反应工程课程考试复习大纲

1、判断题1对化学反应来说，温度越高，反应速率越大，因此高温操作，可使反应器体积最小。2.多个PFR串联或多个CSTR串联，其流型仍为活塞流或全混流。3对于零级反应，由于反应速率与反应物浓度无关，因此催化剂内扩散阻力对宏观反应速 率无影响。4在进行均相反应动力学实验时，既可以在间歇反应器中进行，也可以在连续流动反应器 中进行，但由于反应器操作方式不同，因此所得的反应动力学方程形式也是不同的。5多级全混釜串联，串联釜数增多，返混程度增大，釜数接近无穷多，返混程度接近全混 流。6釜式反应器间歇操作改成连续操作后，由于省去了辅助时间，因此一定能提高产量。7.在绝热式固定床反应器中进行一级不可逆反应，由于

2、西勒（Thiele）模数与反应物浓度无关，因此内扩散有效因子在床内为常数。2 2&由于全混釜的停留时间分布比任意非理想流动反应器的都宽，因此（二CSTR ,t）NFRk k9.一自催化反应 A -* P，若其反应速率与反应物 A和产物P的反应级数均大于零，则在达到相同的转化率时，所需的VPFR总是小于 V CSTR 10.气固催化反应的本征速率方程是指排除了吸附和脱附阻力后的速率方程。11.在一绝热反应器中，仅当进行一级反应时，其反应温度和转化率的关系才呈线性。12.在流化床中气泡是贮存反应物的主要场所，因此化学反应也主要发生在气泡中。13.流体的混合态无论对一级反应还是二级反应的反应结果均无

3、影响。14. 在相同的温度下，一级连串不可逆反应AT PQ，在间歇反应器中进行时P的收率总是高于在全混流中进行的 P的收率。15因为单一反应就是基元反应，因此反应级数与化学计量系数相同。16无论是一级反应还是二级反应，流体的混合态对反应结果无影响。17.填料塔具有较大的相界面积，适用于快速反应，而鼓泡塔储液量大，适用于慢速反应。18. 可逆反应在管式反应器中进行时，反应温度应沿着最佳温度线操作，使反应器体积最小。19釜式反应器间歇操作改成连续操作后，由于省去了辅助时间，因此一定能提高产量。20.对气液反应，由于化学反应使液膜阻力减小，故一般为气膜控制过程。选择题1.在间歇反应器中等温进行一级不

4、可逆反应ATR ,当转化率达90%时，所需反应时间为2h,若反应改在管式反应器中进行，空时为2h，其它条件同间歇反应器，则转化率为（）A .60% B. 90 % C. 45% D. 75%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二2为（）；两只相同体积的全混釜并联操作，其无因次停留时间分布的方差值二彳为（）A . 1.0 B. 0.25C. 0.50 D. 0A A）T T P P-V-V Q Q3.对一平行一连串反应 心，P为目的产物，若活化能次序为：E2E1Ad大，若活化能的大小关系为：用（）反应器最为方便。D.自热式固定床C.相界面D.液相主体，反应均为一级，P为

5、目的产物,为了使目的产物的收率最（1 ） E1E2、E3,则操作温度宜（2）EKE2、E3,则操作温度宜（3）E2E1平均密度）D 多釜串联反应器95%时所需的反应时间为P P和A? - R R两个反应，当降低）。的浓度后,发现反应生成P的量显著降低，而A .反应（1）的反应级数大于反应C .反应（1）的活化能小于反应 20所谓固定床积分反应器疋A. 10%R的生成量略降低，表明（2） B .反应（1）的反应级数小于反应（2） D .反应（1）的反应速率常数大于反应 興旦指反应物一次通过后，转化率大于（）的情况。B . 25%C . 40%D . 50%填空题1.一不可逆反应，当反应温度从15

6、0C升高到200C时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为。2.在间歇反应器中等温进行一级不可逆催化反应A R，当CA0 = 1md / I , XAf二90%时所需反应时间为1h,如果CA0 =5mol/l，要xAf =90%，则所需反应时间为 _3. 在气固催化反应中，丹克莱尔数_Da的物理意义为 , n级不可逆反应的Da=_。4._ 催化剂内扩散阻力的存在， 对串联一级反应 AT Rf, R的收率的影响为 _A t R对平行一级反应R的收率的影响为 _。2A t S5. 如图示ABC为某可逆的放热气 一固相催化反应的平衡曲线.DEF为最佳温度曲线，试 回答下列问题：(1) A点与B点的反

7、应速率等于多少？(2)D、E及F,哪一点的反应速率最大？哪点最小?(3) G、M、E及N各点中，哪一点的反应速率最大(4)D、G及H各点中，哪一点的反应速率的大？(5) G与M ,哪一点的反应速率大？6.液相复合反应k kA AP P一，均为基兀反应。在单一连续釜中等温反应,Q Q已知该温度下,k ki i =3k=3k2 2，问当最终转化率为80%时，目的产物 P的瞬时选择性为:，总选择性为:17.(-RA)对XA的曲线上存在极小值的情况是反应和反应的特征。&一液相复合反应A kl p均为一级不可逆反应，在单一连续釜中等温反应，已知该Ak1Q反应温度下,= 5k2，问当最终反应转化率为80%

8、时，目的产物 P的瞬时选择性为_，总选择性为 _。9对一闭式反应器，已测知Pe(Peclet准数)为10,若该反应器用多级串联模型来描述，则模型参数N为 _。10等温下进行一级不可逆反应， 为达到XA的转化率，采用单个CSTR的体积与PFR的体积之比为 _，进行 0级不可逆反应，两者体积之比为 _。11. 已知一实际流动反应器，Pe = 20，该反应器若用多级混合模型描述，则模型参数N= _。212.从反应器停留时间分布测定中，求得无因次方差 匚二=0.98，反应器可视为 _又若求得无因次方差 匚2 =0.02，则反应器可视为 _。13. 在CSTR中，物料平均停留时间为1h,停留时间大于10

9、h的物料粒子占全部物料粒子的 _%。14. _ 在PFR中，停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的 _%,在CSTR中，停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的 _%。15某气相反应 A + 3B TR,则膨胀因子 右A为_。16反应物A的水溶液在等温 PFR中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到 4 倍，则出口转化率为 _。17.在多釜串联中，可逆放热反应的最佳温度序列为随反应釜数增加而_，随转化率增加而_。18.采用无梯度反应器进行气固催化反应本征动力学测定时，足够高的转速，可使_消除；足够小的粒子，可使 _消除。19. 一气固催化反应 A A2 2 B B R

10、 R，若反应机理为:A A2 22 2；: : = = 2A2A；: :B B ；: : = = B B；: :A亠B；- Rc :，此步为控制步骤R R；: : = = R R r r则本征反应速率方程为:20.某液相复合反应 A A 2B2B k k P P ,若rPrP2A+B2A+BT TQ Qr rQ Q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 _； 若采用管式反应器，其进料方式为 _ 若E1E2，则反应温度应采用 _简答题仁在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应A=A= B B。试以反应物 A的浓度CA为纵座标，径向距离r为横座标，针对下列三种情况分别

11、绘出反应物A的浓度分布示意图。(1)化学动力学控制(2)外扩散控制内、外扩散的影响均不能忽略图中要示出CAG, CAS及CAC的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化 剂颗粒中心处 A的浓度，CAe是A的平衡浓度。2在固定床反应器中，分别进行一级和二级不可逆气固催化反应，试比a、b两处的n值大小(a处靠近反应器的进口，b处靠近反应器的出口)，并说明理由。(1) 一级放热反应，绝热操作；(2 )二级反应，等温操作。3. 在一绝热式管式反应器中，进行一气相反应AT 2P,反应器进口温度为 650 C,反应物 A进口浓度为8%(mol.),出口温度为750C, A出口浓度为1.6%( mo

12、l.)。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 C，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？4.现有下列反应：A+B-SPrk10eJ30000/RT CACBP B 2 Q a =k20e，00000/RTCpCB P为目的产物，为了使 P的收率尽可能高，应 选用何种形式的反应器？采用什么样的加料方式和操作条件?5.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 + BR,当内扩散阻力可忽略不计时，选用什么型为好？为什

13、么？(2) 对有内扩散阻力的串联基元反应AT FHS ，选用什么型为好？为什么？6.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？7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？&为什么说对于反应级数大于零的反应，反应温度越高，消除内扩散影响所需的粒度越小？反应物浓度越高，消除内扩散影响所需的粒度越小？计算题1. 一级不可逆反应，在 150C等温

14、PFR中可得转化率60%，现改用同样大小的 CSTR中操 作，处理量不变，要求转化率为70%。问此时 CSTR应在什么温度下操作？已知反应活化 能为 83.7 kJ/mol。2.在间歇反应器中等温进行下列液相反应：A A B B R Rr rR R =1=1 6C6C； kmol/mkmol/m3 3 .h.h2A2A D D =0.2C=0.2CA A kmolkmol / / m m3 3.h.hrD及rR分别为产物D及R的生成速率。反应用的原料为A及B的混合液，其中 A的浓度等于 2kmol/m 3。(1) 计算A的转化率为95%时，R的收率是多少？(2) 若反应温度不变，要求 D的收率

15、达70%，能否办到？(3)在全混反应器中操作时，A的转化率如仍要求达到95%，其它条件不变，R的收率是多少？3.在一反应体积为3m3的CSTR中等温进行下列液相反应：A - B； P rP =1.6CAkmol/m3.h232Ar Q rQ =0.2CAkm ol/m .hrP及rQ分别为产物P和Q的生成速率，P为目的产物。反应用的原料为A和B的混合液，其中CAO =2kmol/m3，每小时处理混合液6m3。求仮应器出口 A,P,Q的浓度，P的收率及总选择性。4. 一均相反应 A A R R，其动力学方程式为(-(-R RA A ) = kCkCA Amolmol / / L.min,L.mi

16、n,其中k=1min-1：要求X XAfAf =90%=90%，若反应分别在等体积的 BR、PFR和CSTR中在相同的条件下等温进行，已知BR的辅助时间为10min，求：(1 )这三种反应器生产强度之比值(生产强度是指单位时间内生产R的摩尔数)(2)求在BR中，生产强度最大时的最佳反应时间及此时的转化率。(提示：最佳反应 时间在25min范围内)。5.某液相均相反应 AP为一级不可逆反应，当反应温度100 C时，反应速率常数为0.4h-1 , 进料物料中A的初始浓度为2mol/L。要求P的产量为480mol/h，最终转化率为80%。求下 列几种情况下的反应体积：(1 )反应在间歇釜式反应器中进

17、行，辅助时间为1h;(2) 反应在全混流釜式反应器中进行；(3) 反应在活塞流管式反应器中进行。6现有一台2m3的全混流反应器，进行液相一级不可逆反应：A A一 - - 2R2R，当处理量Qo =1m3/h时，出口转化率达 80%。现在原反应器后串联一只反应器，反应温度相同。若为了使 处理量增加一倍，则问：(1 )串联一只全混流反应器，总出口转化率仍为80%，该反应体积为多大？(2)若串联一只2 m3的全混流反应器，总出口转化率可达多少？7某液相均相反应 A + B T P, (-RA)=kCACB ；当反应温度100 C时，反应速率常数为 0.5 (mol/L ) -1.h-1,进料混合物中

18、 A、B的初始浓度均为2mol/L。要求P的产量为80mol/h，最 终转化率为80%。求下列几种情况下的反应体积：(1 )反应在间歇釜式反应器中进行，辅助时间为1h;(2) 反应在全混流釜式反应器中进行；(3) 反应在活塞流管式反应器中进行。A A - R R& 在一等温平行反应，R为目的产物，已知 R瞬时选择性S和转化率X XA A的A AJ J D D关系为：S = 0.60.6 + + 2 2X XA A _5_5X XA A，当S= 0.5时终止反应。试计算：(1 )在PFR中进行反应时 R的总收率(2) 在CSTR中进行反应时 R的总收率(3) 在两个串联的 CSTR中进行，当第一

19、釜的出口转化率为多少时，才能使总收率达到最大？此最大总收率为多少？9. 在直径为5cm，长为200cm的闭式反应器中进行一级不可逆反应Ap。进料流量为200cm3/s，若将该反应器作全混釜处理，得出口转化率为80%。(1 )若用轴向扩散模型处理，已知轴向扩散系数Da为5.5cm2/s，则在相同反应条件下，反应器的出口转化率为多少？(2)若用多釜模型处理，出口转化率又为多少？10.已知一闭式液相反应器在流量为5L/s下进行脉冲失踪，得到停留时间分布密度函数t1 1E(t)=e 20 s，试求：20(1)平均停留时间；(2 )该反应器的反应体积为多少？(3)E( F( B和仃 2(4) 若将该反应

20、器用多釜串联模型描述，其模型参数N为多少？11. 一级气固催化反应：A R，在反应温度150C时测得kpkp= =5s5s，, D DeAeA=0=02cm2cm2 2/s/s ,求：(1)当催化剂直径为100m时，内扩散影响是否已排除？ (2)欲保持内扩散有效因子= = 0.80.8，则颗粒直径应为多少?12.某一级不可逆 气固催化反 应，在反 应温 度150C下，测得kp=5s-1,有效扩 散系数2DeA=0.2cm /s。求:(1) 当颗粒直径为0.1mm时，内扩散影响是否已消除？(2) 欲保持催化剂内扩散有效因子为0.8，则颗粒直径应不大于多少？13. 气固催化反应 AT P,为一级不

21、可逆反应。采用球形颗粒催化剂，颗粒直径为2.5mm, 在 450C时 kp为 0.46s-1, DeA 为 2.4 10-6m2/s。求：(1) 内扩散有效因子值n为多少？(2) 若kp为0.92s-1, DeA为1.4 0-6m2/s，则此时催化剂的用量为原用量的多少？(3) 若kP为0.92s-1, DeA为1.4 0-6m2/s,要求n同，则此时催化剂颗粒大小为多少？14在一固定床反应器中球形催化剂上等温进行一级不可逆气固催化反应ATP，在消除外扩散阻力和CAG=10 mol/m3时测得某处宏观反应速度(-RA)=1mol/ (m3床层s)。以催化剂床层 计的本征反应速率常数 kv为1.

22、0s-1，床层空隙率为0.3。催化剂有效扩散系数 DeA=10-8 m2/s。 求：(1 )该处催化剂的内扩散有效因子r值；(2)反应器中所装催化剂颗粒的半径。15在一固定床反应器中等温进行一级不可逆气固催化反应ATP，催化剂为球形颗粒，DeA=4 X10-5 m2/s，在消除外扩散阻力和CAG=10 mol/m 3时测得某处宏观反应速度 (-RA)=1mol/(kg s)。以催化剂质量计的本征反应速率常数kw为1.0 (kg. m3.s)-1,催化剂颗粒密度 p为1200kg/m3。求：(1 )该处催化剂的内扩散有效因子n值；(2) 反应器中所装催化剂颗粒的半径；(3) 在进料量为20 m3

23、/s，反应器出口转化率为80%时，催化剂的装填量。16.一级气固催化反应 A(g)catR(g)，在消除了内、外扩散阻力后，测得如下数据：33T (C)CA(kmol/m )(RA)(kmol/m cat.s)40010.145012现将这种催化剂装在固定床中进行等温反应(400C)，可视为活塞流。在进料流量为3.6m3/h(此时外扩散可忽略不计)时，反应器出口转化率为80%。已知催化剂装填量为 200kg，颗粒密度 订=2000kg/m，求：(1) 400C时的内扩散有效因子的值；(2)若将反应温度提 高到450C，进行等温反应，出口转化率仍为80%，求催化剂装填量。七、参考答案判断题I.

24、2. 3.X4.5.6. . 8. 9.II. 12. 13.14. V1 5. 16. 17. V1 8 . 19.20.1. B 2. B、A 3. B 4. B、C 5. B6. B7. D9. B、B 10. A选择题1.23.06kJ/mol2. 1h3.最大反应速率/最大传质速率，k CASkG am4.5.6.使R收率下降，使(1)均为0(2) D最小，F最大3/4, 3/47.可逆放热，自催化R收率上升(3)E最大 (4) H最大8. 5/6 , 5/6(5) M点大9. 5.5610.-l n(1 入)XAf1 -XAf11. 10.5312.全混流反应器,活塞流反应器13.

25、0.0045314.0,36.815.18.外扩散，内扩散19. r r =17.降低，降低k ks s K K B B P PB B K K A A P PA A-316.0.8(I(I K KA AP PA A K KR R P PR RK KB BP PB B 1)1)2 220.B 一次性加入，A连续滴加 B从反应器进口处加入,A沿管长多处加入高温1.解：以反应物A的浓度为纵座标简答题jpAjpA ! !A A CACA(1)(1)化学动力学控制(2)外扩散控制(3)(3)内外扩散均不能忽略11.C12. A、B、C 13.C14.D、A、B 15.B16. B 17.C18. B 1

26、9. A 20. B填空题2. (1) n n(2)n n3.(1)不对。因最高温度应为出口温度750C(2)不对。因最高转化率为8 T6二0.884.管式反应器，操作条件：A初始浓度高，B初始浓度低，低转化率，低温有利5.( 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ATFHS ,PFR1.解:PFR中：k-In(1-xA)一 I n(1 -0.6)CSTR中:=CA0 - CAfXAfk C

27、Afk(1-XAf)Ik (1-XAf)(-l n(1-XA)XAf072.5460.3(-I n0.4)2.解:(1)-RA =rR - 2rD =1.6CA 0.4CA 二 0.4CA 1 4CASR4CA产AYR - ，0SRdXA1CA01SRdCA ：CCAR20.CA0221住严*CA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 RS的反应,因此选用活性组分分布于表面的蛋壳”型较好。6 应采用小釜在前、大釜在后的连接方式。由于该反应为二级反应，即: 1，在相同的反应体积下，为了使产品产量最大，应采用小釜在前、大釜在后的连接方式。7.高温区交点：热稳定点，反应温

28、度高，反应速度快，能达到的转化率高 中温区交点：热不稳定点低温区交点：热稳定点，反应温度低，反应速度慢，能达到的转化率低工业上一般选择高温区交点为操作点，因为反应温度高，反应速度快，能达到的转化率高a +1 kp a“丁花严T kp于- i ,为了使 ，必须使L .同理 CAG CAS 中-1 -,为了使 ，必须使 CAG 0 ： CAS 7； 计算题.kE 八1、ln(r)k R T T83.7 10 11ln 2.546(8.314423 TT =440.3(K)1.6CA-RA1.6CA 0.4CA 1 4CACA 二CA0 1 -XA =0.1kmol/m3D 的收率：YD =xA -

29、 YR =0.95 -0.7615=0.1885 ： 0.7这说明不能使D的收率达到70%(3)对全混流反应器，若xAf =0.95,则R的收率为：In 1 4CA471.74%Vr C A0 -C ACA CAQ0(RA)1 .6CA 0.4CA12 -3/6hVrCPCPQ0Rp1 .6CA1.6 1= 3/6hJVrCQCQQ0RQ0.2C ACp =3/6h0.2 124.解:YpSP乞=0.4CA0 0.8XABR:t-I n(1 - XAf) = T n(10.90) =2.3 mi knRnA0XAft t0t t0 2 咒 V6 56Q0一丄 In(1 XAf)二 Tn(1 0

30、.90) =2.3min kFR - F AoXAf - QoC A0 XAfVrCA0 0.90 = 0.39VCA02.3CSTR:二 VC A0XAfQ0( RA).90CA0=9kCA0(1O.9O)FR = F A0XAf = Q0C A0 XAfVr CA0 0.90 =0.1VCA093解：(_RA) =rp 心3CA =1kmol/m3CP =0.8kmol/mCQ =0.1kmol/m3FR BR : FR PFR : FR CSTR =0.073:0.39: 0.1 =1:5.34:1.37XAfYR - 0SRdXA-SR4CAfXAf X Af1 4CAfXAf4C A

31、0 1 XAfXAf1 4CA0 1 XAf F=门只 _VrCA0XAf _ VrCA0 1 _et t。t t。10 tVr(2=XAf0.8F A0 kC A0 (1 - XAf )50.4 2 (1 - 0.8)(3)1 n(1 _XA)k丄 In(1 - 0.8) =4h0.4X Af XA06解：Vr = Q0CA0kCA0(1 XAJQ0X Afk(1-XAf)Q0X Af.k =Vr(1 - XAf)Q0 X A1(1)VM _k(1 -XAJ XA1kVkVr12/3Vr2 二Q0(XAf XA1)k(1-XAf)= 2/3m3(2)Vr2 =QCA0XA1dXkCA0(1

32、XAf)Q0XAf 壬 XX A1Af =0.9551 -e110 tdJ e10 t - 1 -e2- = 0dt10 teJ 11 t =1t =2.6min xAf =1 _e =1 _e6 =0.9265.解：(1)t=ln(1-XA)ln(1-0.8)=4hk0.4Q0 = FA0 /C A0FP 480FA0 P600mol/hxAf0.80Qo 二 FA0/CA0 = 600/2 二 300L/hVr 二 Q0(t t0) = 300(4 1) = 1500(L)Vr = 5 600 二 3000(L)Vr =Q 二 300 4 =1200(L)7.解：(1)CA0 二 CB0A

33、(-RA)二 kCACB =kCA1 1U(CAi i i)=05(04CAf = C AO (1 -XAf ) = 2(1 -0.8) = 0.4&解9.解:Q0-FA0 / CAOFAO空 80 100mol/hxAf 0.80Q0 = FA0 / CA0 =100/ 2 = 50L / hVr 二 Qo(t to) = 50(4 1) = 250(L)乂XAf竺FA0 kC：0(1-XAf)20.5 22 (1 - 0.8)2Vr = 10 100 = 1000(L)(3) = t = 4hVr 二 Q0 = 50 4 = 200(L)2S = 0.6 2xAf -5xAf =0.5=

34、xAf =0.4450.4450.4452(1) Ypf 二 o SdXA = o (0.6 2XA -5xA)dXA =0.318(2) YPf =0.5 0.445 = 0.22252(3) YPf =(0.6+2xA1 -5xA1)xA1 +0.5汇(0.445 - xA1)dYPf=0二 xA1 =0.29,YPf =0.298dXA1全混釜一级不可逆反应:CA01kCA11k1-0.811k.10Q0=0.17cm/s0.2*1000/600.25*3.14* 521 DaPe uL rDa查图5.22= 0.162 uL r:1 -XA =0.06r xA =0.94Pe0.271310.解：(1) t = o tE(t)dt(3)E(R =20E(t)二，全混流反应器(4