反应工程试题答案
一、选择
1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应)
2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为(B.0.25)
3．两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-r A1与第二釜的反应速率-r A2之间的关系为(A ．-r A1 > -r A2)。两釜反应温度相同。
4．固体催化剂之所以能起催化作用，是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要发生(B ．化学反应)。
5．包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为(B ．颗粒密度)
6．在气固催化反应动力学研究中，内循环式无梯度反应器是一种(C. 全混流反应器)。
7．某液相反应，其反应式可写成A+C R+C 这种反应称为(B ．自催化反应)
8．高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似看成(B ．气、液均为全混流)
二、填空题
1．一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为 52894 J ／mol 。 解：mol J E E T T R E k k /528942ln )308
12981(314.82ln )11(ln 2
112=∴=-==-=，
2．从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差
98.02=θσ,反应器可视为 全混流反应器,又若求得无因次方差02.02=θσ,则反应器可视为活塞流反应器。
3．有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，反应为二级不可逆反应A →P ，若大釜在先，小釜在后，出口转化率为x A1，小釜在先、大釜在后，则出口转化率为x A2，两种情况下，进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较x A1和x A2的相对大小为x A1 三、问答题 1.液相复合反应Q B A P B A k k ?→?+?→?+2122, 若25.025.021B A Q B A P C C k r C C k r == 为使目的产物P 的选择性高，应选择： (1) 若采用间歇反应釜，其加料方式为？ (2) 若采用管式反应器，其进料方式为？ (3) 若E 1>E 2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？ 答：为使目的产物P 的选择性高，应选择： (1)若采用间歇反应釜，其加料方式为 A 一次性加入，B 连续滴加 ； (2)若采用管式反应器，其进料方式为 A 从反应器进口处加入，B 沿管长多处加 入 ； (3)若E 1>E 2，则反应温度应采用 高 温 。 四、计算题： 1.在反应体积为1 m 3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产丙二醇-1，2： 23223+→H COCHCH H O H COHCHOHCH 该反应对环氧丙烷为一级，对水为零级，反应温度下反应速率常数等于0.98h -1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m 3，环氧丙烷的最终转化率为90%。 （1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h ，则丙二醇-1，2的日产量是多少？ （2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则丙二醇-1，2的日产量又是多少？ （3）为什么这两种操作方式的产量会有不同？ 解：3101,,0.98, 2.1/,0.9-=====r A A A A V m r kC k h C kmol l X （1） 一级不可逆反应： h m Q Q t t Q V h x k t r Af /3/11)65.035.2()(35.2)9.01ln(98 .01)1ln(130000==+=+==--=-- = 丙二醇的浓度=30 2.10.9 1.89/=?=A A C X kmol m 丙二醇的产量=Af A00x C Q ＝1.891/30.63/15.15/?==日kmol h kmol (2) 采用定态下连续操作 000.91(1)0.98(10.9)?== =--Af r Af Q X Q V k X 所以Q 0=0.109m 3/h 丙二醇的产量=0.109 1.890.2058/ 4.939/?==日kmol h kmol （3）因连续釜在低的反应物浓度下操作，反应速率慢，故产量低。 2.对一闭式反应器进行停留时间分布实验测定，在Q ＝300L/min 下，得到E(t)～t 关系如下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据E(t)函数性质确定并计算： （1）E(t) （2）F(t) （3）该反应器体积为多少？ （4）多级串联模型参数N 为多少？ (5)无因次方差2θσ为多少？ t/min 答： （1）E(t)＝ -1/200(t-20) (2）F(t)＝ -t 2/400+0.1t （3）V ＝ 2 m 3 （4）多级串联模型参数N ＝ 2 (5)无因次方差2112==σθN . 化学反应工程试卷及答案 一、填空题（共25分,每空1分） 1．化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系， 即 ，而且着重研究传递过程对 的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。 2．反应器按型式来分类可以分为管式反应器、 和 。 3．对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为 ；反应产物C 的生成速率表达式为： 。 4．反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、 和 。 5．间歇釜反应器中进行如下反应： P A → (1) 1 1n A A C k r = 1E S A → (2) 22n A A C k r = 2E 在Ao C 和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中S p C C /增大，表明活化能1E 与2E 的相对大小为 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中S p C C /增大，表明反应级数1n 、2n 的相对大小为 。 6．单位时间内由颗粒外表面传递至气相主体的热量可由牛顿冷却定律表达，其表数学表达式为 。 7．全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。 8．对催化剂性能影响最大的物理性质主要是 、 和孔体积分布。 9．复合反应包括三个基本反应类型，即并列反应、平行反应和_____________。 10．在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为 。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为 。 11．对于反应级数0 生物反应工程考试试卷（2004年4月） 班级姓名成绩 一、基本概念(8分) 返混： 酶的固定化技术： 能量生长偶联型： 有效电子转移： 二、写出下列概念的数学表达式(8分) 停留时间：稀释率： 转化率：Da准数： 外扩散效率因子：菌体得率： 产物生成比速：菌体得率常数： 三、判断题(8分) 1、竞争性抑制并不能改变酶促反应的最大反应速率。( ) 2、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一准数，Da准数越大，外扩散效率越高。( ) 3、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( ) 4、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内基质浓度为零。( ) 5、连续培养微生物X过程中，污染了杂菌Y，若μX>μY，则杂菌Y不能在系统中保留。( ) 四、图形题（12分） 图1为微生物生长动力学1/μ~1/S曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。 图2为产物的Lueduking and Piret模型，指出曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表的产物类型。 图1 图2 曲线Ⅰ：曲线Ⅰ： 曲线Ⅱ：曲线Ⅱ： 曲线Ⅲ： 图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率D crit和最大生产强度下的稀释率D m。 图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？ Ⅰ Ⅱ 1/μ Ⅰ Ⅱ 图3 图4 五、简答题 （24分） 1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ 2、影响固定化酶促反应的主要因素有哪些？ X DX 3．举例说明连续培养的应用？ 4．CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。 六、计算题（40分） 1．以葡萄糖为限制性基质，在稀释率D = 0.08 (1/h)条件下，连续培养Candida utilis，建立了化学平衡式，结果如下，求菌体得率Y X/S。（4分）0.314C6H12O6+0.75O2+0.19NH3CH1.82N0.19O0.47 +0.90CO2 +1.18H2O 1 绪论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+ 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算 （1）反应的选择性； （2）反应器出口气体的组成。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为： 0.629Y S 0.961196.11% X 0.720==== （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为 2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4 .27x =69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH: %1002 21004.27?+ +--y x y x =6.983% 空气： %1002 210023279.54?+ +-- y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+ +++y x y x =34.87% HCHO: %10022100?+ +y x x =17.26% CO 2: %1002 2100?+ +y x y =0.6983% 1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下： 23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 24924CO 8H C H OH 3H O +?+ 222CO H O CO H +?+ 由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 放空气体 Akmol/h 原料气和冷凝分离后的气体组成如下： 组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 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 生物反应工程考试试卷（2003年6月）班级姓名成绩 一、名词解释(10分) 流加式操作： 能量生长非偶联型： 返混： 搅拌器轴功率： 固定化酶： 二、请列出下列物理量的数学表达式(10分) 停留时间： 呼吸商： 稀释率： Da准数： 转化率： 三、判断题(10分) 1、单罐连续培养稳态下，D=μ。( ) 2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。( ) 4、Da 准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da 准数越大，外扩散效率越高。( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。( ) 四、图形题（15分） 图1为酶促反应1/r ~1/S 曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。图2为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。 图1 图2 Ⅰ Ⅱ 1/r d /d 图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率D crit和最大生产强度下的稀释率D m。图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？ 图3 图4 五、简答题（25分） 1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ X DX 2、CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。 3、何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区别？ 4、影响k L a的因素有哪些，如何提高k L a或N v？ 5、如何进行流加培养的控制、优化？ 六、计算题（30分） 1、乙醇为基质，通风培养酵母，呼吸商RQ=0.6。反应方程为： C2H5OH+aO2+bNH3 c（CH1。75N0。15O0。5）+dCO2+ eH2O 求各系数a、b、c、d及菌体得率Y X/S。 化学反应工程习题（第五章） 5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 2223C H HCl C H Cl +? ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式： (1) 2 (/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++ (4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++ 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：（1） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσσσ+?+ （控制步骤） C C σσ?+ （2） 11A A σσ+? 22 122111 B B A B C C C σσσσσσσσ+?+→+?+（控制步骤） （3） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσ+→+ （控制步骤） （4） B B σσ+? A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ?+ 5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2 ++ ?+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，2 92O p m m H g =。 24()C H p m m H g 70 100 195 247 315 465 5 010(/) r m ol hr g ??催化剂 3.9 4.4 6.0 6.6 7.25 5.4 注：1mmHg=133.322Pa 《化学反应工程》期末考试试题A 卷参考答案 一、填空（每空3分，共24分） 1、在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就 愈小 。 2、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠__分子引力__结合的，而化学吸附是靠__化学键__结合的。 3、在等温活塞流反应器中进行一级均相反应，反应器体积不变，进口浓度C A0从1mol/L 增加到2mol/L ，如果出口转化率不变，则进料体积流量V 0必须 不变 ； 4、活化能的大小直接反映了___反应速率 _____对温度的敏感程度。 5、对于等温下进行串联反应S P A k k ?→??→? 21，在达到相同转化率的情况下，平推流反应器的效果 优于 全混流反应器。 6、用阶跃示踪法测停留时间分布时，通入示踪物5秒后测得F(t)=0.8，这说明通过该反应器的流体中80%的停留时间为 小于等于5秒 ，20%停留时间为 大于5秒 。 二、选择题（每题3分，共24分） 1、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用__A 。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 2、全混流反应器停留时间分布特征值方差2θσ为 B 。 A 、0 B 、1 C 、t D 、∞ 3、气相反应2423CO H CH H O +?+，进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子c o δ= A 。 A . -2 B. -1 C. 1 D. 2 4.反应级数n= C 时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 2 5、对于单一反应组分的平行反应((A S A P →→主），副），其瞬间收率A ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 A 。 A.全混流反应器 B. 全混流串接平推流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 平推流反应器 6. 阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为 B 。 A. E （t ）曲线 B. F （t ）曲线 C. I （t ）曲线 D. y （t ）曲线 7、反应物A 的水溶液在等温全混流反应器中进行两级反应，出口转化率为0.4，若改为等体积的活塞流反应器中进行，则出口转化率为 C 。 1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应 后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算 （1） （1） 反应的选择性； （2） （2） 反应器出口气体的组成。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为： （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比）， A P 出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为： n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P =18.96 mol n C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式，水（n W ）、氧气（n O ）和氮气（n N ）的摩尔数分别为： n W =n W0+n P +2n C =38.30 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol 1. 1. 2其主副反应如 下： 由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩 原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h 100kmol 放空气 体 原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol） 组分原料气冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 6.20%,均为 重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比）， 试计算： （1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =9.554 又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N 2 作衡算 得： 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中CO摩尔流量为 生物反应工程考试试卷标准答案 一、名词解释(10分) 流加式操作：先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。 能量生长偶联型：当有大量合成菌体材料存在时，微生物生长取决于ATP 的供能，这种生长就是能量生长偶联型。 返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。 搅拌器轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的转速回转时，用以克服介质的阻力所需用的功率，简称轴功率。它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不是电动机的轴功率。 酶的固定化技术：是指将水溶性酶分子通过一定的方式如静电吸附、共价键等与载体结合，制成固相酶的技术。 二、请列出下列物理量的数学表达式 (10分) 停留时间：f V = τ 呼吸商：22/O CO Q Q RQ = 稀释率：V F D = Da 准数： m m N r Da = 转化率：0 0S S S t -= χ 三、判断题(10分) 1、单罐连续培养稳态下，D=μ。( √ ) 2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( √ ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。( ) 4、Da 准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da 准数越大，外扩散效率越高。( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。( ) 四、图形题（15分） 图1为酶促反应1/r ~1/S 曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。图2为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。 图1 图2 图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率D crit 和最大生产强度下的稀释率D m 。图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？ 图3 4 S crit 如图所示。 若S 第二章 均相反应动力学 1、有一反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，反应物转化掉80％，经过18min 后， 转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。 2 A A min 18A0min 8A0A A A0d d 2 19.019.0181)(21 8.018.081)(11kc t c kc kc x x c kt =- = -?== -?=-?= 为假设正确，动力学方程 3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应P A ?，初始反应时C A0=0.5mol/L ，C P0=0反应8min 后，A 的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。 解：p A A C k C k dt dC 21-=- 210021 22) 1(k k x C x C C C K k k Ae A Ae A Ae Pe ==-===即 根据一级可逆反应积分式 1212121min 08664.08 2ln 3 132ln 18ln 1 -==+∴+=-+= k k k k x x x k k t A Ae Ae 121 1m in 02888.0m in 05776.0--==∴k k P A p A A C C C k C k dt dC 02888.005776.021-=-=- 5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为V n k dt dn V r A A A =- =-1)(，在反应过程 中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导 )(A t p f dt dp =的表达式。 解：A t A A A t A A A A A A A A t A A t A A A t kp dt dp RT p k kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dt dp dt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)0 0======-=-=-=-=--=--=-+=得即 8、纯气相组分A 在一等温等容间歇反应器中按计量式P A 5.2?进行反应，实验测得如下 数据， 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 ∝ 分压p A /MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 用积分法求此反应的动力学方程式。 解：由于当∞→t 时，02.0=A p 常数，因此假设为一级可逆反应。 ）即，即，达到平衡时，020220 20220212 121210215 1 (5.125.25.125.25.210)(5.2101002 .02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2A A A A A A A A A A A Ae pe pe Ae A A p p A A p p k p k p k p k p k p k p p k p k dt dp k k p p k k RT p k RT p k MPa p p p c k c k dt dc p A e - =-=-+-=-?-=- ====∴ ==-=-=-=-→∞ 《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和和化学反应称为三传一 反? 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于￡—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(kmol ? h ) 。 6. 反应速率-r A=kC A的单位为kmol/kg ? h.速率常数k的因次为mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2的单位为mol/L ? s.速率常数k的因次为 (mol) 1/2? L-1/2? s 。 8. 反应速率常数k与温度T的关系为lnk 10000 102.其活化能为 T mol 。 9. 某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍.则600K 时的反应速率常数k时是400K时的10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C时的10倍.则该反应的活化 能为（设浓度不变）mol 。 11. 非等分子反应2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中（& ）= 1/3 （仏）二1/2 扁3 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为G°. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 C A0（1-X A）n . 转化率为1-（1- X A”。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为C A0. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 匚些.转化率为nxA—。 1 （n 1）X A 1 （n 1）X A 16. 反应活化能E越大.反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能.温度越低温度对反应速率的影响越大。 18. 某平行反应主副产物分别为P和S选择性S的定义为（n P-g）/ (n s- n s0) 一、填空（40分） （1）气相反应A＋3B→2C，则δ= δ= 。ΒA dC A?r?,前提是（2）反应速率常数有时可以表为。A dt （3）空间速度是指 ___________ ， 空间时间是指 __________。 （4）反应具有最佳温度曲线， 最佳温度曲线是指 __________ 。 4.0克／cm5）多孔性球形颗粒10克，半径1cm，系由密度为（孔隙率3的材料制成。 则其孔容积V= ,θ= g 。假密度ρ= 2?0.218?，如果采用扩散模型，则）已知某非理想流动反应器其停留时间分布的方差 （6?Pe=_______,如果采用多级全混流模型，则m=_______ （7）催化剂微孔内的气体扩散有＿＿＿＿扩散，＿＿＿＿扩散、＿＿＿＿扩散、 及＿＿＿＿扩散等多种形式。。 L r?2C AL A C1mol/L, ，进料反应进行至，（8）复合反应＝A02C2r?M AM x?0.5, s = 时。如果该反应在在固体催化剂中进行时，由瞬时选择性LA。于内扩散的影响，选择性会t?E(t)dt?F(?)?F(0)?）（9,，。 0． （10）内扩散效率因子ζ和Thiele模数Φ的数值通常有如下关系： 外扩散和化学动力学控制时ζ1，Φ值较； 内扩散强烈影响时ζ1，Φ值较。 （11）CO中温变换反应器属于固定床里的反应器。固定床按气体流动方向， 可以分为和反应器。 492－＝/s, =1.5×1012）某一级不可逆的气液反应过程，已知k=10mm/s,D（LL则当k 时，该反应属于快反应，反应区主要在，工业上可选用 反应器或反应器；当k 时，该反应属于慢反应，这时反应区主 要在，工业上可选用或反应器。 L2r?1.0CC BAL L 13AB为主产物，则适＋（，）对于平行反应2r?2.0CC M BAA CC 的要求是宜的操作条件对和。BA （14）返混是指 生物反应工程原理复习资料 生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。 生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。 酶和酶的反应特征 酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。 酶的来源：动物、植物和微生物 酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶 酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。 2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等 固定化酶的性质 固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。 与游离酶的区别： 游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用） 固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性） 固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化 单底物均相酶反应动力学 米氏方程 快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以 破坏这个平衡 稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即 P E ES S E k k k +→+?-211P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES 泰山医学院****～****学年第**学期 ****级临床医学专业本科《化学反应工程》试卷(A) 一、选择题（每小题1分，共 10 分。请将答案填在下面的表格内） 1.化学反应CO+3H 2CH 4 +H 2O ，其中化学反应计量系数为-1的是那种物质( )。 A.CO B. CH 4 C. H 2O D. CO 、 CH 4 、H 2O 2.气相反应A+3B C+D 进料时无惰性气体，A 、B 以2:1摩尔比进料，则膨胀因子δCO =（ ）。 A.2 B.1 C.-1 D.-2 3.对于一非恒容均相化学反应a A A a B B,反应组分A 的化学反应速率-v =( ) A.–v A =Vdt dn B - B. –v A =Vdt dn A - C.–v A =dt dc A - D. –v A =dt dc B - 4.全混流反应器的容积效率η=1.0，该反应的反应级数n=( )。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 5.对于反应级n >0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用（ ）。 A.平推流反应器 B.全混流反应器 C.循环操作的平推流反应器 D.全混流串接平推流反应器 6.分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t o 不包括下列哪项（ ）。 A.加料时间 B.物料冷却时间 C.反应时间 D.清洗釜所用时间 7.对于气—液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应程度，应选用（ ）装置。 A.填料塔 B.喷洒塔 C.鼓泡塔 D.板式塔 8.停留时间分布函数F(t)的定义为（ ）。 A. F(t)=dt t dF )( B. F(t)= )() (t dF t dF C. F(t)= ∞N N t D. F(t)= ∞N N 9.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是（ ）。 A.粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C.床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 10.流化床反应器中的操作气速v o 是根据具体情况定的，一般取流化数v o /v mf 有（ ）范围内。 A. 0.1~0.4 B. 1.5~10 C. 10~15 D. 0.4~1.5 二、填空题（每空 1 分，共 20 分） 1.），它和接触时间成（ ）关系。 2. 用阿累尼乌斯方程来描述反应速度常数与反应温度的关系式（ ），对一给定反应温度升高，反应速率常数将（ ）。 3. 对于间歇系统中进行的化学反应v A A + v B B= v R R,用A 物质表示的反应进度定义为（ ）。 4. 具有良好搅拌装置的釜式反应器按（ ）反应器处理，而管径小、管子较长和流速较大的管式反应器按（ ）处理。 5. 实际流动反应器当t=0时，停留时间分布函数F(t)=（ ），当t=∞时，停留时间分布函数F(t)=（ ），停留时间分布密度函数为（ ）。 6. 催化剂失活主要是（ ）、（ ）、（ ）三类。 7. 气固相反应器主要分（ ）和（ ）两大类。 8. 气体组分在固体催化剂中的扩散过程主要形式有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 9. 物料衡算式的基本表达形式为（ ）。 三、简答题（每题 6 分，共 36 分） 1. 连串反应（等温恒容下的基元反应）A k1 P k2 S 描绘组分A 、P 、S 随时间的变化关系图 。 1-6 试根据下列实验数据确定r max、K m和K I值，并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。 1-7 某一酶反应K m=4.7×10-5mol/L，r max=22 μmol/(L·min)，c S=2×10-4 mol/L，c I=5×10-4 mol/L，K I=5×10-5 mol/L。试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。 1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率，数据如下： （1）判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？（2）用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。 1-10 在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫酸。在一定的酶浓度下，测得M-M方程中的的参数K m=6.7×10-4 mol/L，r max=3×10-7 mol/(L·min)。对该反应，半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。当c S0=2×10-5mol/L，c I0=1×10-5 mol/L时，测得反应速率r SI=1.5×10-9mol/(L·min)。试求K*m 和K I的值。 第二章 习题 2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养，其反应方程式可用下式表达。 612623610322 C H O + 3O + NH C H NO () + H O + CO a b c d →酵母 试求其计量关系式中的系数a 、b 、c 和d 。 2-2 在需氧条件下，以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为： 2523 1.7040.1490.40822C H OH + O + NH CH N O + CO + H O a b c d e → 试求： （1）当RQ=0.66时，a 、b 、c 、d 和e 的值；（2）确定Y X/S 和Y X/O 值。 反应工程 一、填空题(共20空，每空3分，共60分) 1.化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指___ ____、____ ____、___ ____。 2.化学反应过程按操作方法分为___ ____、____ ____、___ ____操作。 3.活化能的大小直接反映了________ _________对温度的敏感程度。 4. 一级连串反应A S P 在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C _______ ______、=opt τ______ _______。 5.生成主产物的反应称为_________ ________，其它的均为_______ ________。 6. 如果平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应__ _____。 7.对于恒容的平推流管式反应器____ ____、____ ____、___ ________一致。 8.全混流反应器的空时τ是_____ ____与_____ ____之比。 9. 对于可逆的放热反应A R 2，使反应速率最大的反应温度=opt T _____ ____。 10.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时反应器内返混为_____ ____，而当β→∞时则反应器内返混为______ ___。 二、单项选择题（共10小题，每题3分，共计30分） 1. 如果平行反应A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应_______。 A. 提高浓度 B. 提高温度 C. 降低浓度 D. 降低温度 2.气相反应2A + B → 3P + S 进料时无惰性气体，A 与B 以2∶1摩尔比进料，则膨胀因子A δ=____。 A. -1 B. -1/2 C. 1/2 D. 1 3.气相反应CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子 CO δ=_______。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 4.全混流釜式反应器最多可能有_______个定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 5.对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用_______。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6.全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 7.一级连串反应A S K 12P 在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C _______。 第一章习题 1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。 2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么? 何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么? 答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B ?C A+C ? D (2)A+2B ?C B+C ?D C+D →E (3)2A+2B ?C A+C ?D 解 (1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22 B A 1B C 22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数 P K ，则C K =_______P K 。 3. 平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。 4.对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。 5.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 10.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。 11.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优 空时 = opt τ_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。化学反应工程试卷及答案
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