化学反应工程-模拟题三及答案教学内容
化学反应工程第三章答案
3 釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。
反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。
要求最终转化率达到95%。
试问：（1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？（2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰Af Af X X A A A A A A A A AA A dX dX X t C C R k C X kC X h(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。
3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为 1.02。
该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。
（1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积；（2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8⨯==⨯A C mol l反应时间：02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l （2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75===r V V l f3.3丙酸钠与盐酸的反应： 2525+⇔+C H COONa HCl C H COOH NaCl为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。
化学反应工程-模拟题三及答案
一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →，已知反应速率为2A A kC r =-，求：（1）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则转化率为多少？（9分）（2）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分）二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应A 2B →。
反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，A 的转化率为90%。
如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？（18分）三、有如下平行反应：其动力学方程分别为：8.15.02B A P C C k r =，3.01B 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 /1500==，均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.5时的瞬时选择性。
（5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？（10分）四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分）五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P A →，催化剂的粒径为 2.4mm ，气流主体中A 的浓度为1mol/m 3，测得单位床层表观反应速率(－r A )obs ＝2.77×10-5 mol/(cm 3.s)，组分A 在颗粒内有效扩散系数为0.15cm 2/s ，外部传质系数为K G ＝30cm/s 。
请问：（1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分） （2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分）六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：BA +)(P 主反应)(S 副反应（1）在什么条件下外扩散为控制步骤？（3分） （2）在什么条件下内扩散为控制步骤？（3分） （3）在什么条件下反应速率为控制步骤？（6分）（4）分别求出第4组和第5组实验中的外扩散有效因子？（4分） （5）分别求出第6组和第8组实验中的内扩散有效因子？（4分）中国石油大学（北京）远程教育学院模 拟 考 试 卷化学反应工程 试卷C (开卷)答案一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →，已知反应速率为2A A kC r =-，求：（1）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则转化率为多少？（9分）（2）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分）解：对于液相二级反应，CSTR 反应器的体积 2200)1(A A AA X kC X F V -=， PFR 反应器的体积)1(200AA AA X kC X F V -=（1）当CSTR 中的转化率为0.5时，可推导出222002)5.01(5.0A A A A kC F kC F V ⨯=-⨯⨯=对同体积的PFR ：)1(2'20'0200A A A A A A X kC X F kC F -=⨯，求得667.0'=A X （2）由于反应条件不变，两个反应器的F A0、C A0和k 相同，所以1.0)1(/)1(22221121=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A A A X X X X V V ，解得8.02=A X二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应A 2B →。
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。
完整word版,化学反应工程习题及答案
化学反应工程习题及答案题目：全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间相同。
正确答案：错题目：相同条件下，分别用下列反应器处理物料，比较反应器有效容积的大小。
①单段全混流反应器（V R1）②四个体积相同的全混流反应器串联（V R2）③两个体积相同的全混流反应器串联（V R3）④平推流反应器（V R4）则（V R4）＞（V R2）＞（V R3）＞（V R1）正确答案：错题目：设备放大，造成微元停留时间分布和返混程度改变，放大时反应结果恶化。
正确答案：对题目：生产能力是相同条件下，单位时间、单位反应器体积所能获得的（产物量），或完成相同生产任务，所需反应器的（体积）。
题目：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。
题目：釜式反应器的基本结构主要包括反应器（壳体）、（搅拌器）、（密封装置）和（换热装置）等。
题目：手孔或人孔的安设是为了检查（内部空间）以及安装和拆卸设备（内部构件）。
题目：釜式反应器中夹套式换热器适用于传热面积（较小），传热介质压力（较低）的情况。
题目：基元反应的级数即为化学反应式的（计量系数），对非基元反应的级数通过（实验）确定。
题目：单一反应利用（转化率）可以确定反应物转化量与产物生成量之间的关系。
题目：间歇反应，只要C ＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（转化率）每批所需的（反应时间）相同。
题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，全混釜反应器所需有效体积（最大），平推流反应器所需有效体积（最小），多釜串联全混釜所需有效体积（介于其间）。
题目：一级不可逆反应，其反应速率方程为（－r A =kC A a ）,反应时间与转化率的关系为（kt )x 11ln(A =-）。
题目：复合反应动力学为由两个以上（化学反应计量式）或（动力学方程式）表示的化学反应过程。
题目：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。
化学反应工程第三章习题答案
1.理想反应器包括___平推流反应器、__全混流反应器_ 。
2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_全混流__反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应按_平推流_反应器处理。
3.全混流反应器的空时τ是_反应器的有效容积____与___进料流体的容积流速_之比。
4.全混流反应器的返混__∞__，平推流反应器的返混为_零__。
5.如果将平推流反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为_循环操作_的平推流反应器6.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为___平推流__反应器，而当β→∞时则相当于_全混流___反应器。
7. 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_零_，而当β→∞时则反应器内返混为_∞_。
8.对于反应级数n＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_全混流__反应器为宜。
9.对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_平推流__反应器为宜。
10.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___B____。
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11.在间歇反应器中进行等温二级反应A →B，，当时，求反应至所需时间t=__D_____秒。
A. 8500B. 8900C. 9000D. 990012.在间歇反应器中进行等温一级反应A →B，，当时，求反应至所需时间t=__B_____秒。
A. 400B. 460C. 500D. 56013.在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为__A__。
A. 空时τB. 反应时间tC. 停留时间tD. 平均停留时间14.一级不可逆液相反应，，出口转化率，每批操作时间，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，=60，则反应器的体积V为__C__。
A. 19.6B. 20.2C. 22.2D. 23.415.对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调增大，则最适合的反应器为___A____。
化学反应工程(本)阶段练习三答案
化学反应工程（本）阶段练习三一、填空1)CSTR中的浓度和温度与出口浓度和温度相等。
2)循环管式反应器的循环比是循环物料的流量与离开反应系统的流量之比。
3)返混是不同时刻进入反应器物料间的混合。
4)返混起因于空间的反向运动和不均匀的速度分布。
5)返混使反应器内的反应物浓度下降，产物浓度上升。
6)限制返混的措施主要是分割——横向分割和纵向分割。
7)返混程度可以通过停留时间分布的进行测定。
8)CSTR的返混程度最大，无因次方差等于1；PFR的返混程度最小，无因次方差等于0。
9)微观混合对小于一级的反应的影响是有利的。
10)返混对简单不可逆反应、可逆反应、串联反应、平行反应（n1>n2）等反应不利。
11)返混对平行反应（n1<n2）有利。
二、单选或多选题⑴在PFR中停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的百分比为 a %。
a. 0%b. 50%c. 75%d.100%⑵实验室反应器催化剂装填高度20cm，操作线速度为 1.5cm/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 C 。
a. 5.0 cm/sb. 10cm/sc. 15cm/sd. 20 cm/s⑶理想流动反应器模型包括A，D 。
a. 全混流模型b. 整体模型c. 收缩未反应芯模型d.平推流模型⑷停留时间分布的数字特征包括 A，C 。
a. 方差b. 对比时间c. 数学期望d. 分布函数三、图解题⑴画出下图浓度范围内PFR与CSTR的空时A f A0 A⑵画出下图平行反应的反应器最优组合（PFR 或CSTR ） ββC A f C A0 C A Af A0 A⑶平行反应A B+P Sr k C C r k C C P A BS A B==121505.. ,画出在PFR 中的最优加料方式。
（A ，B 的进料浓度分别为C A0，C B0）PFR⑷画出等体积CSTR 和PFR 串联系统的停留时间分布密度函数f(t)～t 的 曲线。
化学反应工程第三章包括答案.docx
3釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。
反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为 l ，反应速率常数等于。
要求最终转化率达到 95%。
试问：3（ 1）（ 1）当反应器的反应体积为1m 时，需要多长的反应时间？3，（ 2）（ 2）若反应器的反应体积为2m ，所需的反应时间又是多少？解：（ 1）(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20 ㎏/h ，使用 15%（重量）的 NaHCO3水溶液及 30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为 1：1，混合液的比重为。
该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到 95%。
（1）（ 1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（ 2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。
62kg/kmol,每小时产解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84和乙二醇： 20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（ 2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于 50℃等温下进行该反应的实验。
反应开始时两反应物的摩尔比为 1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。
不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间， min0 10 20 30 50∝NaOH用量， ml现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h ，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的 90%。
试计算反应器的反应体积。
假定（ 1）原料装入以及加热至反应温度（ 50℃）所需的时间为 20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为 10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。
化学反应工程第三章答案
3 釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。
反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为l，反应速率常数等于。
要求最终转化率达到95%。
试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO水溶液及30%（重3量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为。
该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到95%。
（1）（1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。
解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。
反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用的NaOH溶液滴定，以确定500kg/h，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。
试计算反应器的反应体积。
假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。
解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：于是可求出A的平衡转化率：现以丙酸浓度对时间作图：由上图，当CA=×l时，所对应的反应时间为48min。
化学反应工程习题与解答
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. 均相反应是指_。
（参及反应的物质均处于同一相）2. aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。
（ap）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。
（00K KK K n n n -=χ）4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。
（等分子反应、非等分子反应）5. 化学反应速率式为βαB 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 。
化学反应工程综合复习有答案
化学反应工程综合复习有答案Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】化学反应工程模拟题答案一、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 tE tt 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22A 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。
11.某反应的计量方程为A R S→+，则其反应速率表达式不能确定。
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×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。
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化学反应工程-模拟题三及答案一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →，已知反应速率为2A A kC r =-，求：（1）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则转化率为多少？（9分）（2）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分）二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应A 2B →。
反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，A 的转化率为90%。
如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？（18分）三、有如下平行反应：其动力学方程分别为：8.15.02B A P C C k r =，3.01B 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 /1500==，均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.5时的瞬时选择性。
（5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？（10分）四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分）BA+)(P 主反应)(S 副反应五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应PA ，催化剂的粒径为2.4mm，气流主体中A的浓度为1mol/m3，测得单位床层表观反应速率(－r A)obs＝2.77×10-5 mol/(cm3.s)，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.15cm2/s，外部传质系数为K G＝30cm/s。
请问：（1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分）（2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分）六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：（1）在什么条件下外扩散为控制步骤？（3分）（2）在什么条件下内扩散为控制步骤？（3分）（3）在什么条件下反应速率为控制步骤？（6分）（4）分别求出第4组和第5组实验中的外扩散有效因子？（4分）（5）分别求出第6组和第8组实验中的内扩散有效因子？（4分）中国石油大学（北京）远程教育学院模 拟 考 试 卷化学反应工程 试卷C (开卷)答案一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →，已知反应速率为2A A kC r =-，求：（1）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则转化率为多少？（9分）（2）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分）解：对于液相二级反应，CSTR 反应器的体积 2200)1(AA AA X kC X F V -=， PFR 反应器的体积)1(200A A AA X kC X F V -=（1）当CSTR 中的转化率为0.5时，可推导出222002)5.01(5.0A A A A kC F kC F V ⨯=-⨯⨯=对同体积的PFR ：)1(2'20'0200A A AA A A X kC X F kC F -=⨯，求得667.0'=A X（2）由于反应条件不变，两个反应器的F A0、C A0和k 相同，所以1.0)1(/)1(22221121=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A A A X X X X V V ，解得8.02=A X二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应A 2B →。
反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，A 的转化率为90%。
如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？（18分） 解：对于不可逆气相基元反应A 2B →，膨胀因子δ＝2-1＝1 对于一级反应，A0A0F 1V (1)ln x kC 1x ⎡⎤=+ε-ε⎢⎥-⎣⎦第一种情况下：因为00A C F F =，所以00.5A y =01*0.50.5===A y εδ000.5A T T A y P PC RT RT== 第二种情况下：因为0'00.5A A F F =，0'00C C A F F F ==所以0'0.33=A y''0.33*10.33===A y εδ0''00.33A A T T y P PC RT RT==所以0'00.5A A F F =，0'023A A C C =A0A0F 1V (1)ln x kC 1x ⎡⎤=+ε-ε⎢⎥-⎣⎦（1） 代入已知量，整理得到：3.0=A A VkC F0'''''''01(1)ln 1⎡⎤=+-⎢⎥-⎣⎦A A F V x kC x εε （2） 把式（1）/式（2），整理得：''''1(1)ln41+-=-x xεε 代入'A ε，试差得：'X ＝0.95可见当A 的摩尔进料流率减少一半，而C 的进料流率保持不变，A 的转化率为95％。
三、有如下平行反应：其动力学方程分别为：8.15.02B A P C C k r =，3.01B 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 /1500==，均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.5时的瞬时选择性。
（5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？（10分）解：根据瞬时选择性的定义：5.15.03.08.115.021B A B A S P C C C C k k r r S ---===（1）由于A 和B 的初始浓度相同，而且反应过程二者的反应量相同，所以在整个反应过程中C A ＝C B ，所以瞬时选择性A C S =当A 的转化率为0.5，C A ＝C A0（1-0.5）＝7.5mol/l ，S ＝C A ＝7.5；（2）由于5.1B 5.0A C C S -=，所以在反应过程中，为了使S 尽可能大，需要使A的浓度尽可能低，而B 的浓度尽可能高，为此可以采用以下方法：·用管式反应器，连续将A 注入反应器BA+)(P 主反应)(S 副反应·用一系列的CSTR 反应器串联，在第一个反应器中注入B ，在每一个反应器中注入A ，这样进入下一个反应器之前A 基本反应完。
四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分）答：（1）首先，采用注入示踪剂的方法测定该反应器的停留时间分布，可采用脉冲法或阶跃法；（2）然后对停留时间分布情况进行分析，求出其停留时间分布函数E(t)、平均停留时间和方差；（3）根据所求得的平均停留时间和方差，选择适当的非理想反应模型（如：离散模型、多釜串连模型和轴向扩散模型）求解反应器中反应物的转化率。
五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P A ，催化剂的粒径为2.4mm ，气流主体中A 的浓度为1mol/m 3，测得单位床层表观反应速率(－r A )obs ＝2.77×10-5 mol/(cm 3.s)，组分A 在颗粒内有效扩散系数为0.15cm 2/s ，外部传质系数为K G ＝30cm/s 。
请问：（1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分）B AA B（2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分）解：（1）由Mears 判据得：15.01108.0)/(101)/(301)(24.021))./((1077.2)(3635<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=---cm mol s cm cm s cm mol C k Rnr AGG obs A 可见外扩散无影响。
（2）由Weisz-Prater 判据得：()16592.2)/(101)/(15.0))(24.021())./((1077.2362235221>=⨯⨯⨯⨯⨯=-==--cm mol s cm cm s cm mol C D R obs r C As e A WPηφ 可见内扩散有影响。
可通过减小催化剂直径来消除内扩散的影响。
六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：（1）在什么条件下外扩散为控制步骤？（3分） （2）在什么条件下内扩散为控制步骤？（3分） （3）在什么条件下反应速率为控制步骤？（6分）（4）分别求出第4组和第5组实验中的外扩散有效因子？（4分）（5）分别求出第6组和第8组实验中的内扩散有效因子？（4分） 解：（1）在T ＝350K ，N<900，dp=1.8，外扩散为控制步骤。
（2）在T ＝350K ，N ＝1100，dp>0.4，内扩散为控制步骤。
（3）在T ＝350K ，N ＝1100，dp<0.4，反应速率为控制步骤；在T ＝300K ，N>600，dp<1.8，反应速率为控制步骤。
（4）由定义可知：外扩散有效因子，x η=外扩散有影响时的反应速率外扩散无影响时的反应速率第（4）组实验中，x 0.40.670.6η＝＝ 第（5）组实验中，x 0.610.6η＝＝（5）由定义可知：内扩散有效因子，速率内扩散无影响时的反应速率催化剂颗粒的实际反应=η第（6）组实验中，0.60.32.0η＝＝ 第（8）组实验中， 1.80.92.0η＝＝。