2025年化学工程师职业资格考试《化学反应工程》备考题库及答案

2025年化学工程师职业资格考试《化学反应工程》备考题库及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在理想管式反应器中进行一级不可逆反应A→B，若反应速率常数k=0.2min⁻¹，反应器体积V=100L，进料流量Q=10L·min⁻¹，则反应器出口转化率最接近（）A.0.632  B.0.865  C.0.950  D.0.982答案：B2.对于全混流反应器（CSTR）与管式活塞流反应器（PFR）串联系统，若反应为一级不可逆，相同温度下，CSTR在前、PFR在后，与PFR在前、CSTR在后相比，最终转化率（）A.前者更高  B.后者更高  C.相同  D.无法判断答案：C3.某气固催化反应遵循EleyRideal机理，表面反应为控速步骤，反应物A吸附、B不吸附，则速率方程形式为（）A.r=kpApB/(1+KApA)  B.r=kpA/(1+KApA+KBpB)C.r=kpApB  D.r=kpA/(1+KApA)答案：A4.在固定床反应器中进行放热反应，出现“热点”现象的根本原因是（）A.导热系数过低  B.反应速率过快  C.热量积累速率大于移出速率  D.催化剂失活答案：C5.对于非理想流动反应器，用轴向扩散模型描述时，Peclet数Pe→∞对应（）A.全混流  B.活塞流  C.层流  D.湍流答案：B6.某反应速率表达式为r=kCA²，若CA单位mol·L⁻¹，r单位mol·L⁻¹·s⁻¹，则k的单位为（）A.s⁻¹  B.L·mol⁻¹·s⁻¹  C.L²·mol⁻²·s⁻¹  D.mol·L⁻¹·s⁻¹答案：B7.在间歇反应器中进行二级反应2A→B，初始浓度CA0=2mol·L⁻¹，k=0.1L·mol⁻¹·min⁻¹，反应30min后CA为（）A.0.25  B.0.33  C.0.50  D.0.67答案：B8.催化剂有效因子η<1表明（）A.外扩散控制  B.内扩散控制  C.反应控制  D.催化剂中毒答案：B9.对于可逆放热反应，最佳温度序列应随转化率增加而（）A.升高  B.降低  C.先升后降  D.保持恒定答案：B10.在CSTR中进行自催化反应A+R→2R，若进料不含R，则反应器表现出（）A.多稳态  B.单调递增  C.振荡  D.无法启动答案：A11.反应器停留时间分布密度函数E(t)的积分∫0^∞E(t)dt等于（）A.0  B.1  C.t̅  D.σ²答案：B12.对于气相反应A⇌B，若KP=4，进料纯A，总压1atm，平衡转化率x最接近（）A.0.50  B.0.67  C.0.80  D.0.90答案：B13.在催化剂颗粒内，Thiele模数φ增大时，内扩散有效因子η（）A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：B14.对于连串反应A→B→C，若B为目的产物，应选择（）A.高转化率CSTR  B.低转化率PFR  C.中间转化率PFR  D.循环反应器答案：C15.反应器放大过程中，保持“相似”不包括（）A.几何相似  B.动力相似  C.热相似  D.化学相似答案：D16.对于放热反应，CSTR出现“熄火”现象对应（）A.热量生成>移出  B.热量生成<移出  C.生成=移出  D.与移出无关答案：B17.在微反应器中进行快速放热反应，主要优势是（）A.高转化率  B.高选择性  C.高传热速率  D.低压降答案：C18.对于液相反应，若反应热ΔH=200kJ·mol⁻¹，采用绝热CSTR，则绝热温升λ与进料温度T0关系为（）A.λ∝T0  B.λ∝1/T0  C.λ与T0无关  D.λ∝T0²答案：C19.在催化剂再生烧焦过程中，若颗粒内氧扩散为控速步骤，则烧焦速率与颗粒半径R关系为（）A.∝R  B.∝R²  C.∝1/R  D.∝1/R²答案：C20.对于气液反应A(g)+B(l)→C(l)，若反应在液膜内完成，则增强因子E（）A.=1  B.>1  C.<1  D.=0答案：B二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列措施可提高固定床反应器传热能力的有（）A.减小颗粒直径  B.增加管径  C.采用惰性颗粒稀释  D.提高气体流速答案：ACD22.关于CSTR与PFR串联，下列说法正确的有（）A.总转化率与顺序无关  B.总反应体积与顺序无关  C.中间产物分布与顺序有关  D.热负荷分布与顺序有关答案：ACD23.对于非理想流动，可用下列哪些实验方法测定停留时间分布（）A.阶跃示踪  B.脉冲示踪  C.周期示踪  D.放射性示踪答案：ABCD24.催化剂失活原因包括（）A.积碳  B.烧结  C.中毒  D.磨损答案：ABCD25.在反应器动态模拟中，需考虑下列哪些守恒方程（）A.质量守恒  B.能量守恒  C.动量守恒  D.电荷守恒答案：ABC26.对于可逆放热反应，下列说法正确的有（）A.存在最佳温度  B.平衡转化率随温度升高而降低  C.反应速率随温度升高而一直增大  D.最佳温度随转化率升高而降低答案：ABD27.关于催化剂颗粒内扩散，下列正确的有（）A.有效扩散系数Deff与孔道弯曲度有关  B.Deff与孔隙率成正比  C.Thiele模数越大，η越小  D.粒径减半，η一定增大答案：ABC28.在气液反应器中，提高液相体积传质系数kLa的措施有（）A.提高搅拌转速  B.增加气体表观气速  C.加入表面活性剂  D.减小液体粘度答案：ABD29.对于自催化反应，下列现象可能出现的有多稳态、（）A.极限环振荡  B.ignition/extinction  C.负活化能  D.反应速率随浓度增加而下降答案：AB30.在反应器放大过程中，保持“恒定放热强度”需满足（）A.单位体积传热面积不变  B.单位体积反应热不变  C.总传热系数不变  D.反应温度不变答案：BCD三、填空题（每空1分，共20分）31.在理想间歇反应器中进行零级反应，反应速率常数k=0.5mol·L⁻¹·min⁻¹，初始浓度CA0=4mol·L⁻¹，则完全反应所需时间为________min。答案：832.对于一级反应A→B，在PFR中达到转化率x=0.9，所需空间时间τ与速率常数k的关系为τ=________。答案：ln10/k33.CSTR的热稳定判据要求热量生成曲线斜率________热量移出曲线斜率。答案：小于34.催化剂有效因子η的定义为________反应速率与________反应速率之比。答案：颗粒实际；颗粒内无扩散阻力时的本征35.在气固催化反应中，WeiszPrater判据CWP=φ²η，若CWP<<1，则内扩散________。答案：可忽略36.对于液相反应，绝热温升λ=________，其中ΔH为反应热，CP为热容，ρ为密度。答案：(ΔH)CA0/(ρCP)37.在固定床反应器中进行快速放热反应，常用________稀释催化剂，以消除热点。答案：惰性颗粒38.反应器停留时间分布的方差σ²=0，则该反应器为________。答案：活塞流39.对于连串反应A→B→C，若k1=k2，则B的最大收率ymax=________。答案：1/e40.在微通道反应器中，Damköhler数Da<<1，表明________不是控速步骤。答案：反应四、简答题（每题8分，共40分）41.（封闭型）简述CSTR出现多稳态的根本原因，并写出热稳定判据的数学表达式。答案：根本原因是热量生成与移出曲线出现多个交点。热稳定判据：dQg/dT<dQc/dT，其中Qg为反应放热速率，Qc为移热速率。42.（开放型）结合实例说明如何利用停留时间分布（RTD）诊断非理想流动反应器的“短路”和“死区”现象，并给出改善措施。答案：脉冲示踪实验得到E(t)曲线，若出现双峰或早期突峰，表明短路；若尾部严重拖尾，表明死区。改善：短路—增设导流筒、调整进料分布器；死区—优化搅拌桨形式、增设挡板、提高搅拌转速。43.（封闭型）写出Thiele模数φ、有效因子η的定义式，并说明φ→∞时η的渐近行为。答案：φ=Rsqrt(k/Deff)，η=tanhφ/φ；φ→∞时，η≈1/φ。44.（开放型）某放热气固催化反应在工业固定床中出现“飞温”，请从反应工程角度提出三种以上工程解决方案，并比较其优缺点。答案：1.惰性颗粒稀释：简单但降低产能；2.分段进料：降低每段放热强度，需额外分布器；3.列管式冷却：传热好但结构复杂；4.膜反应器移走产物：打破平衡，膜成本高；5.流化床：等温性好，但催化剂磨损大。45.（封闭型）简述可逆放热反应“最佳温度序列”概念，并给出最佳温度Topt与转化率x的关系式。答案：最佳温度序列指使反应速率最大的温度随转化率升高而降低的曲线。关系：Topt=[E2/(E2E1)]/[Rln(k0E1/(k0'E2))+(E2/(E2E1))ln(1/x1)]，其中E1、E2为正逆反应活化能。五、计算与分析题（共50分）46.（计算题，12分）在等温PFR中进行液相一级不可逆反应A→B，k=0.25min⁻¹，进料CA0=2mol·L⁻¹，流量Q=40L·min⁻¹，要求出口转化率x=0.95。(1)求所需反应器体积V；(2)若采用两个等体积PFR串联，求每段体积；(3)比较两种方案总体积并说明差异原因。答案：(1)V=Qln(1/(1x))/k=40ln20/0.25=478L；(2)每段x1=1sqrt(1x)=0.776，V1=V2=40ln(1/(10.776))/0.25=239L；(3)总体积相同，因一级反应PFR串联与单段等价。47.（综合题，14分）某气相放热反应A⇌B，正逆均为一级，k1=1.0exp(4000/T)s⁻¹，k2=1.0exp(6000/T)s⁻¹，进料纯A，总压2atm，采用绝热CSTR，进料温度T0=350K，ΔH=80kJ·mol⁻¹，CP=40J·mol⁻¹·K⁻¹，τ=5s。(1)列出物料与能量平衡方程；(2)用图解法或迭代法求绝热操作温度与转化率；(3)判断该操作点是否热稳定。答案：(1)物料：x=k1τ(1x)/(1+(k1+k2)τ)；能量：T=T0+(ΔH)x/CP；(2)联立解得x=0.62，T=746K；(3)计算dQg/dT=0.18kW·K⁻¹，dQc/dT=0.25kW·K⁻¹，0.18<0.25，稳定。48.（分析题，12分）某固定床反应器进行气固催化一级反应，颗粒直径dp=3mm，速率常数k=0.8s⁻¹，有效扩散系数Deff=2×10⁻⁶m²·s⁻¹，实验测得宏观速率Rm=0.35mol·kg⁻¹·s⁻¹，颗粒密度ρp=1.2g·cm⁻³。(1)计算Thiele模数φ与有效因子η；(2)求本征速率常数ki；(3)若粒径减至1mm，估算新的宏观速率（假设Deff不变）。答案：(1)φ=(dp/2)sqrt(k/Deff)=0.0015sqrt(0.8/2e6)=30，η=tanh30/30=0.033；(2)ki=Rm/(ηρpCA)=0.35/(0.033×1.2×0.5)=17.7mol·kg⁻¹·s⁻¹；(3)新φ=10，η=0.10，Rm'=kiηρpCA=1.06mol·kg⁻¹·s⁻¹，提高3倍。49.（设计题，12分）某液相二级反应A+B→C，k=0.6L·mol⁻¹·min⁻¹，CA0=CB0=1.5mol·L⁻¹，流量Q=100L·min⁻¹，要求出口转化率x=0.85。(1)求单台CSTR体积；(2)若采用两台CSTR串联，求最小总反应体积及第一