2025年化工工程师-釜式反应器物料衡算与能量衡算基础专题试卷

2025年化工工程师——釜式反应器物料衡算与能量衡算基础专题试卷适用：注册化工工程师（基础/专业基础）｜考试时长：120min｜满分100分说明：覆盖间歇釜BR、连续全混釜CSTR；包含等温/绝热/非绝热工况；题型贴合历年注册化工出题风格；全部附带详细解析。

衡算通用基准：液相反应视为恒容；反应A→P不可逆均相液相反应；一、单项选择题（共10题，每题3分，共30分）稳态连续搅拌釜（CSTR）物料衡算基本方程（组分A）正确形式为（）

A.FA0=FA+(−rA)V

间歇等温恒容釜反应器，无进出料，物料衡算式为（）

A.dCAdt=−rA

B.d液相一级不可逆反应A→P，CSTR，空时τ=V/v0，下列出口浓度表达式（）

A.CA=CA0exp绝热CSTR能量衡算，忽略热损失、无夹套换热，稳态下反应温升与转化率关系为（恒热容）

ΔT=(−ΔHr)CA0xAρ关于CSTR返混描述错误的是（）

A.理想CSTR返混无穷大，器内浓度均匀等于出口浓度

B.相同转化率条件下，一级反应CSTR所需体积大于PFR

C.间歇釜不存在返混问题

D.二级反应，转化率越高，CSTR与PFR体积差距越小非绝热稳态CSTR能量衡算，换热速率Q=UA(Tj−T)，Tj为夹套温度，体系总能量衡算为：

v0ρcp(T0−T)+(−Δ间歇反应釜进行二级液相不可逆反应，等温恒容。延长反应时间，下列正确（）

A.转化率线性增加

B.反应速率随时间不断增大

C.单位时间产物收率持续上升

D.转化率提升速率逐渐放缓两个体积相等CSTR串联，一级反应，对比单台同等总容积CSTR，相同进料条件下（）

A.串联总转化率更低

B.串联总转化率更高

C.转化率完全相等

D.无法判定某放热反应在绝热CSTR存在多稳态现象，下列说法错误（）

A.存在高温稳定态、低温稳定态、中间不稳定态

B.进料温度小幅变化可能导致操作跳变

C.增加夹套移热可以消除多稳态

D.一级吸热反应绝热CSTR更容易出现多稳态物料衡算与能量衡算联立求解非等温CSTR，两个核心未知量一般为（）

A.进料流量、反应速率常数

B.转化率xA、反应器温度T

C.反应器体积、换热面积

二、简答题（共3题，每题8分，共24分）分别写出【稳态CSTR】与【间歇恒容BR】组分A物料衡算通用方程，并说明各项物理意义。简述绝热CSTR与非绝热CSTR能量衡算方程差异；说明绝热温升概念及工程意义。相同等温条件、相同转化率，对比一级不可逆反应分别在间歇釜、CSTR、PFR所需反应器体积/反应时间，简要解释原因。三、计算题（共3题，合计46分）14.（14分）液相一级不可逆反应A→P，k=0.05min−1；进料体积流量v0=2m3/h，15.（16分）等温间歇恒容反应釜，二级不可逆液相反应A→P，动力学：−rA=kCA2；

已知：16.（16分）放热液相反应A→P在绝热CSTR稳态操作；一级反应；

已知条件：

进料：CA0=2.0kmol/m3，进料温度T0=300K；

反应热−ΔHr=82000kJ/kmol(A)；体系ρ参考答案与详细解析一、单选答案1.A2.A3.B4.C5.D

6.B7.D8.B9.D10.B选择题解析A

稳态无累积；输入=输出+反应消耗量；FA0=FA

间歇无进出料，dCB

CSTR一级物料衡算：v0CA0C

放热反应(−ΔD

二级反应转化率越高，CSTR与PFR体积差距越大。B

Q=UA(Tj−T)，T>D

随反应进行CAB

多级CSTR串联减小返混，同等总容积转化率高于单一大CSTR。D

吸热反应绝热CSTR不存在多稳态；只有放热反应才会出现多稳态。B

非等温CSTR，物料衡关联xA，速率常数k与T相关；能量衡关联xA与T；联立求解二、简答题参考答案（1）稳态CSTR（恒容液相）

FA0=FA+(−rA（2）间歇恒容BR

dCAdt=−r稳态CSTR能量衡算通用式：

v0ρcp(T−T0)=(−ΔHr相同等温、相同转化率：

反应时间/体积：VCSTR>三、计算题解析14.解一级反应CSTR设计式：

τ=Vv(1)

τ=0.83×(1−0.8)(2)两台等体积CSTR串联，单台空时τ1，总空时τ总=2τ1

设第一台出口浓度C1，第二台出口C2=CA0(1−x结论：相同总转化率，多级串联CSTR所需体积小于单台CSTR。15.解二级反应间歇恒容积分公式：

1CA−1CA0=kt,CA(2)总操作周期tcycle=11.667+1.5=13.167h

单釜有效体积设为V，每批次生成P量：V⋅C16.解（1）物料