化学反应工程练习题解答
第一章习题
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。 解
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 2
在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：
()()()()
S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 9434
2+??→?+
反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A 转化率达50％需要时间为24.6min ，辅助生产时间为30min ，每天生产2400kg 醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m -3，反应器装填系数为0.75。 解
3
31
31
11
1
1
1i 1.2m 0.75
0.8949
总体积
反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr
60
54.6
折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750
737.5
换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.5
0.862
的投料量
A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116
100
hr 100kg 2400/24R 116
74 60 M S R B A ==?==+=?=+?=??=?=??=?=?=+→+-------器器投料量则量流量产量
3
反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol·m -3，物料密度为1050kg·m -3。反应为拟一级反应，速率常数为k =5.708×107 exp(?E /RT ) min -1，E =49.82kJ·mol -1。求x A =0.8时，在等温操作下的反应时间。 解
min 6.308.011ln 05252.0111ln 1min 05252.0)288
314.849820
exp(
10708.5A 1
7=-=-==?-?=-x k t k
4
在555K 及0.3MPa 下，在平推流管式反应器中进行气相反应A →P ，已知
进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol·s -1，动力学方程式为?r A =0.27c A mol·m -3s -1为了达到95％转化率，试求： (1) 所需空速为多少? (2) 反应器容积大小? 解
()1
R 000
VNO 30R 1
11V 95.00A A 95.00A A
A01
330s 131.0075
.11013.015.5553
.015.2730969
.0m 075.110.110969.0s 09.010.11s
10.1195.011ln 27.01127.0d d s m 0969.0300
15.555314.8103.6------=??==
=?======-=-=-==???=??V p p T T V S V V S x x r x c V 标准空速为：
τττ
5
反应A+B →R+S ，已知V R =0.001m 3，物料进料速率V 0=0.5×10-3m 3min -1，c A0=c B0=5mol·m 3，动力学方程式为?r A =kc A c B ，其中k =100m 3kmol -1min -1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积V R =0.001m 3，可达到的转化率为多少?
已知k =1m 3kmol -1hr -1，c B0=3kmol·m -3，c A 饱和=0.02kmol·m -3，水溶液流量为10m 3hr -1。 解
（1）平推流
5
.00005
.051.0001.011
1111)111
(1)1(d 10A0R Af Af
0A 0
2
A A 0A 0R Af
=??+
-=+-
=--=-=?
V kc V x x kc x x kc V V x （2）全混流
3
330R 2B A A A0A A A00R m 1024105.040025.01000025
.0005.0--?=??===?-=-=--=τV V c kc c c r c c V V （3）V R =0.001m 3时可达到的转化率
()()
()3820
.0111005.0100105.0m 001.01A 2
A A 2
A A 33
R 2A 20A A A0B A A A0A A A00R =-=
-??==-=-=--=-x x x x x V x kc x
c c kc c c r c c V V
第二章习题
1. 平行液相反应
A →P r P =1 A →R r R =2c A A →S r S =c A 2
已知c A0=2kmol·m -3，c Af =0.2kmol·m -3，求下列反应器中，c P 最大为多少? (1) 平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，c A1=1 kmol·m -3。 解
3
-A0Af A 2
A Af 0A p P A
P Af
A0p 2A 2
A A S R P P P m kmol 5.02
11
2.011)1(1)1(1d )
1(1
)(d 1PFR For )1(1
211A0
Af
A Af
?=+-+=+-+=
+=-=-=
+=++=++=
??
c c c c c c S c c S c c S c c c r r r r S c c c c
3
-2
2Af Af A0Af A0p P m kmol 25.1)
2.01(1
)2.02()1(1)()(CSTR
For ?=+-=+-=-=c c c c c c
3
-2
2P2Af A1P1A1A0P m kmol 81.056.025.0)2.01(1
)2.01()11(1)12()()(Series in CSTR For two ?=+=+-++-=-+-=S c c S c c c
2. 自催化反应A+P →2P 的速率方程为：?r A =kc A c P ，k =l m 3kmol -1min -1，原料
组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且c A0+c P0= l kmol·m -3，出口流中c P = 0.9 kmol·m -3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=V R /V 0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。 解
A
A 2
A0A A0A A0P A A Af Ain 3
A0)1()1(9
.00714.014
1
m 1kmol x x kc x c x kc c kc r x x c -=-==-===
?= ()()min 76.40714.010714.09.019.0ln 11111ln 1d 1111
1d 1
d PFR
For Ain Ain Af Af A0A A 0
A A A A A0
A A A0Af
Ain Af
Ain
Af
Ain
=???
??-??? ?
?-?=???? ?
?-???? ??-=???? ?
?+-=
-=-=??
?
x x x x kc x x x kc x x x kc r x c x x x x x x τ ()()min 2.99
.09.010714
.09.01111CSTR
For Af Af 2
0A Ain Af 0
A =?--??=--=x x kc x x c τ
()min
91.320.271.120.25.015.09.019.0ln m
kmol 5.0)1(min 71.15
.0)5.01(0714
.05.0111)1(15.00210d d ,1PFR CSTR For 2123
A1A0A1A11A Ain Af 0A 1A1A A
A A A =+=+==??
? ??-??? ??-=?=-==?--??=--?=
==-=---+-τττττx c c x x x x kc x x x r r r ，，有令的极值点相同与由于
()min
71.15
.0)5.01(0714
.05.0111)1(15
.0,0d d CSTR For A1A1Ain Af A01A A
A =?--??=--=
==-+x x x x kc x x r τ分离器
第三章习题
1． 有一有效容积V R =1m 3，送入液体的流量为1.8m 3hr -1的反应器，现用脉冲
示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为： t /min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c /kg·m -3
3
6
5
4
3
2
1
求其停留时间分布规律，即F (t )，E (t )，t ，2
t σ 解
示踪法求停留时间分布规律
t /min c /kg·m -3 ∑c F (t ) E (t ) t·c t 2c 0 0 0 0 0 0 0 10 3 3 0.125
0.0125
30
300 20 6 9 0.3750 0.0250 120 2400 30 5 14 0.5833 0.0208 150 4500 40 4 18 0.75 0.0167 160 6400 50 3 21 0.875 0.0125 150 7500 60 2 23 0.9583 0.0083 120
7200 70 1 24 1.0 0.0042 70 4900 80 0 24 1.0 0 0 0 ∑
24
80
33200
2
2
2
2
2
t
min 2.27233
.332433200
min
33.3324800=-=-====∑∑∑∑t c
c t c tc t σ
2． 请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量，
求F (θ)，E (θ)，θ，2
θσ。 解
()()()()
min 33.335
.110R 0
R 2
2t 2θ===
=
=
=
===V V V V t
t E E t F F t
τττ
σστ
θτθθτ
θ
3． 在习题一的反应器中进行A →D 反应，已知c A0=25mol·m -3，动力学方程为
?r A =0.05c A mol·m -3min -1，请分别用： (1)凝集流模型； (2)多级混合槽模型； (3)平推流模型； (4)全混流模型。
计算出口物料中A 组分的转化率。 解
（1）凝集流模型
t /min
c /kg·m -3
∑c F (t ) ()kt c c -???
?
??∑exp 0 0 0 0 0 10 3 3 0.125 0.1189 0.07582 20 6 9 0.375 0.2262 0.09197 30 5 14 0.5833
0.1793 0.04649 40
4
18
0.75
0.1365 0.02256
50 3 21 0.875 0.0974 0.01026 60 2 23 0.9583
0.0617 0.00415 70 1 24 1.0 0.0294 0.00126
80 0 24 1.0 0 ∑
24
0.2525
()7475.0exp 1A =-???
?
??-=∑kt c c x (2)多级混合槽模型：
7556
.008.433.33005.011
111108
.41
245.008
.4A 22θ2θ
=?
?
? ???+-=?
??
?
?+-
===
==N
N k x N N
ττσσ
(3)PFR 模型：
8111
.033.3311
ln 201d 201d 05.01d min 33.33A A
A A 0A
A
A A A00
R
A A A ==-=-=-=
-===
?
??
x x x x x x r x c V V x x x ττ
(4)CSTR 模型：
()()
6250
.033.33120105.0min 33.33A A A
A A0A A0Af A A00
R
==-=-=--=
==x x x x c x c r c c V V ττ
4． 用题一的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe 值与出口物料中A 组分的
转化率。 解
()()()()()7578
.02422.012993.63976.1exp 3976.112993.63976.1exp 3976.112993.6exp 3976.1412Pe exp 12Pe exp 12Pe exp 413976.1993
.633.3305.041Pe 41993
.6Pe Pe Pe exp 11Pe 2245.012
22
2A 2
22θ
=-=?
?
? ???---??? ???+?
??
???-=?
?
? ??---??? ??+?
?? ??-
==??+=+
==??
? ??---=
==
-==
βββββτβσστ
θx k t
t
t 试差得闭式边界条件
满足闭
5． 设E (θ)、F (θ)分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分
布函数，θ为对比时间。 (1) 若反应器为PFR ，试求：
(a) F (1)，(b) E (1)，(c) F (0.8)，(d) E (0.8)，(e) E (1.2) (2) 若反应器为CSTR ，试求：
(a) F (1)，(b) E (1)，(c) F (0.8)，(d) E (0.8)，(e) E (1.2) (3) 若反应器为一非理想流动反应器，试求
(a)F (∞)，(b) F (0)，(c) E (∞)，(d) ()θθd 0
?∞F ，(e) ()θθθd 0
?
∞
E
解
(1)对PFR ， F (1)=1， E (1)=∞，F (0.8)=0， E (0.8)=0， E (1.2)=0
(2) ()()()()()()()3012
.02.14494
.08.03679.015507.018.06321
.0111CSTR 2.18.018.01=======-==-==-=-------e E e E e E e F e F e E e F θ
θ
θθ，对
(3)
()()()()()θ
θθθθθ=∞
==∞==∞?
?∞
∞
d d 0
010
E F E F F 对任何反应器，
第四章习题
1、 乙炔与氯化氢在HgCl 2活性炭催化剂上合成氯乙烯：
(C)
(B)
(A)
Cl H C HCl H C 3222→+
其动力学方程式可有如下几种形式：
(1) 2
C C B B A A C
B A )1()(p K p K p K K p p p k r +++-
=
(2) )
1)(1(C C B B A A B
A B A p K p K p K p p K kK r +++=
(3) B B A A B
A A 1p K p K p p kK r ++=
(4) C
C B B B
A B 1p K p K p p kK r ++=
试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：
（1）
()σ
C C σσC σB σA σB σ
σB A σ
σA +??←?→?+??←?→?+??←?→?+??←?→?+控制步骤
（2）()2
212212
21
1σC C σ控制步σC σB σA σB σσB A σσA +??←?→?+?→?+??←?→
?+??←?→?+骤
（3）()骤控制步σC B A σB σ
σB A σσA +?→?+??←?→?
+??←?→
?+
（4）()σC C σ控制步C σB σA B σσB +??
←?→??→?+??
←?→?+骤
2、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：
(S)
(R)(A)H H C H C 26484+?→?k
若反应按下列步骤进行：
()()()
????
?????+??←?→?+??←?→???←?→?+3σR R σc 2S R σA σb 1A σσA a 6
54321
k k k k k k （1） 分别写出a ，c 为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
（2） 写出b 为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。
解：（1）： a 控制步骤时
A 2V A r θθk p k r -= （1）
对b ： S R 4A 3p k k θθ=令432k k K =
则R S 2
A 1
θθp K = (2) 对c ： R V 6R 5p k k θθ=令5
6
3k k K =
则V R 3R θθp K = (3) 由(3)代入(2)得：V R S 2
3
A θθp p K K = 由1V R A =++θθθ得
1V V R 3V R S 2
3
=++θθθp K p p K K 11
R 3R S 2
3
V ++=
p K p p K K θ
1R 3R S 23
R S 2
3
A ++=
p K p p K K p p K K θ
1R 3R S 2
3
R
S 2
3
2A 1++-
=
∴p K p p K K p p K K k p k r
（2） c 控制步骤时
V R 6R 5θθp k k r -=
由a A 2V A 1θθk p k =，令
12
1
K k k =，则V A 1A θθp K = 由b S
V
A 2
1S
A
2
R p p K K p K θθθ== 由1V R A =++θθθ得
1V S
V
A 2
1V A 1=++θθθp p K K p K 1
1
A 1S
A 21V ++=
p K p p
K K θ
1
A 1S A 21S
A 2
1R ++=
p K p p
K K p p K K θ
S
A
2
1A 1R 6S
A
2
151p p K K p K p k p p K K k r ++-=
∴ （3） b 为控制步骤：
R
3A 1R
S 34A 13R S 4A 31p K p K p p K k p K k p k k r ++-=
-=θθ
当吸附很弱时，1,131<<< 第五章习题 1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =1.06kg·m -3， 空隙率εP =0.52，比表面积为S g =350m 2g -1，求在500℃和101.33kPa ，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯?苯的分子扩散系数D AB =0.155cm 2s -1。 解 1 233 P e 1 233K AB 12370 K 93 P g P V g 0s cm 10145.13 10608.652.0s cm 10608.610902.61155.011 111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.51060 1035052 .0444 ----------?=??==?=?+ =+=?=+??==?=???== =τερεD D D D D M T d D S S V d 2. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时， 该反应的速率常数为k =6.01s -1，有效扩散系数为D e =7.82╳10-4cm 2s -1。， 试求颗粒直径为3mm 和1mm 时的催化剂的效率因子。 解 461.10182.701.6305.03 383.40182.701.6315.034 114e 33S =?== =?==--e S D k R D k R ?? 5373.0383.4101249.008.8001249.008.80461.11461.131461.1131)3(112282.0383 .41 1 461.13461.13461.13461.131S 1S S11S3 3=? ?? ??--+= ???? ???--+=??? ? ??-= == =?-??-?e e e e th ???η?η 3. 什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的计算式？两者有 何异同？ 答 定义式()()??-= -S S S S A A d d V V V V r R 计算式 ?R A =η (?r AS ) 两者都反映了宏观反应速率与本征反应速率之间的关系。颗粒内实际反应速率受颗粒内浓度、温度分布影响，用定义式是难于计算的。计算式将过程概括为颗粒表面反应速率与效率因子的关系，而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的，从而得到总体颗粒的宏观速率。 第六章习题 1. 在一总长为4m 的填充床中，气体以2500kg·m -2hr -1的质量流率通过床层。 床层体安装直径为3mm 的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kg·m -3，其粘度为1.8╳10-5kg·m -1s -1。求床层的压降。 解 ()() 21045.01108.136002500 1031Re 5 3B g g m S m =-?? ?=-=--εμρu d Ergun 方程 ()()Pa 3296445.045.011039 .29.23600250075.1210150175.1Re 150332 3B B S g 2 m m =?-???? ? ???? ? ? ??+=?-???? ??+=?-p L d u p εερ 2. 在铝催化剂上进行乙腈的合成反应 C 2H 2+NH 3→CH 3CN+H 2+92.14kJ (A) (B) (R) (S) 设原料气的体积比为C 2H 2:NH 3:H 2=1:2.2:1。采用三段绝热式反应器，段间间接冷却，使各段出口温度均为550℃，每段入口温度也相同，其反应动力学方程可近似表示为： () 1 cat 1A 4A g hr kmol 17960exp 1008.3--?-?? ? ??-?=-x T r 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 2 B 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 化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.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、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.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，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.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。 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.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。 10.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。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.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的大小；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； 15.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。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P 《化学反应工程》习题答案 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 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=累积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/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 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 9. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 10. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 11. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 12. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 13. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 14. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 15. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 16. 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 17. 空时的定义为 反应器体积与进口体积流量之比 。 18. 针对着眼组分A 的全混流反应器的设计方程为A A A r x F V -=0。 19. 不考虑辅助时间，对反应级数大于0的反应，分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 20. 反应级数>0时，多个全混流反应器串联的反应效果 优于全混流反应器。 21. 反应级数<0时，多个全混流反应器串联的反应效果 差于 全混流反应器。 22. 反应级数>0时，平推流反应器的反应效果 优于 全混流反应器。 23. 反应级数<0时，平推流反应器的反应效果差于 全混流反应器。 24. 对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为 全混流＞多级串联全混流＞平推流 ； 25. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为 全混流 + 平推流 。 26. 相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度 高于 最优温度。 第7章化学反应工程习题答案 7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。 解：对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程* * +=A A B A P P C C αα10 ,式中A KH =α，其中K 为化学平衡常 数；0B C 为吸收剂中的活性组分浓度；0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度；A H -A 组分溶解度系数。从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下： 1．物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系，化学吸收呈渐近线关系，当分压较高时，气体溶解度趋近化学计量的极限，因此为了减低能耗，导致操作方式不同，压力较低宜采用化学吸收，压力较高宜采用物理吸收。 2．热效应不同，物理吸收热效应较小，每摩尔数千焦耳，而化学吸收可达数万焦耳。导致吸收剂的再生方式不同，物理吸收过程吸收剂减压再生为主，化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。 3．物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异，而化学吸收取决于A KH =α，由于化学反应特定性，吸收选择性不同。化学吸收选择性高于物理吸收。 7-2解释下列参数的物理意义：无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。 解：无因次准数M 的物理意义 通过液膜传递速率 液膜内的化学反应速率 增大因子β的物理意义为速率 单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率 液膜内有化学反应时通 液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率 对于一级不可逆反应211L AL L L k k D k k M ==δ 对于二级不可逆反应2 2L BL AL k C k D M = 7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应，假定液相上方水蒸气分压可不 计，试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。 解： 气模 液膜 P CO2,g P CO2,i C CO2,i C CO2,L 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） （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： 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）， 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 Bkg/h 粗甲醇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)2O 3.55%,C 3H 9OH 1.10%,H 2O 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 25.38g 。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，计算进料原料其中x i =y i i i i m i i 经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下： 5-1 液相反应，反应速率，在一个CSTR 中进行反应时，一定的工艺条件下，所得转化率为0.50，今若将此反应移到一个比它大6倍的CSTR 中进行反应，其他条件不变，其能达到的转化率是多少？ P A →()2 A A kc r =? 5-2 一级反应，在150℃等温PFR 中可得转化率0.6，现改用同样大小的CSTR 操作，处理量不变，要求转化率为0.7，问此时CSTR 应在什么温度下操作？已知反应活化能为83.7。 mol kJ / 5-3 已知一级反应在PFR 中进行反应时，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个CSTR 中进行，若两种反应器的体积相同，且操作条件保持不变，问该反应在CSTR 的出口处转化率是多少？ 5-4 一级反应，反应活化能为83.7，反应温度为150℃，在一管式反应器中进行，若其体积为，如改用CSTR ，其体积为，说明的表达式，若转化率为0.6和0.9，为使CSTR 的体积和PFR 的体积相同，则CSTR 应在什么温度下进行？ P A →mol kJ /P V M V M P V V /M V 5-5 某液相反应，实验测得浓度—反应速率数据如下： P A → ()1/??l mol c A 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 ()([]min //??l mol r A ) 0.625 1 2 2.5 1.5 1.250.8 0.7 0.65若反应在CSTR 中进行，进口浓度l mol c A /20=，当出口浓度分别为、、时，进料体积流量为，求所需反应器体积，并讨论计算结果。 Af c l mol /6.0l mol /8.0l mol /1min /120l 5-6 在一个体积为300的反应器中，86℃等温下将浓度为3.2的反应物A 分解 l 3 /m kmol S P A +→ 该反应为一级反应，86℃下。最终转化率为98.9%，试计算A 的处理量。 1 08.0?=s k （1） 若反应器为间歇操作，且设辅助时间为1.5min / （2） 若反应器为CSTR ，并将结果与（1）比较； （3） 若A 的浓度增加一倍，其他条件不变，结果如何？ 5-7 在体积为的反应器中进行液相等温反应，已知反应速率为，求： R V P A →()2A A kc r =?（1）当在CSTR 中的时， 若将此反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则为多大？ 50.0=Af x Af x （2）当在CSTR 中的时，若将此反应器增大10倍，则又为多大？ 50.0=Af x Af x 化学反应工程习题 第一部分：均相反应器基本理论 1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N 2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为 S R B A 2 121+=+的反应，其反应速率表达式为B A A C C r 5 .02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？ 3、某气相反应在400 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？ 4、在973 o K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化， 试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？ （1）对A 为一级、B 为零级反应； （2）对A 、B 皆为一级反应； （3）对A 、B 皆为零级反应。 6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S 已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3，C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行，且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。（1）试确定此反应的动力学方程；（2）计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间；（3）比较计算结果，你有什么体会？ 《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 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=累积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/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 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-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2.1010000 lg +- =T k ， 其活化能为 83.14kJ/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 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 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 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。 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 A A x n x )1(11-+-，转化率为A A x n nx )1(1-+。 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 P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 19. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 20. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率 。 21. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 22. 对于连续操作系统，定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 23. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 化学反应工程练习题 一．填空 1.对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为__________。 2. 拟均相模型：对于多相催化反应，忽略催化剂内外__________和__________的差异，将反应当成均相反应。 3.反应器处在非稳定的操作状态下，当操作参数有小的扰动，反应器的局部地方或整个反应器中的温度便会大幅度地上升的现象，称为__________。 4. 对于恒容的平推流管式反应器__________、__________、__________一致。 5.全混流反应器的空时τ是__________与__________之比。 6.消除外扩散影响最有效的措施是__________；消除内扩散影响最有效的措施是__________。 7. 在有滞留区存在的釜式反应器E(θ)图中，，当θ=0时，E(θ)=__________1（填<，>或=）。 8. 平推流反应器的F 函数的无因次时间表达式为__________，其无因次方差σ2＝__________，而全混流反应器的无因次方差σ2＝__________。 9.脉冲示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到__________曲线，阶跃示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到__________曲线。 10. 某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得k P =5s -1,有效扩散系数D eA =0.2cm 2/s 。当颗粒直径为0.1mm 时，内扩散系数为 。 11. 一级不可逆液相反应，A → 2R ，L kmol C A /3.20=， 出口转化率7.0=A X ，每批操作时间2.06h ，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，=60，则反应器的体积V 为_______。 12. 某二级液相反应A+B==C ，已知在间歇全混釜反应器中达到x A =0.99需反应时间为 10 min ，在平推流反应器中进行时，空时τ=__________。 R M 《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器 1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。 第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反） 4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操作、连续式操作、半分批式） 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。（传质、传热、动量传递） 6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。（数学模型） 7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。（累积量=输入量-输出量） 8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。（D ） A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。（A ） A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学 1. aA + bB pP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。（ a p ） 2.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。（ 00K K K K n n n -= χ） 3. 化学反应速率式为β αB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。（) ()(βα+RT ） 4. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。（反应速率） 5. 一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用______________法来求反应级数。（初始速率法） 6. 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。（浓度、温度） 7. 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 _______。(提高温度) 8. 一级连串反应A S K 1 K 2 P 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应 ______12/k k 。（降低） 9.化学反应O H CH H CO 2423+?+，其中化学反应计量系数为-1的是哪种物质______。（A ） A. CO B. 2H C. 4CH D. O H 2 10.对于一非恒容均相化学反应αA A αB B ，反应组分A 的化学反应速率 =-A r _______。（A ） A. Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r B A -=- C. dt dC r A A -=- D. dt dC r B A -=- 一、在体积为2.5m 3的理想BR 反应器中进行液相等温一级基元反应A P →， k ＝2.78×10-3 s -1，进口摩尔流率F A0＝11.4 mol/s ，反应物A 初始浓度04/A C mol L =，求： （1）当反应器中A 的转化率为80％，求所需的时间？（6分） （2）若将反应移到CSTR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） （3）若将反应移到PFR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） 二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：C B A →+2，该反应对A 和B 均是一级。反应器的入口体积流率为2.5L/min ，进料为等摩尔的组分A 和B 。入口温度和压力分别是727℃和10atm 。在此温度下的反应速率常数k ＝4L/mol ·min 。求： （1）反应器入口处（即X A =0时）A 的浓度？ （4分） （2）反应器入口处（即X A =0时）的反应速率？（4分） （3）当A 的转化率为40%时的浓度？（4分） （4）当A 的转化率为40%时的反应速率？（6分） 三、有如下平行反应： 其动力学方程分别为：3.01B A P C C k r =，8.15.02B A S C C k r =，其中121==k k ， （1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /2000==，A 和B 均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.9时的瞬时选择性。（6分） （2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（8分） 四、在非等温反应器操作过程中，可能出现多态现象，请问什么是多态现象？请判断下图所示中，哪些点是稳定操作点，哪些点是不稳定操作点，并分析其原因？（12分） B A +)(P 主反应→) (S 副反应→R(T),G(T) 第一章 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：（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为%。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（）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：（摩尔比），当 A P 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 )= mol n P =n A0 Y P = mol n C =n A0 (X A -Y P )= 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 = mol n O =n O0 -1/2n P -3/2n C = mol n N =n N0 = mol 1.1.2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： 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 Bkg/h 粗甲醇 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 H 2 CO 2 CH 4 N 2 粗甲醇的组成为CH 3OH %,(CH 3)2O %,C 3H 9OH %,H 2O %,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 ,CO ,H 2 ,CH 4 ,。若循环气与原料气之比为（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 单选题 １． 对于反应级数n ＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用____＿__。(A) (A)平推流反应器 （B)全混流反应器 (Ｃ)平推流串接全混流反应器 （Ｄ)全混流串接平推流反应器 2． 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项__＿＿_＿＿。(P22) （A ）加料时间 （B ）反应时间 （C)物料冷却时间 （D ）清洗釜所用时间 3. 下列单位不属于反应速率的是____＿__。(P １3) （A)m ｏｌ/(g ﹒ｓ) (B)m 3/ｓ (C ）mol/（m 2﹒s) (D ）mol/(m 3﹒ｓ) 4.反应 A B C →+,12.50 k s -=,则反应级数为_＿____＿。(P 13) A. 0 （Ｂ)1 (Ｃ）2 (Ｄ）３ ５. 反应NaOH + HCl NaCl + H 2O ,已知mol s l k /1.0?=，则反应级数ｎ=＿___ ＿＿_。(P 13） （Ａ)0 （B)1 (C ）2 (D)3 6． 气相基元反应 B A →2,进料时反应物Ａ和稀释剂C 以等摩尔比加入,则膨胀率为____＿__。（P58) （A ）-1 （Ｂ)-0.2５ (C)0.25 （Ｄ)０.5 7. 下面反应器中不属于理想反应器的是＿______。(P21） （Ａ）间歇反应器 (B)全混流反应器 (Ｃ）平推流反应器 (D ）膜反应器 8． 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_____＿_。（Ｂ) （A)平推流反应器串联 （Ｂ)全混流反应器串联 (C ）平推流反应器并联 (D ）全混流反应器并联 9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，0.01 /A A r C mol L s -=?，当C Ａ０＝1 mol ／Ｌ时,求反应至ＣA0=0．０1 ｍol/Ｌ所需时间t=_＿＿_＿＿_秒。(P43) 1. 反应器的类型不同，则( )也将有不同。 A ．反应动力学 B ．传递特性 C ．反应的相态 D ．反应的可逆性 2. 等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 )R()(k2 1副产物主产物?→??→? P A k 若保持相同的转化率x A ，调节反应温度使k 2/k 1增高，则P 的收率将( )A.增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减 3. 全混流釜式反应器有_______个稳定的定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 4. 对于绝热操作的放热反应，最合适的反应器为_______。 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 5. 等温液相反应 A+2B →P r p =k l C A C B 2，R 为目的产物 2A+B →R r R =k 2C A 2C B 有下列四种方案可供选择： (1) 间歇釜式反应器，A 和B 一次性加入；(2) 全混流反应器；(3)半间歇釜式反应器，B 一次性加入，A 连续滴加；(4) 半间歇釜式反应器，A 一次性加入，B 连续滴加。 从提高R 的收率着眼适宜选用( ) A ．(1) B ．(2) C ．(3) D ．(4) 6. 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。 7. 由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)=0.1exp(-t/10) min -1，可判别该反应器的流型为 ( ) A ．平推流 B ．全混流 C ．轴向分散 D ．多级混合 8. 气固催化反应本征速率是指排除( )阻力后的反应速率。 A ．外扩散阻力 B ．内扩散 C ．内外扩散 D ．吸附和脱附 9. 化学反应工程是一门研究 的科学，化学反应过程按操作方法分为 、 、 操作。 10. 一气固催化反应R B A →+2，若反应机理为： 222A A B B A B R R R σσσσσσσσσσ +?+?+?+?+ 控制 则本征反应速率方程为？若反应为R 脱附控制或表面反应控制则速率方程为？ 11. 一液相复合反应12,k k A P A Q ??→??→，均为一级不可逆反应。在单一连续釜中等温反应，已知该 温度下，k 1=3k 2，问当最终转化率为85%时，目的产物P 的瞬时选择性为： ，总选择性为： 。 12. )1A -?对x A 的曲线上存在极小值的情况是 反应和 反应的特征。 13. 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、中温区交点、低温区交点的特征分别是什么？工业上一般选择什么区交点为操作点？为什么？ 14. 停留时间分布函数F （t ）和停留时间分布密度函数的物理意义？两种理想反应器的F(t)和E(t)分别为？ 15. 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： 问：若采用间歇反应釜，其加料方式为？若采用管式反应器，其进料方式为？若E 1>E 2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？ 16. 气—固相催化反应的动力学步骤？ 17. 为什么说对于反应级数大于零的不可逆反应，反应温度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小；反应物浓度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小？ 18. 在一个体积为300L 的反应器中，86℃等温下将浓度为3.2kmol/m 3的过氧化氢异丙苯溶液分解： ()65333652C H C CH COH CH COCH C H OH →+ 生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s -1，最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。问：如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min ；如果是全混流反应器；若采用管式反应器；试比较以上的计算结果； 19. 试论述非传统反应工程与传统反应工程的区别，并举例论述非传统反应工程。 20. 温度与浓度对反应速率的影响如何？ 21. 如何消除内外扩散的影响？梯尔模数、丹科莱尔数、彼克列数的物理意义？ 22. 轴向扩散、多釜串联、层流模、离析流、全混流和平推流模型的适用范围、典型特点和特征参数？ 第一章习题 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。 解 2A 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 2 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为： ()()()() S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 9434 2+??→?+ 反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A 转化率达50％需要时间为24.6min ，辅助生产时间为30min ，每天生产2400kg 醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m -3，反应器装填系数为0.75。 解 3 3 1 3 1 111 1 1 i 1.2m 0.75 0.8949 总体积 反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr 6054.6 折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750 737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.5 0.862 的投料量A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116100 hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==?==+=?=+?=??=?=??=?=?=+→+-------器器投料量则量流量产量 3 反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol·m -3，物料密度为1050kg·m -3。反应为拟一级反应，速率常数为k =5.708×107 exp(?E /RT ) min -1，E =49.82kJ·mol -1。求x A =0.8时，在等温操作下的反应时间。 解 min 6.308 .011ln 05252.0111ln 1min 05252.0)288 314.849820 exp(10708.5A 1 7=-=-==?-?=-x k t k 4 在555K 及0.3MPa 下，在平推流管式反应器中进行气相反应A →P ，已知 单选题 1. 对于反应级数n ＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用_______。（A ） （A ）平推流反应器 （B ）全混流反应器 （C ）平推流串接全混流反应器 （D ）全混流串接平推流反应器 2. 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。（P22） （A ）加料时间 （B ）反应时间 （C ）物料冷却时间 （D ）清洗釜所用时间 3. 下列单位不属于反应速率的是_______。（P13） （A ）mol/(g ﹒s) （B ）m 3/s （C ）mol/(m 2﹒s) （D ）mol/(m 3﹒s) 4．反应 A B C →+，12.50 k s -=，则反应级数为_______。（P 13） A ． 0 （ B ）1 （ C ）2 （ D ）3 5. 反应NaOH + HCl NaCl + H 2O ，已知m o l s l k /1.0?=，则反应级数 n=_______。（P 13） （A ）0 （B ）1 （C ）2 （D ）3 6. 气相基元反应 B A →2，进料时反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，则膨胀率为_______。（P58） （A ）-1 （B ）-0.25 （C ）0.25 （D ）0.5 7. 下面反应器中不属于理想反应器的是_______。（P21） （A ）间歇反应器 （B ）全混流反应器 （C ）平推流反应器 （D ）膜反应器 8. 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。（B ） （A ）平推流反应器串联 （B ）全混流反应器串联 （C ）平推流反应器并联 （D ）全混流反应器并联 9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，0.01 /A A r C mol L s -=?，当C A0=1 mol/L 时，求反应至C A0=0.01 mol/L 所需时间t=_______秒。（P43） （A ）400 （B ）460 （C ）500 （D ）560化学反应工程第一章习题答案
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