化学反应工程

1、化学反应工程综合复习资料参考答案一、填空：1. 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M1、M2、M3，如下图所示，其中M1和M3这两点我们称之为 稳定 的定常态操作点，M2则称为 不稳定 的定常态操作点。实际操作时，我们一般选择M1、M2、M3中哪一个操作点？ M3 2. 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 。3. 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 反应物的吸附 、 产物的脱附 和 表面化学反应 。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

2、法为积分法和微分法 。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80需时间_11.58_min。6. 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 m3/(mol.h) _。7. 某反应的计量方程为，则其反应速率表达式 不能确定 。8. 下图是某连串反应在各转化率下的产物浓度分布曲线，那么当转化率达60%时，中间产物R的化学反应工程定义总收率为 66.7 ，按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性的定义，在该转化率条件下的收率是 40% ，选择性是 66.7% 。00.20.40.60.81.00.20.40.60.81.0A R SXA

3、A0 CR/CA09. 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 、 动量传递 和 热量传递 ，“一反”是指 反应动力学 。10. 反应级数 不可能 （可能/不可能）大于3。11. 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。12. 平推流的E函数表达式为 ， 其无因次方差= 0 ，而全混流的无因次方差 1 。13. 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，反应物浓度降低有利于反应级数 低 的反应的选择性。14. 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

4、（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。15. 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 。16. 有一液相不可逆反应，A的初始浓度为0.5 mmol/L和3 mmol/L的条件下均在10 min内转化了15，该反应的反应级数n = 1 。速率常数k = 0.016 min-1 。二、多项选择题（正确选项可能不止一个）：1. 对于气固相催化反应的反应机理难以确定的主要原因，正确的是 ABD A. 中间物种的浓度低； B. 中间物种的寿命短；C. 中间物种虽然具有正常化合物的结构和性质，

5、但由于仪器灵敏度的原因难以进行检测；D. 中间物种往往不具有正常化合物的结构和性质2. 关于催化剂孔内的扩散，下面认识正确的是 AD A. Knudsen扩散和分子扩散的主要区别在于扩散阻力产生的主要原因是分子与孔壁碰撞还是分子与分子间碰撞造成的；B. 扩散阻力的存在对反应未必是不利的；C. 对于实际的气固相催化反应，存在的扩散要么是Knudsen扩散，要么是分子扩散；D. 扩散阻力的大小，与催化剂孔道的复杂程度有关3. 对于一个均相变容反应，针对反应物A的反应速率，下面表述正确的是 BD A. ；B. ；C. ；D. 4. 关于理想的间歇式反应器、平推流反应器和全混流反应器，下列描述正确的是

6、 ACD A. 三者同为理想反应器，但理想的内涵是不同的；B. 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；C. 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；D. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大5. 关于指前因子和活化能描述正确的是 B 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

7、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；6. 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 C 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；B. 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7. 某反应速率常数的单位为mol/(m3.h

8、r)，该反应为 A 级反应。A. 零级B. 一级； C. 二级； D. 不能确定. 8. 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 D A. -5/6； B. -1/3； C. -1/6； D. -2/59. 轴向分散系数与扩散系数，下面论述正确的是 BCD A. 两者实质上是相同的，都符合Fick定律；B. 两者实质上是不同的，轴向分散系数的定义实际上是借用了Fick定律的形式；C. 轴向分散系数是与流动有关系的； D. 扩散系数是物质本身的一种属性10. 对于一级不可逆反应，产物R的最大浓

9、度通常 C 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11. 对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断是 AC A. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；B. 对于平推流反应器，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；12. 对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是 A A. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；B. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；C

10、. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径；D. 增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速13. 对于化学反应的认识，下面正确的是 BD A. 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. 化学反应的转化率、目的产物的收率不仅与化学反应本身和使用的催化剂有关，而且还与反应器内流体的流动方式有关； 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14. 关于非理想流动与停留时间分布，论述正确的是 AC A. 一种流动必然对应着一种停留时间分布； B. 一种停留时间分布必然对应着一种流动

11、；C. 一种停留时间分布可能对应着多种流动； D. 流动与停留时间分布存在一一对应关系15. 是 B 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16. 对于一个气固相催化反应过程，下列属于动力学因素的是 CD A. 气膜扩散； B. 孔内扩散； C. 反应物的吸附和产物的脱附； D. 表面反应17. Langmuir吸附等温的四个假定：均匀表面、单层吸附、吸附机理相同和无相互作用这几点应该说是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。然而，对于多数的化学反应，应用这几点假定进行有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于 A

12、A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低； B. 实际的催化剂表面一般很平整；C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远； D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限18. 关于E函数和F函数，下面正确的是 BC A. F(t)= E(t)； B. ； C. ； D. 三、计算题：1. CA0=100 mmol/liter的反应物A在一个2 m3的平推流反应器内进行反应，进料的体积流率为 100 liter/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? 解：(1) 平衡时：rA=0，得： 0.04CAe-0.01CRe=0且根据计量

13、关系得：CR=CA0-CA故：0.04 CAe-0.01（CA0CAe）=0解得：CAe0.2CA0则： xAe=1-CAe/CA0=0.8(2) 实际条件下：由平推流反应器的设计方程：则： 解得：xA0.5062. 在适宜的条件下A按下面的计量方程进行反应v0=1000 liter/hr, CA0=1 mol/liter, CR0=CS0=0。用多大的全混流反应器R浓度能达到最大？该最大浓度是多少？ 解：全混流：由：得：Vm7.071000/60=117.8L得：CR,max=0.343mol/L3. 某速率常数为0.15 min-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，

14、和分别为12min和0.22。求用多级混合流模型预测的转化率。解：根据多级混合流模型知：则：4. 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。解：对于全混流反应器故：令，得：解得：CA1mol/L故： mol/L5. 用一个1升的全混流反应器来确定某反应的动力学方程，A的液相溶液分别以不同的流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.

15、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，请使用下面的附图）解：根据全混流反应器的设计方程：得：由已知数据可得下述数据：，minlnCAln(-rA)2.512.322.912.51220.403.163.02162.043.724.130.5170.24.225.140.5210.164.335.35假设：rA=kCAn, 得:ln(-rA)=lnk+nlnCA以ln(-rA)对lnCA做图，得一直线，截距lnk=-3.3，得：k=0.037L/(mmol.min);斜率n=2。故，速率方程为： rA=0.037CA2 mmol/(L.min)6. 反

16、应物A反应首先生成R (k1=5 hr-1)，R进一步反应生成S (k2=3 hr-1)和T (k3=1 hr-1)。如果浓度为1.0 mol/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。解：根据一级不可逆串联反应在全混流反应器中进行反应时中间物种最大浓度及达到最大浓度空时的公式，有： 0.22 hr说明：上述两公式也可通过对反应物A和产物R两次应用全混流反应器设计方程，求得产物R的浓度表达式，然后R的浓度对空时求导，并令导数为零，推导求出。7. 某一级液相反应在一个全混流反应器中进行，转化率为90，如果再串连一个同样的全混流反应器，使转化率仍维持在90，试问

17、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 .(1)当两个等体积全混流反应器串联时，转化率不变，则有 .(2)根据式（1），得=9；根据式（2），得4.32处理量之比等于空时的反比，即。也就是说，处理量为原来的2.08倍，增加了1.08倍。四、证明题：1. 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应，其组成为CA0，体积流率为v0，摩尔流率为FA0，出口转化率为XA，出口处的反应速率为-rA，请推导全混流反应器的设计方程：证明： 针对反应器列出物料平衡方程：入方出方反应消失的量累积量全混流反应器为连续稳定流动式反应器，累积量为0，反应器中的浓度及反应速率均与出口处相同，其中：入方为：FA0出方为：F