化学反应工程复习试题

《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？M32.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%。000.20.40.60.81.00.20.40.60.81.0ARSXAA0CR/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（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0.5mmol/L和3mmol/L的条件下均在10min内转化了15％，该反应的反应级数n=1。速率常数k=0.016min-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ABDA.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，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关于催化剂孔内的扩散，下面认识正确的是ADA.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BDA.；B.；C.；关于E函数和F函数，下面正确的是BCA.F(t)=E(t)；B.；C.；D.三、计算题：1.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?解：(1)平衡时：－rA=0，得：0.04CAe-0.01CRe=0且根据计量关系得：CR=CA0-CA故：0.04CAe-0.01（CA0－CAe）=0解得：CAe＝0.2CA0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：xA＝0.506在适宜的条件下A按下面的计量方程进行反应v0=1000liter/hr,CA0=1mol/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：Vm＝7.07×1000/60=117.8L得：CR,max=0.343mol/L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。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：CA＝1mol/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/L0.449.1418.340.564.4023.601103.2041.142153.2068.102180.8075.72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=0.037CA2mmol/(L.min)6.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。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：0.22hr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：FA＝FA0（1－XA），反应消失的量为：－rAVCCA0FA0v0XA-rA则得：即：或者：2.某一级恒容反应AP在一平推流和一全混流反应器所组成的串联反应器组中进行，两反应器的