，浓度为。（1各组分的浓度表达式；（2导出产物的收率、选择性表达式；（3导出产物浓达到最大所需的空时，即最优时。解：全混流反应器中对A组作物料衡算

A0

F)(C

A

CA

A对P组分作物料衡算：FP

v(CC12P

kA0CC

A0

CAP

A

CkkAA10(1212n的总收率：ΦP0PnC1A0A的总选择性：

nPnC27d

A0AA0AA0A0AA00AA00A0AA00A0AAA0AA0AA0A0AA00AA00A0AA00A0AAA0AAAA0R0AfA0AAAA0R0RA0R0AMAAAM

附1：aceGBT19011-2008准主差性析的浓度达到最大需满足：

dCd

P

得到最优空时：

1k213.

某一级气相反应A==2P反应速率常数=0.5min-1

，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)1atmA；(2)10atm纯A；(3)1atmA惰气体。解：一级反应：

A(1)xA

0.393δn(1+δyx)=(1+x)=P(1+)纯A：yP(1+y)=1.393atm纯A：P=(1+y)=13.93atmA和9atm惰气体：=0.1PP(1+yx14.

某二级液相反应A+B==C已知在间歇全混釜反应器中达到=0.99需应时间为10min，问）平流反应器中进行时，空时τ为多少？）在全混流反应器中进行时，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：

dC11AkC•9.9dtt110A（1在平推流反应器中：

1kCA0

x10.99•A110.99A

min（2在全混流反应器中：

(1)29.90.99)A

2

min（3两个等体积串联全混流反应器中：第一个釜

Ax)A0

2

第二个釜

A21(1)A0

2由试差法计算得到：15.

自催化反应A+R2R其速率方程为：r=（1在等温条件下进行反应，已知和，求最终转化率为x。使应器体积最小。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/(-r～图表示各反应器的体积。解）合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+=+CC=CC=C)AAM反应速率最大时drC8d

AfMAfMmmA0Ax)r(/A)r(/A)r(/Axxx1.1AfMAfMmmA0Ax)r(/A)r(/A)r(/Axxx

附1：aceGBT19011-2008准主差性析①若≥0.5C，即

CAR0A

，仅用一个全混釜即可m

()0

x(1)(Cx0

)R0②若＜0.5C，即

CA00A0全混釜体积：

(C)vV00C2M

C)A0M

2v0()A0R0

2

()A00平推流体积：

Vv

P

M

dCAkCA

P

CR()C(1)A0AV=F/(-r)V

m

V

Af16.

对于反应速率方程为

rkC

n

的液相反应达一定的生产力讨论当＞n=0F和＜，如何选择型式（平推流或全混流）使反应器体积小，并简单说明理由，并在A0A

x

A

图上表示反应器的体积。解：当时反速与反应物浓度无关，故与反应器型式无关。当n＞反速率与反应物浓度呈正效应平流反应器的浓度水平明显高于全混流型式选平推流反应器。当n＜反速率与反应物浓度呈负效应平流反应器的浓度水平明显高于全混流型式选全混流反应器。A-F

＞n=0A-F

A-F

A

A

9d

A

pmAmmpmmmA0AAAAAAAAA0B0A1.1pmAmmpmmmA0AAAAAAAAA0B0A

附1：aceGBT19011-2008准主差性析17.

一级等温反应化能为推流反应器中进行反应温为，反应器体积为，改为全混流反应器，其体积为，为达到相同的化率=0.6）反应操作温度相同，则/V之应为多少？2若VV=1，全混流反应器的操作温度应为多少？解）

FF1VA•VAln1A

Vx1mA/lnV1（2V/V=1，样得到：

1mA/ln1kem

kp

e

(

)

代入数据得到：T=440K18.

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0.99，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

A0

11

Aout

11

Ain全混流：

A

AoutAin)2Aout19.

将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入，计得到kCτ全混流反应+推流反应器：先计算全混流出口x=0.884全混流出口x就平推流进口，算平推流出口=0.986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0.99，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

k

Aout全混流：

k

AoutAout20.

将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入，计得到全混流反应+推流反应器：先计算全混流出口x=0.760全混流出口x就平推流进口，算平推流出口液相二级不可逆反应C推流反应器进行试验=10min时，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？21.

在恒温恒容下进行下式所示的自催化反应A+R2R其率方程为

rC

初

A0A0ATAkkA01A2AA0A0ATAkkA01A2AA001AAB1

附1：aceGBT19011-2008准主差性析浓度分别为

C

A0

和

C

0

，试推导其在间歇釜中达到最大反应速率时的时间和A组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。22.

平行反应：r=1ASr=2Tr=2

其中为目的产物，在等温操作中，证明：采用全混流反应器最大产浓度CC；用平推流反应器最大产物浓度C=C)。23.等温一不可逆串联反应A

R进料为纯A浓为C连操作空时为τ试别推导出反应器出口各组分的浓度推流反应器）混流反应器。24.

等温一级不可

A

r=kC

逆平行反应：r=k进料为纯A浓为C，连续操作空时为τ，试分别推导出反应器出口各组分的度平推流反应器）全混流反应器。25.线：

试分别在图上画出下列流动模型的停留时间分布函数F和留间分布密度函数(t)曲v

V

p

V

mCSTR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。26.

液相反应

主反应)rk0.6CS(副反应)rkC

1.20.2从有利于产品分布的观点将列操作方式按优→劣顺序排列，并说明理由（2若反应活化能E>E，如何选择操作温度？AB

BA

AB

A

B27.28.29.

①

③④②试采用脉冲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。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。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

4844846222223

附1：aceGBT19011-2008准主差性析串联的停留时间分布密度函数E(t)和分布函数30.()和(θ)分别为闭式流动反应器的无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)(1)(1)F；E(0.8)；E（2若反应器为全混流反应器，试求：(a)(1)(1)F；E(0.8)；E（3若反应器为一非理想反应器，试求：(a)()；E∞)；；(d)E(0)；

；(f)

31.

丁烯在某催化剂上反应的到丁二烯的总反应为CH(A)==H(B)+H(C)假设反应按如下步骤进行：σ

AσA

Bσ+CBB+假定符合均匀吸附模型，试分别推导动力学方程：（1A附控制；（2B脱附控制；（3表面反应控制。32.

乙炔与氯化氢在-活性炭催化剂上合成氯乙烯的应CH(A)+HCl(B)==CHCl其动力学方程式可有如下几种形式：（1r(pp/K)/(1KpK)ABCC

（2（3

rkKp)BAABBrkK/(1p)BBBC试分别列出反应机理和控制步骤33.

气固相催化反应A+B==C其反应机理如下：σAσσ

BAσCσC