化学反应工程复习资料

k
1 k1 k 2
7.07 min
由：
Vm opt v0
得：Vm＝7.07×1000/60=117.8L
中国石油大学（华东）
C R ,max C A0

1 k2 2 (1 ) k1
(1
1 0.1 2 ) 0.2
0.343
得：CR,max=0.343mol/L
3、纯组分 A 发生下述平行反应，
5
。
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10、对于平行Biblioteka 应A R A S， 高反应物浓度
有利于反应级数高的反应； 高温 有利于
活化能高的反应。
二、简答
1、简述积分法求解动力学方程的步骤。 答：①假设动力学关系
②对动力学关系进行积分 ③将积分式做线性化处理 ④对比实验数据和所假设的动力学积分式
2、简述微分法求解动力学方程的步骤。 答：①做 CA~t 关系曲线
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《化学反应工程》综合复习资料
第一章 绪论 一、问答题
1、何谓“三传一反”？ 答：动量传递、热量传递、质量传递和反应动力学。 2、你在生产实际中遇到过何种型式的反应器，有何特点？ 答：略 3、谈谈化学反应工程与其他学科之间的关系。 答：略
第二章 均相反应动力学基础 一、填空
1、 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
k1 k2 9、 对于一级不可逆反应 A R S ，产物 R 的最大浓度通常 C
A. 只与速率常数的大小有关； B. 只与反应温度有关； C. 与 A 的初始浓度和速率常数的大小有关； D. 只与 A 的初始浓度有关
三、推导
1、请推导全混流反应器的设计方程。 解：推导过程见课本。 2、请推导平推流反应器的设计方程。 解：推导过程见课本。
四、计算
1、某一级液相反应 A R 在一只全混流反应器中进行，转化率为 95％，如果再串连一只 同样的全混流反应器，使转化率仍维持在 95％，试问处理量增加多少？ 解： 当反应在一个全混流反应器内进行时，根据全混流反应器的设计方程，有
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1 xA
1 1 k 1
……………….(1)
A. 指前因子理论上与温度无关，活化能的取值永远都是正的，活化能大、温度低，反应 速率对温度的变化更敏感； B. 指前因子理论上与温度有关， 但与指数项相比其随温度的变化可以忽略， 活化能的取 值永远都是正的，活化能大、温度低，反应速率对温度的变化更敏感； C. 指前因子理论上与温度有关， 活化能的取值不可能永远都是正的， 活化能小、 温度高， 反应速率对温度的变化更敏感；
当两个等体积全混流反应器串联时，转化率不变，则有
1 xA
1 (1 k 2 ) 2 2
………………..(2)
根据式（1） ，得 k1 =19；根据式（2） ，得 k 2 7.94 处理量之比等于空时的反比，即
v2 2 1 , v 2 5.48v1 。也就是说，处理量为原 v1 2
opt
Vp v0
ln( k2 / k1 ) ln 0.5 6.93min k 2 k1 0.1
由：
opt
得：Vp＝6.93×1000/60=115.5L
C R ,max C A0
得：CR,max=0.5mol/L （b）全混流： opt
2 k 0.2 0.1 ( 1 ) k2 k1 ( ) 0.1 0.5 k2 0.1
1 5、 有一液相不可逆反应 A R ，A 的初始浓度为 0.5mmol/L 和 2mmol/L 的条件下均在 2
。
30min 内转化了 15％，该反应的反应级数为 n = 1 。速率常数 k =
－1
5.42×10 min
－3
。 不能确定 。
6、 某反应的计量方程为 A R S ，则其反应速率表达式
定的的定常态操作点。实际操作时，我们一般选择 M1、M2、M3 中哪一个操作点？ M3
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2.
平推流反应器和全混流反应器中 联反应。
平推流反应器
更适合于目的产物是中间产物的串
3.
某液相反应 A R 于 50℃下在间歇反应器中进行，反应物 A 转化 80％需要 10min，如 果于相同条件下在平推流反应器中进行，则达到同样的转化率需要的空时为 10min 能确定 ； 如果同样条件下在全混流反应器中进行， 达到同样的转化率需要的空时 不 。 反应器
定义，在该转化率条件下的收率是 45％ ，选择性是 64％
1.0 A 0.8 R S
0.6 C/C A0 0.4
0.2
0
0.2
0.4 XA
0.6
0.8
1.0
二、选择
1、 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 C
A. 在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； B. 在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； C. 在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； D. 在同一平推流反应器或间歇式反应器内、 在同样条件下进行反应， 反应的转化率是一
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A. 三者同为理想反应器，但理想的内涵是不同的； B. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是一样的，都是反应器内温度和 组成处处相同； C. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的，虽然都是反应器内 温度和组成处处相同，但前者随着时间的变化温 度和组成可能都发生变化，而后者 则不随时间变化； D. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大 8、 关于指前因子和活化能描述正确的是 B
2 Ar N 2 3 H 2 2 NH 3 2 Ar
mol 比：2
A
1
3

2
2 ＝[(2＋2)－(2＋1＋3)]/(2+1)
VxA 1 VxA 0 VxA 0
ntotal , xA 1 ntotal , xA 0 ntotal , xA 0
＝－2/3 2、 某气相一级不可逆反应：
来的 5.48 倍，增加了 4.48 倍。 2、在适宜的条件下 A 按下面的计量方程进行反应
1 2 A R S
k 0.2 min 1
k 0.1 min 1
v0=1000 liter/hr, CA0=1 mol/liter, CR0=CS0=0。
(a) 用多大的平推流反应器 R 浓度能达到最大？该最大浓度是多 少？ (b) 用多大的全混流反应器 R 浓度能达到最大？该最大浓度是多少？ 解：(a)平推流：
②做切线求不同浓度下的反应速率 ③线性化，做图求解动力学参数
3、反应工程中和工业中收率和选择性的定义有何不同？ 答：略
三、计算题
1、 气相变容反应 N 2 3H 2 2 NH 3 ，原料中混入了一定量的 Ar 气（与 N2 和 H2 的转化率 为零时的初始总摩尔数比为 1/2，N2 与 H2 的比例为计量比） ，请计算膨胀率 N 2 。 解：
4.
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 的大小 ；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是 产物分布 均一 ，并且 ；
5.
完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度 /小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。
等于 （大于
6.
下图是某连串反应在各转化率下的产物浓度分布曲线，那么当转化率达 70%时，中间产 物 R 的化学反应工程定义总收率为 64％ ，按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性的 。
7、 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 30min, 而 在 80℃时达到同样的转化率仅需 20 秒， 该反应的活化能为 8、 反应级数 不可能 （可能/不可能）大于 3。 9、 基元反应的分子数 不可能 （可能/不可能）是小数。 3.46×10 J(/mol)
8 分钟后：V＝2V0=V0（1＋εA xA） 解得：xA=66.7%
(2)由间歇式反应器的设计方程，对一级反应，有：
kt ln(1 x A )
则： k
ln(1 x A ) ln(1 0.667) 0.137 min 1 t 8
第三章 理想反应器 一、填空
1. 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 稳定的定常态操作点，M2 则称为不稳
A 2.5 products, rA (10 min 1 )C A
在一个 22 L 的反应器里进行反应所能达到的转化率为 A. 70%；B. 80%；C. 90%；D. 100% 4、 对于一个均相变容反应，针对反应物 A 的反应速率，下面表述正确的是 BD C
A. rA
dC A C A0 dx ；B. rA A ；C. rA C A 0 dt 1 A x A dt 1 dN A V dt
3
。 级反应。
2、 某反应速率常数的单位为 m /(mol.hr)，该反应为 二
3、 对于反应 A 2B 2R ，各物质反应速率之间的关系为：(-rA):(-rB):rR＝ 1:2:2 。
4、 在间歇反应器中进行一恒压气相反应 A 3B 2 R ，原料为 A 和 B 的混合物，其中 A 含 量为 20%(mol)， 若物料初始体积为 1 升， 则 A 转化 50％时， 物料的总体积为 0.8L
故：i=1/3，即：
1 1 Inert A 2R S Inert 3 3
膨胀率：