中国石油大学化学反应工程期末复习题

《化学反应工程》课程综合复习资料一、单选题1．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，关于这两种模型，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B．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C．两者不能共用同一套示踪实验数据D．两种模型可用同一套示踪实验数据2．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3．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4．乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明这是一个（）反应。A．慢速B．可逆C．自催化D．不可逆5．全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件：A．移热速率>放热速率B．移热速率<放热速率C．移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率D．移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率6．两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-rA1与第二釜的反应速率-rA2之间的关系为（）。两釜反应温度相同。A．-rA1>-rA2B．-rA1=-rA2C．-rA1<-rA2D．不能确定何者为大7．对于一级不可逆反应，产物R的最大浓度通常（）。A．只与速率常数的大小有关B．只与反应温度有关C．与A的初始浓度和速率常数的大小有关D．只与A的初始浓度有关8．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9．某反应速率常数的单位为mol/(m3.hr)，该反应为（）级反应。A．零级B．一级C．二级D．不能确定10．对于平行反应，活化能E1>E2，反应级数n1<n2，如果目的产物是R，我们应该在（）条件下操作。A．高温、反应物A高浓度B．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11．是（）。A．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12．对于强放热的气-固相催化反应，理论上可能得到的值的最多个数为（）。A．一个B．两个C．三个13．全混流模型的停留时间分布的无因次方差等于（）。A．0B．1C．14．恒温恒压的气相变容反应，原料中混入了一定量的Ar气（与N2和H2的转化率为零时的初始总摩尔数比为1/2，N2与H2的比例为计量比），则膨胀率为（）。A．-0.5B．-1/3C．-1/6D．-5/615．已知一闭式反应器的，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N为（）。A．4.5B．5.6C．3.5D．4.016．某反应速率常数的单位为hr-1，该反应为（）级反应。A．零级B．一级C．二级D．不能确定17．四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为（）。A．1.0B．0.25C．0.50D．018．对一平行—连串反应，P为目的产物，若活化能次序为：E2<E1<E3，为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（）。A．先高后低B．先低后高C．高温操作D．低温操作19．恒温恒压的气相变容反应，原料中混入了一定量的Ar气（与N2和H2的转化率为零时的初始总摩尔数比为1：4，N2与H2的比例为计量比），则膨胀率为（）。A．-2/5B．-1/3C．-1/6D．-1/220．对于一级不可逆反应，若k1＝k2，产物R的最大浓度通常（）。A．只与速率常数的大小有关B．只与反应温度有关C．与A的初始浓度和速率常数的大小有关D．只与A的初始浓度有关二、填空题1．一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为（）J／mol。2．在两个等体积串联的全混流反应器中进行一级液相反应A→P，出口转化率为0.6，现其它条件不变，将第二个全混流反应器的体积增加一倍，则出口转化率为（）。3．初浓度为25.4mol/L的过氧化氢，用催化法进行分解反应，10min后溶液中含过氧化氢13.4mol/L，20min后为7.08mol/L，30min后为3.8mol/L，则该反应的级数为（），反应速率常数为0.0635/min。4．等温二级分解反应，依次经过体积相等的一个平推流反应器和一个全混流反应器，出口转化率为0.99，若将这两个反应器调换串联次序，则出口转化率为（）。5．某一级液相反应在间歇式反应器中进行，5min转化率为50％，则转化率达到75％需时间（）min。6．等温下在循环流动管式反应器中进行一级不可逆反应AP，进料浓度为CA0，当循环比为20，转化率XA=0.3时，该反应器体积与使用单个非循环全混流反应器体积之比为（）。7．气相三级反应2NO+O22NO2在30℃及1kg/m2下，已知该反应的反应速率常数kC=2.65104(L2/mol2.s)，今若以–rA=kPpA2pB表示，则反应速率常数kP=（）。8．已知反应A+BP，速度方程-rA=kCACB，反应过程中的体积变化忽略不计，已知25℃下反应速率常数k=9.9210-3（m3/kmol.s），物料A和B的初始浓度分别为0.1和0.08kmol/m3，则在间歇式反应器中限制反应物的转化率达到95%时所需反应时间为（）。9．将一个全混流反应器用于分解稀溶液A，该反应为一级不可逆反应，反应速率常数为3.45L/h，反应器容积为10m3，若要求分解率达95%，则该反应器的处理量为（）。10．有一液相不可逆反应，A的初始浓度为0.5mmol/L和3mmol/L的条件下均在10min内转化了15％，该反应的反应级数为n=（）。速率常数k=（）。11．半衰期为20h的放射性流体，以100L/h的流率通过两只串联的理想搅拌釜中处理，每只釜的体积为40m3，则通过这个系统后原流体的活性衰减了（）。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30min,而在80℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为（）。13．某反应的速率方程式为mol/(m3.h)，则反应级数n为2时，k的单位为（）。14．对于反应，各物质反应速率之间的关系为：(-rA):(-rB):rR＝（）。15．对流经某管式反应器内的流体，测得其停留时间分布数据后，用轴向分散模型描述时获得轴向分散系数D=0.5m2/s，已知管长L=10m，流体在管内流动的线速度u=0.5m/s，若用多釜串联模型描述时，其模型参数N（多釜串联的釜数）=（）。16．有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，反应为二级不可逆反应A→P，若大釜在先，小釜在后，出口转化率为xA1，小釜在先、大釜在后，则出口转化率为xA2，两种情况下，进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较xA1和xA2的相对大小为（）。17．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（）。18．对于一个循环操作的平推流反应器，当循环比0时，它即变为一个（）反应器，当循环比时则相当于一个（）反应器。19．在对物料在反应器内的停留时间分布函数作定量描述时，常用到的两个最重要的特征值是（）和（）。20．用于描述非理想流动的多级混合模型的唯一模型参数为（），而轴向扩散模型的唯一模型参数为（）。三、问答题1．设有三种不同类型的球状催化剂：A.活性组分均匀分布型，B.活性组分分布于表面的“蛋壳”型，C.活性组分集中于中心的“蛋黄”型。若R为目的产物，则：（1）对反应A＋B→R，当内扩散阻力可忽略不计时，选用什么型为好？为什么？（2）对有内扩散阻力的串联基元反应A→R→S，选用什么型为好？为什么？2．气体在催化剂存在下进行化学反应通常可假设成七个步骤，简述这七个步骤的内容？3．在四段绝热式固定床反应器中进行n级不可逆反应,各段的催化剂量相同，且控制进入各段的反应物料温度相等。若n>0，试问：（1）哪一段的净转化率最大？哪一段最小？（2）若段间采用冷激方法进行降温，试问第一段与第二段之间和第二段与第三段之间哪处需加入的冷激剂量多?为什么？4．对动力学控制、液膜扩散阻力控制及气膜阻力控制的气液反应，如何选择吸收设备？5．在一绝热式管式反应器中，进行一气相反应A→2P，反应器进口温度为650℃，反应物A进口浓度为8％（mol）,出口温度为750℃，A出口浓度为1.6％（mol）。在反应器内A、B两点分别进行测定。（1）测得A点的温度为780℃，你认为正确吗？为什么？（2）测得B点的转化率为90％，你认为正确吗？为什么？6．什么是反应程度？7．什么是转化率？8．什么是收率？9．什么是选择性？10．什么是化学反应速率（均相反应）？11．什么是空时？12．什么是空速？13．什么是质量作用定律？14．什么是幂数型反应速率方程式？15．什么是反应级数？16．什么是阿仑尼乌斯方程？17．在两个串联的全混流反应器（空时不相等）中进行均相等温零级与一级反应，问如何串联可获得最高的转化率？18．液相复合反应,若为使目的产物P的选择性高，应选择：（1）若采用间歇反应釜，其加料方式为？（2）若采用管式反应器，其进料方式为？(3)若E1>E2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？19．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？20．厂里闲置着两台反应釜，反应体积分别为5m3和3m3。现欲用来生产乙酸乙酯，由于乙醇大大过量，该反应对乙酸为二级反应，现要求乙酸乙酯的产量尽可能大，你认为应采用什么样的连接方式？为什么？四、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/L0411105420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：,k=0.30min-1，用多级混合流模型预测时，该反应器的出口转化率为多少？2．液体反应物A(CA0＝1mol/L)通过两个串联的全混流反应器发生某不可逆反应，第一个反应器出口的浓度为0.5mol/L，两个反应器的体积比V2/V1=2，反应级数为二级：2mol/(L.min)求第二个反应器出口的浓度。3．反应物A反应首先生成R(k1=5hr-1)，R进一步反应生成S(k2=3hr-1)和T(k3=1hr-1)。如果浓度为1.0mol/L的纯A在一个全混流反应器内进行反应，求R浓度达到最大值的空时及R的最大浓度。4．某气相一级不可逆反应：在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含A75％（mol），10分钟后体积增加了一倍，求A的转化率以及此温度下的速率常数。5．某一级液相反应在一只全混流反应器中进行，转化率为90％，如果再串连一只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？6．纯组分A发生下述平行反应，A的起始浓度为2mol/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所能达到的最大浓度。7．某速率常数为0.15min-1的一级不可逆反应在一非理想反应器内进行反应，示踪结果表明，和分别为12min和0.22。求用多级混合流模型预测的转化率。8．CA0=100mmol/liter的反应物A在一个2m3的平推流反应器内进行反应，进料的体积流率为100liter/min。反应的计量方程和速率方程为求反应的平衡转化率和在该反应器内进行反应所能达到的实际转化率。9．在一反应体积为3m3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应：rP及rQ分别为产物P及Q的生成速率，P为目的产物。反应用的原料为A及B的混合液，其中CA0＝2kmol/m3，每小时处理混合液6m3。求：反应器出口A、P、Q的浓度，P的收率及总选择性。10．如下反应：A+B→R＋P其反应机理步骤如下：A+AB+BA＋BR+P（*）RR+PP+试由L-H机理推导步骤（*）为速度控制步骤时的反应速率方程式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《化学反应工程》课程综合复习资料参考答案一、单选题题目12345678910答案DABBCACCAB题目11121314151617181920答案BCBBBBBBAD二、填空题1．答案：528942．答案：0.7073．答案：14．答案：0.9855．答案：9.976．答案：0.997．答案：1.725（mol/atm3.L.s）8．答案：2.2h9．答案：1.82m3/h10．答案：1，0.016min-111．答案：99.5%12．答案：3.46×105J(/mol)13．答案：m3/(mol.h)14．答案：1：2：215．答案：1016．答案：xA1<xA217．答案：串联的全混区的个数N，Pe＝18．答案：平推流，全混流19．答案：平均停留时间，方差t220．答案：N，EZ/uL（或Pe）三、问答题1．答案:（1）选A.活性组分均匀分布型。因为内扩散阻力可忽略不计，说明内扩散速率很快，反应物料很容易沿着孔道向内扩散。本征反应速率较慢，属于动力学控制，因此选活性组分均匀分布型为好。（2）选B.活性组分分布于表面的“蛋壳”型。对有内扩散阻力的串联基元反应A→R→S，因为目的产物R是中间产物，内扩散阻力的存在对R向外扩散不利，易造成R→S的反应，因此选用活性组分分布于表面的“蛋壳”型较好。2．答案：（1）反应物从气流主体扩散到催化剂的外表面（外扩散过程）；（2）反应物进一步向催化剂的微孔内扩散进去（内扩散过程）；（3）反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程）；（4）被吸附的反应物转化成吸附态的生成物（表面反应过程）；（5）生成物从催化剂表面上脱附下来（脱附过程）；（6）脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程）；（7）生成物分子从催化剂外表面扩散到主气流中被带走（外扩散过程）。3．答案：⑴虽然各段进口温度相等，在催化剂量相同的情况下，净转化率也按1至4段的顺序递减，第一段最大，第二段次之，第三段再次之，第四段最小。⑵因第一段反应量大于第二段反应量，所以1-2段间要取出的热量比2-3段间要取出的热量大，因而1-2段间需要的冷激量也大于2-3段间需要的冷激剂量。4．答案：对动力学控制的气液反应，属于极慢反应，应选用鼓泡塔；对液膜扩散阻力控制的气液反应，属于快速、中速反应，应选用机械搅拌釜、板式塔；对气膜阻力控制的气液反应，属于瞬间不可逆反应，反应面在相界面上，应选用喷雾塔。5．答案:(1)绝热床内的温度是呈线性上升的，出口处温度最高，床层内任一点温度不可能高于出口温度，故780℃是不可能的。（2）出口处A的转化率为(0.08-0.016)×100%/0.08=80%，床层内任一点处转化率不可能高于80%，故转化率为90%是不可能的。6．答案：对于间歇系统中的某反应，若反应混合物中某组分的起始物质的量为ni0，反应后该组分的物质的量为ni，则定义反应程度为7．答案：指某反应中反应物转化的百分率或分率，即反应掉的物质的量与反应开始时物质的量之比。对于反应物A，转化率为8．答案：对于某化学反应，目的产物的收率为9．答案：10．答案：对于均相反应，常用单位时间内、单位反应混合物体积中反应物的消耗量或产物的生成量来表示反应速率。11．答案：特定条件下处理一个反应器体积的物料所需的时间。12．答案：单位时间内，某反应器所能处理的反应物料的体积相当于该反应器体积的倍数，即空时的倒数。13．答案：对于基元反应，其反应速率方程中各组分的反应级数与计量方程中该组分的计量系数一一对应，即质量作用定律。例如，对于基元不可逆反应2A+B→R，其速率方程为-rA=kCA2CB。14．答案：形如-rA=kCA2，-rA=kCA2CB或-rA=k1CA2CB-k2CR类型的反应速率方程式。15．答案：对于幂数型反应速率方程式，各反应物浓度的幂次即称为对该反应物的反应级数，例如-rA=kCA2CB，说明该反应对A为二级，对B为一级。而各幂次的代数和即为总反应级数，例如-rA=kCA2CB的总反应级数为三级。但要注意，反应级数需要通过实验测定，不一定是正整数，也可以是分数、小数甚至负数。16．答案：反应速率方程中，反应速度常数k与温度关系的定量描述式，一般为k=k0exp(-E/RT)。17．答案：对于零级与一级反应，XAf与串联顺序无关。18．答案：为使目的产物P的选择性高，应选择：若采用间歇反应釜，其加料方式为将A一次性加入，B连续滴加；若采用管式反应器，其进料方式为将A从反应器进口处加入，B沿管长多处加入；