平行反应化学反应工程
(完整版)《化学反应工程》期末考试试题及答案解读
二、填空题（每题5分，共30分）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 )30812981(314.82ln )11(ln 2112=∴=-==-=，2．一气固催化反应R B A →+，若本征反应速率方程为：则该反应可能的反应机理为σR R σσR σB σA σB σσB A σσA S k +⇔+−→−+⇔+⇔+）此步为速率控制步骤 ( 2223．间歇釜反应器中进行如下反应：P A → (1) －r A1＝k 1C A a1S A → (2) －r A2=k 2C A a2在C A0和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中C P /C S 增大，表明活化能E1与E2的相对大小为 E1<E2 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中C P /C S 增大，表明反应级数al 、a2的相对大小为 al>a2 。
A ．al>a2B ．al<a2C ．活化能El<E2D ．活化能El>E2 4．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 。
5．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<x A2 。
6. 在固定床反应器中，分别进行一级和二级不可逆气固催化反应，试比较a 、b 两处的η值大小（a 处靠近反应器的进口，b 处靠近反应器的出口），并说明理由。
（1）一级放热反应，绝热操作；ηa >ηb（2）二级反应，等温操作。
新乡学院《化学反应工程》试题及答案
《化学反应工程》试题二、计算分析题1. 在恒容条件下，反应A+2B==R ，原料气组成为C A0=C B0=100kmol /m 3，计算当C B =20 kmol /m 3时，计算反应转化率x A 、x B 及各组分的浓度。
解：在恒容条件下：x B =( C B0- C B )/ C B0=0.8由C A0- C A =( C B0- C B )/2得到：C A =20 kmol /m 3=60 kmol /m 3x A =( C A0- C A )/ C A0=0.42. 在恒压条件下，反应A+2B==R ，原料气组成为C A0=C B0=100kmol /m 3，计算当C B = 20 kmol /m 3时，反应转化率x A 、x B 及各组分的浓度。
解：δB =(1-1-2)/2=-1;y B0=0.5 n =n 0(1+ y B0δB x B ) = n 0(1-0.5 x B )在恒压条件下：V =V 0 n /n 0= V 0(1-0.5x B )C B =n B /V= n B0(1- x B )/[V 0(1-0.5x B )]= C B0(1- x B )/ (1-0.5x B ) x B =8/9n A0- n A =( n B0- n B )/2 x A =( n A0- n A )/ n A0=( n B0- n B )/(2 n A0)= ( n B0- n B )/(2 n B0)=0.5 x B =4/93. 串联-平行反应A+B==R ，A+R==S ，原料中各组分的浓度为C A0=2.0mol /L ，C B0=4.0 mol /L ，C R0=C S0=0，在间歇反应器中恒容操作一定时间后，得到C A =0.3mol /L ，C R =1.5 mol /L ，计算此时组分B 和S 的浓度。
解：在恒容条件下：ΔC A1= C B0-C B ；ΔC A2= C S ；C R = (C B0-C B )-C S ；C A0-C A =ΔC A1+ΔC A2得到：C S =( C A0-C A - C R )/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol /L C B = C B0- C R -C S =4.0-1.5-0.1=2.4 mol /L 4. 在间歇反应器中进行等温2级、1级、0级均相反应，分别求出转化率由0至0.9所需的时间与转化率由0.9至0.99所需时间之比。
化学反应工程知识点回顾
化学反应⼯程知识点回顾第⼀章知识点1.化学反应⼯程学的范畴和任务2.化学反应⼯程学的基本⽅法3.化学反应⼯程学的学科系统和编排第⼆章均相反应动⼒学基础知识点 1、概念:①化学计量⽅程：反应物 - ，产物 + ②化学反应速率等温定容反应dtdc r AA -=-反应速率之⽐等于各计量系数的⽐值。
③反应转化率反应程度膨胀因⼦δA 关键组分A 的膨胀因⼦物理意义：每反应掉⼀个摩尔A 所引起反应体系总摩尔数的变化量。
④反应速率⽅程:反应级数 a 、b 由实验确定 k 遵循Arrhenius ⽅程i α1A A dn r V dt-=-00-=K KK K n n x n 0kk k n nξα-=1sii A A αδα==∑a bA AB r kC C -=2、单⼀反应的速率⽅程重点：求取动⼒学参数 1)不可逆反应微分⽅程: 积分⽅程: 2)可逆反应微分⽅程: 反应平衡时： 3)均相催化反应微分⽅程积分⽅程4)⾃催化反应当C A = C M0/2 时，反应速率最⼤ 3、复合反应:平⾏反应串联反应总收率选择性exp[]a E k k RT=-a bA A A BdC r kC C dt-==-0A A C Aa b C ABdC kt C C =?'A A A SdC r kC k C dt-=-=-0A Ae Se r kC k C '-=-=()AA C A dC r kC C dt-=-=A A A C dC r kC C dt-=-=0max 0001ln[]A M M A C t C kC C =-0121()ln ln1A C A A C k k C t C x +==-A B P R +→+A B S +→A B P R S+→→+0000()/()///--Φ==P P P P P A A n n p C C pn a C a 0000()/()/;;()/()/--==--p p p p p p A A A A n n P C C PS S n n a C C a第三章理想反应器1返混的基本定义2⼏个时间的定义反应持续时间t r－－在间歇反应器中反应达到⼀定转化率所需时间（不包括辅助时间）。
化学反应工程原理 简单反应
= Ca f CA 0 CA
Chemical Reaction Engineering •收率 C Pf C A0 •单耗 C A 0 C Pf •单程收率 x A •总收率 （循环系统
A
C A0
R
D P
x A=1）
Chemical Reaction Engineering
k1 HCl + CH 3(CH2) 6CH 2OH k2 HCl + CH 3(CH2) 10 CH 2 OH CH 3(CH2) 10 CH 2 Cl + H 2O CH 3(CH2) 6CH 2 Cl + H 2 O
为一平行反应，辛醇（A）和十二醇（B）的反应速率为 （-rA)=k1cAcC （-rB)=k2cBcC 式中cA、cC和cB 分别表示辛醇、十二醇和盐酸的浓度。反 应在 等温条件下进行，反应速率常数为 k1 = 1.6*10-3L/mol.min k2 = 1.92*10-3L/mol.min 若初始浓度分别为 CA0=2.2 M CB0=2.2 M CP0=2.2 M,试计算当辛基氯收率为34%（以盐酸计），盐 酸转化率和十二基氯的收率
E1 E 2 E1 E 2 0 T E1 E 2 E1 E 2 0 T
E1 E 2
结论：温度升高有利于活化能高的反应。
E1 E 2
T
Chemical Reaction Engineering 工业操作：
A P S
二、平行反应选择性的温度效应
1 k2 n 1 C A2 n1 k1
1 k 20 E1 E 2 RT n 1 e C A2 n1 k10
化学反应工程
化学反应和反应器的分类（四种）： 一、 按反应系统涉及的相态分类：均相反应、非均相反应 二、 按操作方式分类：间歇操作、连续操作、半连续操作 三、 按反应器型式来分类：管式反应器（长径比大于30）、槽式反应器（高径比为1—3）、塔式反应器（高径比在3—30）四、 按传热条件分类：等温反应器、绝热反应器、非等温、非绝热反应器 化学反应工程的基本研究方法：数学模型法 反应程度/进度：II I αξn n -=()()0S R B A =++-+-s r b an I 为参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI 为其计量系数，n I0为起始时刻组分I 的摩尔数。
转化率（关键组分A ）A0A 0A A A n n n A x -==组分的起始量组分量转化了的A,00A c c c A -= ξαA0AA n x -=化学反应速率：单位反应体积内反应程度随时间的变化率。
13s m mol d d 1--⋅=tV r ξ 13AA s m mol d d 1--⋅-=-tn V r n m c c k r B A c A =- 均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数 阿累尼乌斯关系: RTE k k -=ec0c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=T R E k k 1ln ln 0半衰期:反应转化率达到50%所需要的时间 二级反应：0A 211kc t =停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。
空间时间τRV V =τ （反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值） 空速S V 1R 0V h 1-==τV V S （在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积）标准空速 1RNO V h -=V V S 简单混合：停留时间相同（反应程度、反应前后物料相同）的物料之间的混合 返混：停留时间不同（组成、反应程度、反应速率不同）的物料之间的混合 按返混情况不同反应器被分为以下四种类型: 1. 间歇反应器 (物料之间的简单混合，不存在返混、有搅拌、釜式、间歇操作) 反应时间()⎰⎰'-==ArR A AA00r d d x t V r x n t t 恒容条件下 ()A 0A A 1x c c -= h化简：()()⎰⎰--=-=A A0AAAA A A0r d d c c x r c r x c t F A : kmol.h -1 C A0 : kmol.m -3反应器有效容积 ()t t V V C F V '+=''='r 0RA0AR或 反应器总体积ϕR R V V '= φ：装填系数 2.平推流/活塞流反应器 PFR (不存在返混、没有搅拌、管式、连续操作)β=0⎰-==A 0A A 0A 0R d x r x c V V τ 恒容过程：⎰--==2A 1A A A 0R d c c r c V V τ ⎰-==A 0AA0A 0A R d x r x c F V τ3. 全混流反应器 CSTR (返混达最大值) β→∞()f A 1A Af 0A 0R r x x c V V --==τ 恒容过程：()f A Af A1r c c --=τ =A0R F V τ/ 0A c4.非理想流反应器 (物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间) 0<β<∞变容反应过程: 1. 膨胀因子 ()A IA ααδ-=∑ (关键组份A 的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A 组分计量系数的相反数) AA0A δεy =2. 膨胀率1A A A A ===-=x x x V V V ε (A 组分的膨胀率等于物系中A 组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。
西安交通大学《化学反应工程》期末考试拓展学习(二)9
西交《化学反应工程》（二）第二章反应动力学基础一、温度对反应速率的影响有哪些？温度是影响化学反应速率的一个敏感因素，尤其对放热反应，要及时调节和控制反应温度。
①反应速率随 X A升高而降低（包括可逆及不可逆反应，吸热和放热反应）；②② k随T升高而升高（包括正反应和逆反应）；③③对于不可逆反应和可逆吸热反应，T升高，r升高；④④对于可逆放热反应，存在最佳温度Top二、什么是复合反应，有哪些类型及特点。
复合反应：当同一个反应物系中同时进行若干个化学反应时，称为复合反应。
某一组分的反应量是所参与的各个化学反应共同作用的结果。
复合反应类型：1、并列反应：反应系统中各个反应的反应组分不同。
特点：各反应独立进行，任一反应的反应速率不受其它反应的反应组分浓度的影响。
各反应都可按单一反应来处理。
2、平行反应Irreversible Reaction in Parallel ：反应物相同但产物不同或不全相同。
又称为竞争反应。
S随着反应物系的组成和温度而变3、连串反应Irreversible Reaction in series ：一个反应的产物同时又是其它反应的反应物。
特点：（1）中间产物P存在最大浓度；（2）不论目的产物是P还是Q，提高A的转化率总有利；（3）若Q为目的产物，加速两个反应都有利，若P为目的产物，则要抑制第二个反应。
三、吸附的特点有哪些？（1）反应物被分布在催化剂表面上的活性位吸附，成为活性吸附态；（2）活性吸附态组分在催化剂表面上进行反应，生成吸附态产物；（3）吸附态产物从催化剂活性表面上脱附。
四、催化剂有哪些特征？（1）产生中间产物，改变反应途径，因而降低反应活化能和加速反应速率；（2）不能改变平衡状态和反应热，催化剂必然同时加速正反应和逆反应的速率；（3）具有选择性，可使化学反应朝着所期望的方向进行，抑制不需要的副反应。
五、催化剂的主要组成有哪些？固体催化剂绝大多数为颗粒状，形状和尺寸根据反应和反应器的特征而定。
化学反应工程总结
安徽工业大学《化学反应工程》期末总结简答题1. 温度和浓度对平行反应瞬时选择性的影响规律答：（1）浓度的影响与主、副反应级数有关，α＝β，与浓度无关；α>β，浓度增高，瞬时选择性增加；α< β，浓度增高，瞬时选择性降低（2）温度的影响与主副反应活化能有关：E主＝E副，与温度无关E主>E副，温度增高，瞬时选择性增加；E主< E副，温度增高，瞬时选择性降低2. 提高连串反应中间产物收率的措施？答：（1）采用合适的催化剂；（2）采用合适的反应器和操作条件；（3）采用新的工艺（如反应精馏，膜反应器等）3. 气固催化反应的7个步骤，3个过程答：1反应物由气流主体扩散到催化剂外表面；2反应物由催化剂外表面扩散到内表面；3反应物在催化剂表面活性中心上吸附；4吸附在活性中心的反应物进行化学反应；5产物在催化剂表面活性中心上脱附；6产物由催化剂内表面扩散到外表面；7产物由催化剂外表面扩散到气流主体。
①1,7为外扩散过程②2,6为内扩散过程③3,4,5为化学动力学过程4. 催化剂内气体扩散的形式及判据（分子扩散、努森扩散）？答：①当λ/2ra≤10-2时，分子间的碰撞机率大于分子和孔壁的碰撞机率，扩散阻力主要来自分子间的碰撞，这种扩散称之为分子扩散。
分子扩散与孔径无关。
②当λ/2ra≥10时，分子和孔壁的碰撞机率大于分子间的碰撞机率，扩散阻力主要来自分子和孔壁间的碰撞，这种扩散称之为努森扩散。
分子扩散与孔径有关。
5. 多相催化反应过程中内外扩散影响的判定？答：（1）在管式反应器中装入催化剂，催化剂体积为V，原料流量为Q，同时改变V和Q，使空速保持不变，计算流体的质量速度G。
保持T、cA0、空速τ不变的条件下改变G，测出口转化率X。
当出口转化率超过某一值G0时，G值再增加，出口转化率不再改变。
说明G ≥G0时，外扩散对反应过程已无影响；间歇反应器，外扩散与搅拌装置的搅拌速度有关，当r≥r0 ，外扩散无影响。
《化学反应工程》课程综合复习资料
《化学反应工程》课程综合复习资料一、填空题：1.在一个完整的气—固相催化反应的七大步骤中，属于本征动力学范畴的三步为、和。
2.多级混合模型的唯一模型参数为，轴向扩散模型的唯一模型参数为.3.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;而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是。
4.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是、和。
5.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速率方程式的两种最主要的方法为和。
6.反应级数（可能/不可能）是0,基元反应的分子数(可能/不可能）是0。
7.完全混合反应器（全混流反应器)内物料的温度和浓度，并且(大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。
8.对于一个在全混流反应器里进行的放热反应，一般可以出现三个定常态操作点M1、M2、M3，如下图所示，其中M1和M3这两点我们称之为的定常态操作点，M2则称为的定常态操作点。
实际操作时,我们一般选择M1、M2、M3中哪一个操作点？X AT9.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和阶跃示踪。
二、选择题：1.对于瞬时收率和总收率，下列正确的说法有（多项选择）。
A。
对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等;B. 对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率相等；C. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系;D. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系。
2.某反应速率常数的单位为m3/(mol。
hr)，该反应为级反应。
A。
零级；B. 一级； C 。
二级； D 。
不能确定. 3. 对于平行反应SA RA 222111n ,E ,k n E ,k −−−→−−−−→−，，活化能E 1 > E 2,反应级数n 1 〈 n 2,如果目的产物是R 的话，我们应该在 条件下操作。
A 。
高温、反应物A 高浓度；B 。
高温、反应物A 低浓度； C. 低温、反应物A 高浓度； D 。
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1 k2 k1 C A CB
2 1 2 1
k1C A CB k1CA CB k2C A CB
1 1
1 1 2 2
化学反应工程(Chemical
Reaction Engineering)
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复合反应的收率和选择性 二、平行反应
化学反应工程(Chemical
Reaction Engineering)
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§3-6
复合反应的收率和选择性
三、 连串反应
假设如下的连串反应均为一级，P为目的产物
A P Q
k1 k2
在等温间歇反应器中，可以得到最佳反应时间
化学反应工程(Chemical
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§3-6
反应组分A和B的浓度CA、CB，以及温度T均对选择性
S有影响。可以根据
2 1
2 1
和
E2 E1
的相对大小，选择适当的反应组分浓度和温度，来提高
反应的选择性S。
反应器中各组分的浓度与反应器型（釜式、管 式……）、操作方式、加料浓度、原料配比，以及加料方 式等因素密切相关。
化学反应工程(Chemical
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§3-6
复合反应的收率和选择性
二、平行反应
设在釜式反应器中进行平行反应：
A+B→P A+B→Q
1 1 rP k1C C A B
1 1 rQ k1C C A B
假设P为目的产物，则瞬时选择性为 :
S 1
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复合反应的收率和选择性 二、平行反应
§3-6
另外，要得到较高的生产强度，反应过程需要在 较高的温度下进行。 当E2<E1 或E2=E1时，温度高对过程有利； 当E2>E1时，虽然温度低有利于选择性的提高，但应尽 能使反应在较高的温度下进行，实际上存在一个最佳 温度值。
复合反应的收率和选择性 三、 连串反应
§3-6
最佳收率为：
目的产物收率与组成的关系可以表示为：
首先根据物料衡算式，有
Vr Q0
C
A0
C
A
A
k1C
dV 0 C
A
C
A0
1 k1
Vr Q0
（C k1C
A
p
0） k2 C
p
C k1 C k 2 C
p A
p
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复合反应的收率和选择性 三、 连串反应
§3-6
对于间歇釜式反应器
Y
Pf
X Af
间
0
SdX A =整个曲边梯形的积分面积
对于连续釜式反应器
Y
Pf
连
S f X Af =矩形的面积
从图中可以看出,多釜串联系统介于间歇釜式反应
器和连续釜式反应器之间，即:
Y Y Y
Pf 间 Pf 间 Pf
连
(2) 对于XA↑时，S↑的情况结果恰恰与上面的相反
前面曾经给出瞬时收率的定义
dnp dnp RP dYP S PA PA PA ( RA ) (dnA ) (dnA ) dX A
或：
dYP SdX A
其中，μPA的物理意义是生成1mol的目的产物
P要消耗A的摩尔数。
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复合反应的收率和选择性 二、平行反应
§3-6
加料方式的选择（a） 化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)
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复合反应的收率和选择性 二、平行反应
§3-6
图3.11 加料方式的选择（b）
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复合反应的收率和选择性 二、平行反应
§3-6
(1)如果要求CA，CB↑，选择 （a）间歇釜（b）多釜串联
（如果体积不等，从小到大排列）（请说出原因，为什么
是这样的？）。 (2)如果要求CA，CB↓，单釜连续操作（f），如果串联最 好从大→小排列（为什么是这样呢？）。 (3)如果要求CB↑，CA↓，选择（d）B先加入，A流加。
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复合反应的收率和选择性 三、 连串反应
§3-6
目的产物P的最佳收率
但如果是在连续釜式反应器进行上述连串反应， 最佳空时（不是反应时间）和最佳收率又怎样呢？
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复合反应的收率和选择性 三、 连串反应
§3-6
§3-6 即
Cp
k1 C A
1 k2
1 k1 1 k2
k1
k1 C A
这样就可以得到：
Y C 1 k 1 k
Cp
p
A0
1
2
由导数
dYp d
0
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§3-6
复合反应的收率和选择性
一、 总收率与总选择
(1)瞬时收率可能随时间变化。间歇反应器就是一例； (2) 对于连续反应器（在定态下操作），瞬时选择性不随，时
间变化，但可能随位置变化，这时要用到总收率，其定义为：
X
Y pf
SdX
0
A f
A
YPf是总收率，针对整个反应器而言的。如果用S0表示总选择 性(对整个反应而言)，那么
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§3-6
复合反应的收率和选择性
一、 总收率与总选择
讨论：(1) XA↑时，S↓的情形
图 3.10 釜式反应器的最终收率
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复合反应的收率和选择性 一、 总收率与总选择
第六节 釜式反应器中复合 反应的收率和选择性
对于复杂反应，目的产物的收率和选择性是非常 重要的，反映了原料的有效利用程度。收率和选择性 与反应器的型式，操作方式和操作条件密切相关。
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§3-6
复合反应的收率和选择性
一、 总收率与总选择