化学反应工程计算题
《化学反应工程》试题及答案
《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2.1010000lg +-=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 r14. 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AA x n nx )1(1-+。
化学反应工程试题及答案
化学反应工程试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 化学反应工程中，反应速率常数k与温度的关系遵循（）。
A. Arrhenius方程B. Van't Hoff方程C. Le Chatelier原理D. Nernst方程2. 在固定床反应器中，流体通过催化剂床层的流动方式是（）。
A. 并流B. 逆流C. 交叉流D. 层流3. 以下哪种催化剂不属于均相催化剂？（）A. 酸B. 碱C. 金属D. 酶4. 反应器的体积效率是指（）。
A. 反应器体积与所需反应体积的比值B. 反应器体积与实际反应体积的比值C. 反应器体积与理论反应体积的比值D. 反应器体积与催化剂体积的比值5. 在反应器设计中，为了提高反应速率，通常采取的措施是（）。
A. 增加反应物浓度B. 提高反应温度C. 增加催化剂用量D. 以上都是二、填空题（每空1分，共10分）1. 在化学反应工程中，反应速率的表达式通常为__________。
2. 反应器的类型主要包括__________、__________和__________。
3. 催化剂的作用是__________反应速率，而不影响__________。
4. 反应器设计时，需要考虑的主要因素包括__________、__________和__________。
5. 根据反应器内物料流动的特点，可以将反应器分为__________流动和__________流动。
三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述反应速率和反应速率常数的区别。
2. 描述固定床反应器和流化床反应器的主要区别。
3. 解释为什么在某些情况下需要使用催化剂。
4. 讨论温度对化学反应速率的影响及其在工业应用中的意义。
四、计算题（每题10分，共20分）1. 已知某化学反应的速率常数k=0.05 s^-1，反应物A的初始浓度为1 mol/L，求10秒后A的浓度。
2. 假设一个完全混合反应器中进行一级反应，反应物B的初始浓度为2 mol/L，反应速率常数k=0.02 min^-1，求5分钟后B的浓度。
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。
化学反应工程习题库(计算题举例及详细解答))
a
Kp
p H 2 pO 2
0.5
p H 2O
令k1 k1 K p b0,O2 K p
a
, k2 k2
b
0.5
0,O2
K p ;由实验测得 a 0.5, 最后可得
0.5
a
p H 2O r k1 pCO p H2
pH2 k 2 pCO p H 2O
x Af ,c x Af , f c A0 e 2k e2 0.135kmol/ m3 , x A,e x A, f 0.865
（g）平推流反应器与全混流反应器并联,
c Af , g
c A0 1 1 1 (c A0 e 2 k ) e 2 0.234 , x A, g 0.776 2 1 2k 2 3
60 0.62m 3 960 368 0.496 m 3 740
该反应为液相反应，反应过程中体积比不变，且每次投料体积为:
3 V 0.0625 0.496 0.559m
计算结果表明，转化率从0.9提高到0.99，反应时间从 4.81h延长到52.9h，说明大量反应时间花在高转化率。
9.纯苯氯化为串联反应，生成物为一氯苯，副产物为二氯苯反应方程式为
1 bN 2 p N 2 bNH 3 p NH 3
3
0.5 1.5 1 bN 2 PN 2 bNH 3 k p PN PH 2 2
2．Temknh等提出铁催化剂上氨合成反应为下列步骤所组成 3 式中X代表活性位。若过程 NX H 2 NH 3 X N 2 2 X 2 NX
化学反应工程考试试题及答案
化学反应工程考试试题及答案一. 选择题1. 在进行化学反应工程设计时，以下哪个因素不属于考虑的主要因素？a) 反应速率b) 反应动力学c) 原料成本d) 温度控制答案：c) 原料成本2. 化学反应工程中，以下哪种反应类型属于放热反应？a) 氧化反应b) 加氢反应c) 氢化反应d) 生成酸反应答案：a) 氧化反应3. 执行化学反应时，下列哪个条件对于控制选择性反应非常重要？a) 压力b) 流速c) 反应物比例d) 温度答案：c) 反应物比例4. 下列哪种反应类型在进行反应工程设计时需要考虑催化剂的使用？a) 酯化反应b) 氧化反应c) 反应物分解反应d) 酸碱中和反应答案：a) 酯化反应5. 在进行化学反应工程设计时，下列哪种参数是必须考虑的？a) 反应器材料b) 搅拌速率c) 产品收率d) 反应器体积答案：d) 反应器体积二. 简答题1. 请简述酸碱中和反应的基本原理及过程。
答案：酸碱中和反应是指酸和碱在一定的条件下，以化学反应形式相互中和，生成盐和水。
这种反应的基本原理是酸和碱互相转化为盐和水的化学反应。
酸和碱分别具有H+离子和OH-离子，当它们混合时，H+离子和OH-离子结合生成水分子，并生成相应的盐。
2. 请简要描述化学反应速率的定义及影响因素。
答案：化学反应速率是指单位时间内反应物消失或生成物产生的量。
影响化学反应速率的因素有：- 反应物浓度：反应物浓度越大，反应速率越快。
- 温度：温度升高会加快反应速率，因为高温会增加反应物分子的热运动速度。
- 催化剂：催化剂能够降低化学反应的活化能，从而加速反应速率。
- 反应物粒径：反应物粒径越小，表面积越大，反应速率越快。
- 反应物浓度：反应物浓度越大，反应速率越快。
三. 计算题1. 某化学反应的反应方程式为A + 2B -> C + D，已知初始时A和B的摩尔浓度分别为2mol/L和3mol/L，经过一定时间后，测得C的摩尔浓度为4mol/L。
化学反应工程习题及答案二
1. 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、半间歇式）2. 反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。
3. 理想流动模型是指（平推流）模型和（全混流）模型。
5.间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。
6. 对于平行反应，提高反应物浓度，有利于（级数高）的反应，降低反应物浓度有利于（级数低）的反应。
化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。
7. 平行反应AP(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）主-副大于0，是吸热反应！8. 如果平行反应)()(副主S A P A →→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)9.理想反应器是指_______、_______。
[理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器]8.全混流反应器的返混_______。
（最大） 平推流反应器的返混为_______。
（零）9.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。
10.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______。
（脉冲法、阶跃法、周期示踪法）11.平推流管式反应器t t =时，E （t ）=_______。
（∞）12.平推流管式反应器t t ≠时，E （t ）=_______。
（0）13.平推流管式反应器t t ≥时，F （t ）=_______。
（1）14.平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。
（0）15.平推流管式反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。
国开化学反应工程复习题
1、气相反应CO + 3H 2CH 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_。
A. -2B. -1C. 1D. 22、一级连串反应A S P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C ___A____。
A. 122)(210K K K A K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 122)(120K KK A K K C - D. 22/1210]1)/[(+K K C A3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性P S =__C_。
A. A A P P n n n n --00 B. 00A P P n n n - C. 00S S P P n n n n -- D. 00R R P P n n n n --4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。
A. ＜0B. =0C. ≥0D. ＞05、对于单一反应组分的平行反应AP(主)S(副)，其瞬间收率P ϕ随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为____B__。
A. 平推流反应器B. 全混流反应器C. 多釜串联全混流反应器D. 全混流串接平推流反应器6、 有一实验室反应器,催化剂装填高度50cm,操作线速度2.5cm/s 。
若工业反 应器催化剂高度为2m,空速与实验室反应器相同,则工业反应器流体线速度为____D___。
A. 2.5cm/sB. 5cm/sC. 7.5cm/sD. 10cm/s 7、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8、一级不可逆液相反应A 2R ，30/30.2m kmol C A =， 出口转化率7.0=A x ，每批操作时间h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3m 。
《化学反应工程》试题及答案
《化学反应工程》试题及答案一、选择题（每题5分，共25分）1. 以下哪个选项不属于化学反应工程的研究范畴？A. 化学反应速率B. 反应器设计C. 催化剂制备D. 产品分离和提纯答案：D2. 以下哪种反应器类型不属于理想反应器？A. 平推流反应器B. 全混流反应器C. 非理想反应器D. 等温反应器答案：C3. 以下哪个因素对化学反应速率影响最小？A. 反应物浓度B. 温度C. 催化剂D. 反应时间答案：D4. 在全混流反应器中，以下哪个参数表示反应器的时空产率？A. 空时B. 时空产率C. 反应时间D. 反应速率答案：B5. 以下哪个选项描述的是化学反应工程的主要任务？A. 研究化学反应机理B. 设计和优化反应器C. 分析和解决生产过程中的问题D. 所有以上选项答案：D二、填空题（每题5分，共25分）6. 化学反应工程的主要研究内容包括____、____、____。
答案：化学反应动力学、反应器设计、反应器操作7. 在间歇操作反应器中，反应物的浓度随时间变化的关系为____。
答案：指数衰减8. 反应器的设计和操作过程中，需要考虑的主要因素有____、____、____。
答案：反应速率、反应温度、反应压力9. 以下反应器类型中，属于连续操作反应器的是____、____。
答案：平推流反应器、全混流反应器10. 在反应器操作过程中，以下哪个参数表示反应物的转化率？答案：转化率三、计算题（每题25分，共50分）11. 某一级反应在间歇操作反应器中进行，已知反应速率常数为k=0.1 min^-1，反应物初始浓度为C0=1 mol/L。
求反应进行1 min后，反应物的浓度。
解：根据一级反应的动力学方程，反应物浓度随时间的变化关系为：ln(C/C0) = -kt代入已知数据：ln(C/1) = -0.1 1C = 1 e^(-0.1)C ≈ 0.9048 mol/L答案：反应进行1 min后，反应物的浓度为0.9048 mol/L。
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1. 某催化反应：C D B A +→+，动力学方程为2)1(D D B B A A BA p K p K p K p kp r +++=。
试写出其反应机理、控制步骤并进行验证。
解：反应机理为)4()3()2()1(σσσσσσσσσσ+⇔++→+⇔+⇔+D D C D B A B B A A其中第(3) 步为控制步骤，根据理想吸附模型的假定，除控制步骤以外的其余步骤均达到平衡，所以B A s V D D D V B B B V A A A k r p K p K p K θθθθθθθθ====;;;将 ， 代入到第(3)步的计算式中，2V B A B A s p p K K k r θ= 因为1=+++V D B A θθθθ，所以 DD B B A A V p K p K p K +++=11θ最后求得反应速率方程为2)1(D D B B A A B A B A s p K p K p K K K p p k r +++==2)1(D D B B A A BA p K p K p K p kp +++ 其中B A s K K k k =2. 在等温间歇反应器中进行液相反应A+B →R +C ，该反应对反应物A 和B 均为一级反应，反应速率常数)/(2h mol l k ⋅=，进料中A 和B 的摩尔浓度均为l mol /0.3，要求A 的转化率8.0=A X 。
若每天生产产物C 为240 mol ，且每批生产的辅助时间为0.5 h ，试求反应器的有效体积。
解： 因为l mol c c B A /0.300==，B A c c =所以反应速率方程202)1(A A A B A A X kc kc c kc r -=== 反应时间⎰⎰-==A Ax A A AA x A A A X kc dx C r dx C t 020000)1(，其中)/(2h mol l k ⋅=，8.0=A X 解得h t 66.0=进料中A 的摩尔流量为h mol F A /5.128.0242400=⨯=体积流量h l c F Q A A A /17.435.12000===反应器的有效体积)(00t t Q V A r +=，其中辅助时间h t 5.00=l V r 5)5.066.0(17.4=+⨯=3. 两个串联的全混流反应器进行某液相复合反应)/()/(21h l mol C k r SA h l mol C k r P A A S A P ⋅=→⋅=→ ，已知l mol C h h A /5,6.0,4.0021===ττ，第一釜出口处A 的浓度l mol /3，产物P 的浓度为l mol /5.1，求第二个釜出口处Sf Pf Af C C C ,,各为多少。
解：S P A r r +=ℜ，对第一个釜进行A 和P 的物料衡算121110101101)(A A A A S P A A A A A C k C k C C r r C C C C +-=+-=-ℜ-=τ1111111)(A p P p P P C k C r C C ==-ℜ=τ其中l mol C l mol C l mol C h P A A /5.1,/3,/5,4.01101====τ 解得121112545--==h k h k 对第二个釜进行A 和P 的物料衡算Af Af Af A A Af A C k C k C C C C 211212)(+-=-ℜ-=τAfPf P P Pf P C k C C C C 11212)(-=-ℜ-=τ解得===Sf Pf Af C C hmol C /42.04. 活塞流反应器于973 K 等温下进行丁烯脱氢反应生产丁二烯)()()(26484C B A H H C H C +→+→ 反应速率方程)/(3h m kmol kp r AA ⋅=，原料气为丁烯与水蒸气的混合气，丁烯的摩尔比为10%。
操作压力为105 Pa ，973 K 时，)/(10079.134Pa m h kmol k ⋅⋅⨯=-。
要求丁烯的转化率达35%，空时应为多少？解： 该气相反应为恒压操作，所以属于变容反应过程，由理想气体状态方程RT C p A A =，膨胀因子11111=-++-==∑AiA ννδ AA A AA A A X y X C C C δ0001+-=由活塞流反应器的设计方程A A A AA A A A A A X A A A A dX X kRTC X y C kp dX C X dX C Af⎰⎰⎰-+==-ℜ=35.0000035.00000)1(1)]([δτ 解得s 933.1=τ5在实验室中用一全混流反应器等温进行液相反应B A →，当空时为4 min 时，A 的转化率为80%，将反应器放大进行中试并用阶跃法测定该反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系如下；⎪⎩⎪⎨⎧≥≤≤-≤=min 38min 3min 11min 10)(2t t t t t C试求：①该反应器的停留时间分布函数)(t F 及分布密度函数)(t E 。
②数学期望t 及方差2t σ。
③若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？ 出口转化率为多少？（附：积分公式⎰++=+C a x dx x a a11） 解：)1()(0000Af A Af A Af A Af A X kC X C X X C -=ℜ-=τ，代入8.0min,40==Af X τ，解得=k① 停留时间分布函数 ⎪⎩⎪⎨⎧≥≤≤-≤=∞=min 31min 3min 18/)1(min 10)()()(2t t t t C t C t F ③分停留时间分布密度函数 ⎪⎩⎪⎨⎧≥≤≤≤==min 31min 3min 14/min 10)()(t t t t dt t dF t E ③分 ② 数学期望 min 6134)(31231===⎰⎰dt t dt t tE t ③分 方差 223122min 37.0)(=-=⎰t dt t E t tσ③分③ 无因次方差 03.0222==tt σσθ ③分 多釜串联反应釜个数 3412==θσN ③分对于全混流反应器)(0Af A Af A X X C ℜ-=τ，对一级不可逆反应所以最终转化率NAN k X )1(11τ+-=，其中Nt=τ6假定气固相催化反应D B A ⇔+由以下基元步骤组成：σσA A ⇔+ σσ+⇔+D B A① 若A 的吸附为速率控制步骤，推导反应速率方程② 若该反应在等温活塞流反应器中进行，操作压力为0.1 MPa ，反应物A 、B 的加料比符合化学计量关系，催化剂床层压降可以忽略，求当A 的转化率为0.8时，各组分的分压。
解：①已知A 的吸附为速率控制步骤，由此写出反应速率A dA V A aA A k p k r θθ-=第二步反应达到化学平衡，则有0=-=V D s A B s s p k p k r θθ此外，1=+A V θθ，联立两式求解可得：BDs s V p pk k +=11θ 和 B D s s BD s s A p p k k p p k k+=1θ 将上两式带入由速率控制步骤写出的反应速率表达式，便得Bs DB D A aA A p K p Kp p p k r +⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=1 式中s s s K k k 1=，s A K K K =，dAaA A k k K = ② AA A AA A ii i X y X p p p δνν0001+-=，由题知1-=A δMPa p MPaX X p p D A AB A 00667.001667.05.0105.005.0==--==7、实验测得体积为1.0 m3反应器的停留时间分布的统计特征值，其中方差225.0s t =σ，平均停留时间s t 0.1=。
① 若采用多釜串联模型描述该反应器，试求模型参数 ② 若采用轴向扩散模型描述该反应器，试求模型参数 ③ 在这个反应器中，进行A 的液相分解反应)/(0.2)/(5.05.033s m mol C r DA s m mol C rB A AD A B ⋅=→⋅=→反应条件下，纯A 进料，进料的体积流量为1.0 m 3/s ，试求A 的转化率和B 的收率。
解：① 5.0222==t t σσθ，所以串联釜数212==θσN② 轴向扩散模型)1(2222e P ee e P P ---=θσ，试差得257.2=e P ③由化学反应式知A 的消耗速率，A D B A C r r 0.32=+=ℜ- 用多釜串联模型计算时，可以列出s Q p 5.020.1021====τττ 对一级不可逆反应，有如下的多釜串联模型方程⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-==1113111115.05.01Af NAf p X X k τ，解得84.0=Af X 因为02A BB C C Y =，对A 和B 分别列在全混流反应器中的设计方程 第一个CSTR)1(5.05.0)1(0.3)(10101110101101A A B A B B A A A A A A A A X C Y C r C X C X C X X C -==-=ℜ-=τ 解得1131A B X Y =第二个CSTR)1(5.0)(5.0)1(0.3)()()(201202122012021202A A B B A B B B A A A A A A A A A A X C Y Y C r C C X C X X C X X X C --=-=--=ℜ--=τ，解得2231A B X Y =故当A 的转化率为0.84时，B 的收率为0.288、在连续管式反应器中等温进行连串反应D B A k k −→−−→−21，进料的体积流量为5.0 m 3/h ，A 的浓度为1.0 mol/m 3，反应体积为2.0m 3，连串反应中的各步均为一级不可逆反应，反应速率常数分别为.2)0.1000exp(0.1002111=-=-k k h T k反应器内反应物呈活塞流流动，反应温度300 K ，试计算 ① 反应器出口A 的转化率② 在其它条件不变的情况下，仅改变反应器的体积，问A 的转化率为何值时，B 的收率最大，最大值是多少？解：300 K 时，反应速率常数157.3)300/1000ex p(100-=-=h k ①由活塞流的设计方程⎰⎰-===Af Af X X A A A AA X dX r dX C 000)1(57.30.50.2τ积分得到43.111ln =⎪⎪⎭⎫⎝⎛-Af X，所以76.0=Af X ②对A 和B 分别列出设计方程B A BA AC k C k d dC C k d dC 211-=-=ττ，两式相除后得到 15.0112-=-=A B A B A B C CC C k k dC dC ，上式为一阶线性非齐次的常微分方程，由通解 )2(5.05.0C C C C AA B +-=，0A A C C =时，0=B C 。