反应工程总复习题(答案)

化学反应工程试题答案

一、单选题：（共60 小题，每题0.5分）

1、化学反应工程是研究如下问题的学科：（A ）

A、化学反应器工程问题

B、化工单元操作

C、反应器特性

D、传递特性

2、化学反应工程研究的对象是：（A）

A、化学反应器

B、单元操作

C、化工流程

D、化学工艺

3、连续操作的反应器的独立变量为（C）

A、浓度

B、反应时间

C、反应器体积大小

4、理想混合的间歇反应器的独立变量为（B）

A、反应速率

B、反应时间

C、反应空间

5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是：（C）

A、反应物浓度

B、反应时间

C、反应空间

6、间歇操作的反应器所具有的特点包括：（A）

A、参数随时间变化

B、参数随空间变化

C、累积量为零

D、累积量不为零

7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D）

A、流入量

B、流出量

C、反应量

D、累积量

8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D）

A、流入量

B、流出量

C、反应量

D、累积量

9、稳定的定常态操作点符合如下条件：（A）

A、移热速率大于放热速率

B、移热速率小于放热速率

C、移热速率等于放热速率

10、若CSTR 的某一操作点是稳定的定常态操作点，则该操作状态具有的特点是：（C）

A、移热速率大于放热速率

B、移热速率小于放热速率

C、移热速率等于放热速率

11、在CSTR 中进行一级不可逆反应，最多可以有几个定常态操作点？（D）

A、0

B、1

C、2

D、3

E、4

12、对于反应级数大于零的反应，下述情况哪种容积效果最高？（C）

A、单釜CSTR

B、多釜CSTR

C、PFR

2

13、 对于自催化反应，下述情况哪种容积效果最高？ （ A

）

A 、CSTR 串联PFR

B 、最优循环比下操作的

PFR C 、CSTR

14、 稳定的定常态操作的 CSTR 反应器在该操作点下列情况是必然成立的： （B

）

A 、移热速率等于放热速率

B 、移热速率大于放热速率

C 、移热速率小于放热速率

情况哪种容积效果最高?

A 、单釜 CSTR

B 、多釜 CSTR

C 、PFR

D 、CSTR 串联 PFR 16、 对于反应级数小于零的反应，下述情况哪种容积效果最高？

（ A ）

A 、单釜 CSTR

B 、多釜 CSTR

C 、PFR

17、 对于绝热的放热反应，下述哪种操作方式的容积效果最高？

（ A ）

A 、CSTR 串联PFR

B 、最优循环比下操作的 PFR

C 、CSTR 18、 平推流反应器的空时与反应时间之间的关系下列哪种说法正确？ （ C

）

A 、总是相等

B 、总是不相等

C 、不确定

19、 全混流反应器的空时与反应时间之间的关系下列哪种说法正确？ （ C ）

A 、总是相等

B 、总是不相等

C 、不确定

20、平推流反应器中进行恒温、 恒压等分子气相反应时， 空时与反应时间之间的关系下列哪 种说法正确?

A 、总是相等

B 、总是不相等

C 、不确定

21、 间歇反应器的反应转化率与反应器大小之间下述说法哪些正确？ （ B

）

A 、与反应器大小有关

B 、与反应器大小无关

C 、不确定

15、对于级数大于零的自催化反应，其动力学线（

1 ~ X A

r A

般存在一个极值，下述

(D )

(A )

2

22、 在对间歇反应器进行设计时， 反应器体积大小与下述哪个因素有关？

（ B ）

A 、反应时间

B 、单位时间处理量

C 、不确定

23、从反应器的停留时间分布测定中求得无因次方差

0.98，则反应器可近视为:

(B )

A 、理想的平推流反应器

B 、理想的全混流反应器

C 、理想混合间歇反应器

24、从反应器的停留时间分布测定中求得无因次方差

0.02，则该反应器可近视为:

A 、理想的平推流反应器

B 、理想的全混流反应器

（A ）

C 、理想混合间歇反应器

25、固定催化反应床层的空隙率

B 是影响床层流体流动特性的重要参数,

般情况下当

过大时，会导致流体如下现象产生：（B ）

A、床层压降变大

B、沟流现象

C、床层热点

26、采用平推流和全混流反应器进行任意级数的反应，若反应空时相等，则平推流反应器出

口转化率与全混流反应器的出口转化率之间的大小关系：（C）

A、总是大于

B、总是小于

C、不能确定

27、若脉冲法测得一反应器存在流体质点停留时间分布，则：（C）

A、一定存在返混

B、不存在返混

C、不能确定

28、若气固多相催化反应为内扩散过程所控制，可以通过下述哪种方法措施减小内扩散对反

应速度的影响：（B）

A、提高流体线速度

B、减小催化剂的粒径

C、增大线速度、D增大催化剂粒径

29、若气固多相催化反应为外扩散过程所控制，可以通过下述哪种方法措施减小外扩散对反

应速度的影响：（C）

A、提高流体线速度

B、减小催化剂的粒径

C、增大线速度、D增大催化剂粒径

30、若气固多相催化反应器内存在沟流现象，可以通过下述哪种措施加以改良：（B）

A、提高流体线速度

B、改善床层空隙率均一

C、增大催化剂粒径

31、若气固多相催化反应器内存在壁效应现象，可以通过下述哪种措施加以改良：（C）

A、增大催化剂粒径

B、减小反应器直径

C、增大反应器直径

32、若气固多相催化反应器内存在短路流现象，可以通过下述哪种措施加以改良：（B）

A、增大催化床层直径

B、改善床层空隙率均一

C、增大催化剂粒径

33、当分子扩散的平均自由程大于催化剂微孔直径时，分子在微孔中的扩散为：（A）

A、努森扩散

B、分子扩散

C、构型扩散

34、当分子扩散的平均自由程小于催化剂微孔直径时，分子在微孔中的扩散为：（B）

A、努森扩散

B、分子扩散

C、构型扩散

35、催化剂颗粒的有效利用系数与催化剂的颗粒直径有关，当颗粒直径增大时，内表面利

用率：（B）

A、增大

B、减小

C、不变

D、不确定

36、催化剂颗粒的有效利用系数与反应温度有关，反应温度提高，内表面利用率：（A）

A、增大

B、减小

C、不变

D、不确定

37、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，高温区交点具有如下特征：

（A）

A、稳定的定常态

B、非稳定的定常态

C、不能确定是否稳定

38、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，中温区交点具有如下

特征:

A、稳定的定常态

B、非稳定的定常态

C、不能确定是否稳定

39、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，低温区交点具有如下特征：

（A）

A、稳定的定常态

B、非稳定的定常态

C、不能确定是否稳定

40、某反应器经脉冲示踪法测得的实验数据计算得方差20,则这个反应器近似可看作

为：（A）

A、理想的平推流反应器

B、理想的全混流反应器

C、理想混合间歇反应器

41、下图中①②③④⑤分别代表5股物流；a、b、c、d代表四个操作点；L1、L2、L3分别代表三条不同的关系曲线，贝恤线L1代表的含义为：（B）

(B)

A、平衡温度线

B、最优温度线

42、如上图，曲线L2代表的含义为：

A、平衡温度线

B、最优温度线

43、如上图，曲线L3代表的含义为：

A、平衡温度线

B、最优温度线

C、动力学曲线C、动力学曲线C、动力学曲线

44、如上图，a点的转化率与d点的转化率之间的关系为: (B)

A、X a>X d

B、X a

C、X a=X d

45、如上图，b点与c点之间存在如下关系: (C)

A 、X b >x c

B 、X b VX c

C 、X b =x c

46、 理想平推流反应器串联的级数越多， 则流体质点经过反应器后的离散程度：

（C ）

A 、越大

B 、越小

C 、不变

D 、不确定

47、 理想全混流反应器串联的级数越多， 则流体质点经过反应器后的离散程度：

（B ） A 、越大 B 、越小 C 、不变 D 、不确定

48、 移热速率大于放热速率是全混流反应器保持稳定操作的：

（B ） A 、充分条件 B 、必要条件 C 、充分必要条件

49、可以通过下述的哪种方法减小固定催化床反应器床层阻力降 P :

（B ）

A 、提高线速度

B 、提高床层空隙率

C 、提高催化剂的比表面积 50、

球形催化剂进行一级不可逆反应，可以用梯尔模数值（

扩散的影响程度，若球形催化剂颗粒半径越大，则梯尔模型值越大，内扩散影响程度越则:

（A ）

A 、越大

B 、越小

C 、不变

51、球形催化剂进行一级不可逆反应，可以用梯尔模数值（

s

）的大小来判断内

扩散的影响程度，若球形催化剂颗粒半径越大，催化剂颗粒的有效系数则：

（A ）

A 、越大

B 、越小

C 、不变

52、球形催化剂进行一级不可逆反应，可以用梯尔模数值（

扩散的影响程度，若反应物在粒内有效扩散系数越大，

催化剂颗粒的有效系数则：

（A ）

A 、越大

B 、越小

C 、不变 53、球形催化剂进行一级不可逆反应，可以用梯尔模数值（

扩散的影响程度，若所进行的化学反应速率越快，

催化剂颗粒的有效利用系数则：

（B ）

A 、越大

B 、越小

C 、不变

54、 为了提高级数相对较高的主反应的选择性，在反应器选型时，下列哪种说法是合理的：

（B ）

A 、返混程度大的优于返混程度小的

B 、返混程度大的劣于返混程度小的

C 、相同

s

s

的大小来判断内

s

55、在一定温度下达到定常态的气固多相催化反应，粒外扩散速率总是______ 粒内化学反应速

A、稳定的定常态

B、非稳定的定常态

C、不能确定是否稳定

A 、大于

B 、小于

C 、等于

56、对于多段绝热固定床反应器，采用段间换热装置的目的主要是为了

A 、消除轴向温度梯度

B 、消除径向温度梯度

C 、消除轴向浓度梯度

D 、消除径向浓度梯度

60、如上图，在 D 、E 、F 三点中，反应速率由大到小的顺序为：

（A ）

（A ）D>E>F （ B ）D

率:

(C )

(A )

57、 若气固多相催化反应速率被内扩散所控制， 表面浓度C AS 之间的关系为：

A 、C AG 大于 C AS

B 、

C AG 小于 C AS C 、

58、 若气固多相催化反应速率被外扩散所控制， 表面浓度C AS 之间的关系为：

A 、C AG 大于 C AS

B 、

C AG 小于 C AS C 、 则反应物气相主体浓度 C AG 与催化剂颗粒外 （C ）

C AG 等于C AS

则反应物气相主体浓度 C AG 与催化剂颗粒外 （A ）

C AG 等于C AS

59、可逆放热反应的 x-T 曲线如图所示，在图中

A-H 各点中：反应速率为零的点为:

(A )

A、大于

B、小于

C、等于

二、多选题（共20小题，每题1分）

(BCE)

1、一个反应器的特性一般从如下哪几个方面进行描述?

A、体积大小

B、物质传递

C、热量传递

D、形状

E、动量传递

2、稳态连续操作的反应器特点包括：（BC）

A、参数随时间变化

B、参数随空间变化

C、累积量为零

D、累积量不为零

32、理想平推流反应器达到稳定的定常态操作时，下列哪些说法是正确的：（BC）

A、参数随时间变化

B、参数随空间变化

C、累积量为零

D、累积量不为零

4、在对间歇反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（AB）

A、流入量

B、流出量

C、反应量

D、累积量

5、全混流反应器CSTR 的特点包括：（AC ）

A、瞬间理想混合

B、返混程度最小

C、出口物料参数与器内相同

D、独立变量为时间

6、平推流PFR反应器的特点包括：（BD）

A、瞬间理想混合

B、返混程度为零

C、出口物料参数与器内相同

D、独立变量为空间

7、其一级不可逆反应在CSTR 中进行时可能有1 至3 个定常态操作点，则稳定的操作点可

能有几个？（ABC ）

A、没有

B、1个

C、2个

D、3个

8、可以通过下述何种方式来有效消除固定床反应器的壁效应现象：（BC）

A、增大催化剂颗粒粒径

B、减少催化剂颗粒粒径

C、增大反应器直径

D、提高反应器长度

9、固定催化反应床层的空隙率 B 是影响床层流体流动特性的重要参数，一般情况下当 B 过

大或床层填充不匀时，会导致流体产生：

（ABC ）

A、沟流现象

B、短路流

C、壁效应

D、床层热点

10、若气固多相催化反应器内存在沟流现象，可以通过下述哪种措施加以改良：（AB）

A、减小催化剂粒径

B、改善床层空隙率均一

C、增大反应器直径

11、若气固多相催化反应器内存在短路流现象，可以通过下述哪种措施加以改良：（AB）

A、增大催化床层直径

B、改善床层空隙率均一

C、增大催化剂粒径

12、气固多相催化反应本征动力学的推导一般涉及到下列哪些项？（ACD）

A、表面吸附

B、内扩散

C、表面反应

D、表面脱附

E、外扩散

A、提高流体线速度

B、减少流体线速率

C、提高床层空隙率

13、可以通过下述的哪种方法减小固定催化床反应器床层阻力降P：BC)

C、减少催化剂的粒径

D、改善内扩散速率

16、对于多段绝热固定床反应器， 采用段间换热装置的目的主要是为了： （ AB

）

A 、消除轴向温度梯度

B 、提高反应器容积效率

C 、消除轴向浓度梯度

17、 为了提高级数相对较高的主反应的选择性，在反应器选型时，下列哪种做法是合理的：

（BC ）

A 、 选全混流不选平推流

B 、 选平推流不选全混流

C 、 选多釜串联的全混流不选单釜全混流

D 、 选间歇反应器不选平推流

14、多釜串联操作的全混流反应器在计算出口转化率时可采用

X AN

公式

进行计算，该公式必须满足三个条件，它们是:

(ABD )

A 、各釜温度一致

B 、各釜体积相同

C 、一级可逆反应

15、如图所示 ABC 为某可逆放热气-固相催化反应的平衡曲线， 应速度为零的点包括：

D 、一级不可逆反应 DEF 为最佳温度曲线，则反

（be ）

a 、C-F

b 、A-B

c 、D-E

d 、G

e 、C

A、提高流体线速度

B、减少流体线速率

C、提高床层空隙率

18、提高气固多相催化反应催化剂的有效利用系数的方法包括如下哪几项？

（ACD ）

A、提高反应温度

B、增大催化剂的粒径

C、减少催化剂的粒径

D、改善内扩散速率

19、若气固多相催化反应速率被外扩散所控制，且所进行的催化反应为快反应，C AG 代表主

体浓度，C AS 代表催化剂颗粒外表面浓度，下面的哪几项是合理存在的？(AC)

A 、C AG 大于C AS B、C AG 小于C AS C、C AS 近似等于零D、C AG 等于C AS

20、重油催化裂化不宜选用的反应器包括：(ABD )

A、固定床

B、列管式

C、流化床

D、间歇釜式反应器

三、判断题(共20小题，每题0.5 分)

1、装置结构、尺寸、型式影响反应器内物料流动、混合、传热等，从而改变反应的动

力学特性。(X)

2、非等分子反应体系的摩尔膨胀因子不等于零，因此不同反应时间对应的体积流率总

将是不一样的。(X)

3、连续操作的反应器的空时就是物料在反应器内部反应时间。(X)

4、连续操作的反应器内部反应温度及压力等条件发生变化，则空时、空速也将发生变

化。(V)

5、对于n>0的反应，PFR的容积效率总是大于间歇釜式的反应器。(V)

6、对于反应级数n>0 的反应，完成相同的生产任务，采用多釜串联的全混流反应器的

容积效率小于单釜操作。(X)

7、平推流反应器进行恒温恒压等分子反应时，空间时间与反应时间相等。(V)

8、采用全混流反应器进行反应级数n>0 的反应，当生产任务确定后，串联的CSTR 反

应器级数越多，反应器的容积效率越低。(X)

9、当多相催化反应过程为外扩散过程所控制时，通过减少催化剂颗粒粒径可以显著提

高宏观反应速度。(X)

10、间歇反应器的反应物达到一定的转化率与反应器体积大小无关，反应器体积大小

取决于生产强度。(V)

11、对于稳态CSTR 反应器内进行的化学反应，其反应速率总是固定不变的。(V)

12、定常态操作的CSTR 反应器移热速率与放热速率相等，则可以认为该反应器是稳

定的。(X)

13、完成相同的生产任务，对于级数大于零的反应，多釜串联的CSTR 反应器容积效

A 、提高流体线速度

B 、减少流体线速率

C 、提高床层空隙率

C 、减少催化剂的粒径

D 、改善内扩散速率

率总是高于单釜。 (V)

14、对于反应级数 n>0 的反应， 间歇釜式反应器的平均反应速率总是高于全混流 反应 器，因此完成相同的生产任务所需要反应器体积总是小于全混流反应器。

(X)

15、 脉冲实验测得某一反应器内的流体质点存在明显的停留时间分布，则可认为该反 应器一定存在返混现象。

(X)

16、 定常态操作的 CSTR 反应器移热速率等于放热速率不足以说明该操作点是稳定的 定常态操作点。

(V)

17、 可以通过提高固定催化床反应器床层空隙率

B 来降低床层阻力降

P 。

(V)

18、 减少催化剂颗粒粒径可以显著提高一个以内扩散为控制步骤的多相催化反应过程。

(V)

19、 流体质点存在停留时间分布一定是由于返混所造成的。

(X)

20、 多相催化反应催化剂的效率因子与催化剂的平均孔径相关，孔径越小，则效率因 子越大。

(X)

四、简答题(共 6 小题，每题 5 分)

1、 简要说明化学反应工程研究的任务主要包括哪些？

答案要点：

( 1)研究反应器的三个传递特性及所进行反应的动力学特性； ( 2)确定反应器的型式及操作方式；

( 3)对反应器进行最佳设计及确定最佳的反应器条件； 2、 简要说明研究化学反应工程学的基本方法包括哪些？

答案要点： 基本方法是：模型方法，包括 ( 1 )物料衡算模型； ( 2)热量衡算模型； ( 3)动量衡算模型； ( 4)反应动力学模型； ( 5)参数计算式。

3、 简要说明反应器的特性具体包括哪些内容？

答案要点：

（1） 流动状态特性; （2） 混合状态特性; （3） 传热特性

4、理想反应器包括哪些形式？试写出它们的基本设计方程式。

答案要点:

理想反应器的形式包括:

（1）理想混合间歇搅拌反应器; （2）理想平推流反应器; （3）全混流反应器 基本设计方程式:

X

A .

t C 理 【 C AO

「A

5、气固多相催化反应一共分为哪七个步骤？

答案要点：

（1） 反应物从气流主体扩散到固体催化剂的外表面（外扩散过程） （2） 反应物进一步向催化剂的微孔内扩散（内扩散过程） （3） 反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程） （4） 吸附的反应物转化为反应的生成物（表面反应过程） （5） 反应物从催化剂的内表面上脱附下来（脱附过程）

（6） 脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程） （7） 生成物分子从催化剂外表面扩散到主体气流中被带出（外扩散过程）

1

6、单一反应的反应器形式及操作方式的选择根据

与C A 关系可以包括三种情况，试说

「A

明这三种情况分别采用何种反应器形式及操作方式？并比较其优劣顺序。

(1) 理想混合间歇搅拌反应器: (3) 理想平推流反应器:

全混流反应器:

X

A

dx A

A0

r A

C AO C A

1

(1) 与X A呈单调上升（一切n>0的不可逆等温反应）

优劣顺序：平推流-多釜串连全混流-单釜全混流；

1

（2）与X A呈单调下降（一切n<0的不可逆等温反应）：

r A

优劣顺序：单釜全混流--多釜串连全混流--平推流；

1

（3）与X A的曲线上存在极小值（自催化反应或绝热操作的放热反应具有该特性）r A 优劣顺序：单釜全混流串连平推流一平推流一全混流；

五、计算题（共2小题，每题5分）

1、（5分）某反应器的脉冲示踪的测试数据如下:

, 其出口转化率X A 0.82，试求该反应在本反应器中进行时的出口转化率（设可按多釜串联

模型模拟）。

解：

（1）求该反应的平衡常数:

tiG 10 o 20 3 30 5 40 5 50 4 60 2 70 1 80 0

C i 0 3 5 5 4 2 1 0

40s

根据CSTR的设计方程可知:

C A0X A C A0X A

r A kC A0 (1 X A )

0.82

40 s

k(1 0.82)

k 0.1139s 1

(2) 多釜串联模型计算转化率:

t2Ci -2 "CT

222222 22

10 0 20 3 30 5 40 5 50 4 60 2 70 1 80 0 “2

40

3 5 5

4 2 1 0

190

2 2 t

t

1

N —

190

1600

0.1188

8.42

转化率: X A 1 0.1188

1

N

1 k —

N

80.973

40

0.1139—

8

2、（5分）在一固定床反应器中装填6mm球型催化剂进行A P的一级不可逆反应。在反应条件下外扩散影响可以忽略，本征动力学方程为:

5 kC A mol/s.kgCat

k 4.52 10-3m3/s.kgCat

已知C A0=1mol/m3，有效扩散系数De为5 103cm3/s，颗粒密度

3

1000kg /m，要求A的转化率为80%，每天生产100kmol的产品P,试求: （1）该过程的宏观反应速率;

（2）为达到工艺所要求的生产能力，需装填多少公斤的催化剂?

（注：单位颗粒体积速率常数k v与床层本征动力学常数k间的关系为：k v k ，

3 时，tanh s 1)

解：

（1）宏观反应速

率:

kv k 4.52s

（2）填装催化剂的量

六、论述题（共2小题，每题10分）

1、化学反应工程研究和核心问题是

三传一反”，何谓 三传一反”？对于规模放大后的工程

问题往往会出现 放大效应”，你对 放大效应”是如何理解的？放大效应是否具有科学的必然 性？ 答案要点：

（1） 三传一反：质量传递、热量传递、动量传递和反应动力学

（2） 装置中的 三传”是极其复杂的，规模放大时的 三传”也随之发生变化，即出现 放大效 应”，因此要解决好装置的放大效应，就必须对反应器内流体的三传（传热、传质、动量传 递）有一个十分清晰的认识；

（3） 放大效应不具备科学的必然性。

2、试从三传一反”的角度出发简要论述催化裂化多相反应器为何选择流化床提升管反应器 型式，而不选用固定床反应器的原因。 答案要点：

（1） 当催化剂的活性寿命：重油催化裂化过程催化剂结炭速率很快，活性下降很快，频 繁更换催

化剂从经济上讲是不合理的，提升管催化裂化装置存在反应再生系统，失 活的催化剂可以通过再生系统再生后重复进入反应器进行反应；

（2） 质量传递因素：重油是一些大分子的烃类组成的具有粘稠状的物质，反应器控制步

骤一般为催化剂的颗粒内扩散，因此，提高反应的速率的方法是尽可能减少催化剂 的颗粒直径，流化床催化裂化催化剂一般为粉状，可以在很大程度上解决内扩散的 问题。若采用固定床，装填粉状催化剂颗粒将导致很高床层压降，动力消耗较大， 从在经济上也是不合理的。

R 爲；3 10

2

4.52 .5 10 3 10 4

9.02 3

1 s

tanh s

0.296

r obs

kC AS

kC AG 3

1.338mol/m .s

dx A

_W

F A0

kC A0 (1 X A

)

W 皂I n 丄

kC A0

1 X A

4|n 丄

X A kC A0

1 X A

515kg