化学反应与设备期末复习提纲
化学反应设备与过程期末复习提纲
一反应器选型
1、均相反应器的选型（掌握管式反应器、釜式反应器的应用、特点、结构、选型依据）
2、非均相反应器的选型（掌握固定床反应器、流化床反应器的应用、特点、使用反应类型、反应器结构
、选型依据）
练习题
1、管式反应器的特点是什么？基本结构有哪些？
答：管式反应器是由多根细管串联或并联而构成的一种反应器，通常长径比大于50~100。管式反应器的特点为：1）单位体积传热面积大；
2）生产效率高；3）适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有保证；
4）返混小，管内流体流型接近于理想置换。
管式反应器的结构组成包括：直管、弯管、密封环、法兰及紧固件、温差补偿器、传热夹套、连接管和
机架等。
2、固定床反应器分为哪几种类型？其中单段绝热式固定床可适用于哪些化学反应类型？
答：按传热方式分，固定床反应器可分为绝热式和换热式固定床；
按反应器中流体流动方向分，固定床反应器可分为轴向流动和径向流动固定床。
单段绝热式固定床可适用于反应热效应不大，过程中允许温度有较宽变动范围的反应；
或者反应热效应比较大，但反应对于温度变化不敏感的化学反应；
或者反应热效应很大，但是反应速率非常快的化学反应。
3、釜式反应器的基本结构及其作用是什么？
答：略釜式反应器主要由壳体、搅拌装置、轴封和换热装置四大部分；
各部分的作用，壳体：盛装物料，提供反应空间；
搅拌装置：加强反应釜内物料的均匀混合，强化传热和传质；轴封：防止反应釜中物料泄漏；换热装置：控制反应温度。
4、简述固定床反应器的优缺点？
答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。
优点：催化剂在床层内不易磨损；
床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；
缺点：固定床中的传热较差；催化剂的更换必须停产进行。
5、简述流化床反应器的优缺点？
答：优点：1）传热效能高，而且床内温度易维持均匀；
2）大量固体粒子可方便的往来输送，对于催化剂迅速失活而需随时再生的过程来说，能够实现大规模的
dn A （由于反应而消耗的A 的摩尔数）
dt
连续生产；3）由于粒子细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的效能。
缺点：1）气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层，气—固两相接触不够有效；
2）粒子运动基本上是全混式，因此停留时间不一。在以粒子为加工对象时，影响产品质量的均一性，且 粒子的全混造成了气体的部分返混，影响反应速率和造成副反应的增加；
3）粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，并要设置旋风分离器等粒子回收系统。 二 反应器的设计及优化
1、 基本概念
宏观动力学、本征动力学、化学动力学方程、均相反应、单一反应、复杂反应、基元反应、非基元反应 、转化率、反应分子数、反应级数、反应活化能、催化作用的定义、催化剂的特征、组成及功能 2、 均相反应动力学
（1）单一反应的动力学方程 a) 反应速率的定义：
化学反应速率是单位时间，单位反应体积内反应物的消耗量或产物的生成量。
α A A + α B B = α S S + α R R
- r A = - Vdt
(单位体积)(单位时间)
=
- r A = - 1 dn
A
V dt
- r B = - 1 dn
B
V dt
r S = 1 dn S
V dt
r R = 1 dn R
V dt
各反应速率间的关系：
- r A α A = - r B α B = r S α S = r
R
α R
当V 恒定时， dn i
V = dC i
- r A = - dC
A
dt
- r B = - dC
B
dt
r S = dC S
dt
r R =
dC R
即以各组分的摩尔浓度的变化速率来表示反应速率，上式仅适用于分批式操作。
对连续操作（开放系统）
i
i
= ln
? ? 1
X A
2
±r = ±
dF dV R
b)恒温恒容条件下 零级、一级、二级不可逆反应的动力学计算（公式、特点） A→产物（零级） - dC A
dt
= k
kt = C A 0 - C A
A → 产物（一级） - dC A dt = kC A kt = ln
C A 0 C A ? ? 1 ?
1 - x A ?
2A → 产物（二级）
- dC A dt
= kC A kt = 1 C A - 1 C A 0 = ( C A 0 1 - X A
)
ln B A 0
=
1 - x B → → r P = = (-r A ,1) = k 1C A r S = = k 2C A
P
A+B → 产物（ C A 0 = C B 0 ）
- dC
dt
A
= kC A
C
B
A+B → 产物（ C A 0 ≠ C B 0 ）
kt =
C B 0 1 - C A 0 C C C A C B 0 1 C B 0 - C A 0 ln( 1 - x A
)
c)恒温变容条件下：
膨胀因子的定义及涵义
恒温变容条件下0级、1级反应的动力学计算。 (2)复杂反应的动力学方程
掌握可逆反应、平行反应、连串反应的动力学方程的表达 a)可逆反应： A ≒R （一级反应） -r A = - dC A dt
= k 1C A - k 2C R
b)平行反应
A ?? P （主）
A ?? S （副） 假设其均为一级不可逆反应，其微分速率方程：
- r A ,1 = k 1C A - r A ,2 = k 2C A （主） （副）
反应物A 的总反应速率 - r A 为：
- r A = -r A ,1 + (-r A ,2 ) = (k 1 + k 2 )C A
dC P dt dC
S dt
C)连串反应
1 k 2
S ￡¨ ?ù?a ò???·′ ó|￡?
- r A = -
dC A
dt
= k 1C A
r P =
dC P
dt
= k 1C A - k 2C P
10、反应A + B → C ，已知 k = 0.15s ，则反应级数n=（B ）。
A B A
B
r S =
dC S
dt
= k 2C P
3、 非均相反应动力学
气固催化反应过程的一般步骤及控制步骤
兰格缪尔吸附模型及吸附等温方程（单组分不解离吸附、两组分不解离吸附）
如：单组份的表面覆盖率 练习
θA = K A p
A
1+ K A p A
填空、判断与选择
1、反应时间长短与初始浓度大小无关的是（一）级反应。
2、对反应级数n>1的反应，达到同样转化率，初始浓度提高，反应时间将增加。
3、对反应级数n<1的反应，初始浓度提高，达到同样转化率，反应时间将减少。
4、反应级数n ≥l 的反应，大部分反应时间是用于反应的末期。高转化率或低残余浓度的要求会使反应所 需时间大幅度地增加。
5、有几个反应同时进行，要用几个动力学方程式才能加以描述的称为（复杂）反应。
6、所谓双分子反应是针对基元反应而言的。
7、对非基元反应，反应级数等于化学反应式的计量系数。
8、反应级数只反映反应速率对（浓度）的敏感程度。级数越高，（浓度）对反应速率的影响越大。 9、活化能只表明反应速率对（温度）的敏感程度。活化能越大，（温度）对反应速率的影响越大。
-1
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
11、反应3A → P ，已知 k = 0.15mol / l ? s ，则反应级数n=（A ）。
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3 12、下列属于均相反应的是（C ）。 A. 催化重整 B. 催化裂解 C. HCl 与NaOH 的中和
D. 水泥制造
13、下列属于非均相反应的是（D ）。 A. 乙酸乙酯水解 B. 氢气燃烧 C. HCl 与NaOH 的中和 D. 催化裂解
14、对于一非恒容均相化学反应 |á A |á B ，反应组分A 的化学反应速率 - r A = （A ）。
A. - r A = -
dn A
Vdt
B. - r A = - dn B Vdt
C. - r A = - dC A
dt
D.
- r A = -
dC B
dt
15、对于一非恒容均相化学反应 |á A
|á B ，反应产物B 的化学反应速率 r B = （B ）。
A. r B = dn A
Vdt
B. r B = dn B Vdt
C. r B = dC A
dt
D.
r B =
dC B
dt
4、流动模型部分 （1）基本概念 停留时间、返混 （2）理想流动模型
dc A dx A t =- ?
?
(-r ) t = c A 0 t = R = C A 0
t=C = RiAi-1AiAiAi-1
= V(-r)(-r) 理想置换流动模型的特点 理想混合流动模型的特点
（3）非理想流动
实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因 降低返混程度的措施 练习：
填空与判断：
1、 理想流动模型分为两种类型，即（理想混合流动模型）和（理想置换流动模型）。
2、 返混专指（不同时刻）进入反应器的物料之间的混合。
3、 说明下列反应器中的返混情况：
间歇反应器中返混为（0）, 理想置换反应器返混为（0）。
4、 理想混合反应器返混为（无穷大）, 非理想流动反应器返混为（0到无穷大）。
5、 返混带来的最大影响是（反应器进口处反应物高浓度区的消失或降低）。
6、 返混对反应来说是有害的，必须采取各种措施进行抑制。
7、 降低返混程度的主要措施是（分割），通常有（横向分割）和（纵向分割）两种，其中重要的是
（横向分割）。 8、 连续搅拌釜式反应器为减少返混，工业上常采用（多釜串联）的操作。
9、简述理想反应器的种类？
答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应 器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有 相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存 在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。
5、理想反应器设计
（1）反应器计算的基本内容及基本方程 （2）各种反应器的设计计算 a)间歇操作釜式反应器： 特点
体积和数量计算
x Af c A 动力学计算法 或 x A 0 A
c A 0 (-r A ) 间歇操作釜式反应器达到一定转化率需要的反应时间，只取决于过程的反应速率，与反应器的大小无关 。
b)连续操作釜式反应器：
基本特征：过程参数既不随时间变化，也不随反应器内部空间位置而变化，各处的物料组成和温度都是 相同的，且等于出口处的组成和温度。
单个连续操作的釜式反应器：
V
V 0 x Af (-r A )
多个串联连续操作的釜式反应器
解析法 ：
VC-Cx-x iA0
0AiAi
图解法：已知C A0 、C AN （或X AN ）、V Ri ，求N 。
V R=F A0?V R dx A
τ==c A0?
τ=C A0?
τ=ln=ln A0
τ=C A0?
kC A0(1-x A)=-
(
c)连续操作的管式反应器
基础计算方程式:x Af
x A0
dx A
(-r A)
或x Af
V0x A0(-r A)
恒温恒容的管式反应器的计算：
零级反应：x
0Af dx A
(-r
A
)
=
1
k
C
A0
x
Af
一级反应：111C
二级反应：x
Af
x A0dx A
22
111
kC A01-x Af1-x A0
)
6、反应器生产能力的比较
间歇釜式、连续管式、连续釜式生产能力的比较；
多个串联的连续操作釜式反应器的组合优化：掌握两釜串联，等温下进行一级不可逆反应的优化问题；自催化反应的组合优化：自催化反应的速率特征，自催化反应的组合优化；
复杂反应的选择性
复杂反应选择性的定义：
掌握可逆反应和一级不可逆连串反应的浓度效应和温度效应，会根据动力学分析选择最佳反应器型式或反应器组合方式，或适宜的投料方式。
练习：
填空、选择
1、某一反应要求反应物A浓度低、B浓度高对反应有利，应采用以下半间歇操作形式中的（A、B）情况
A B C D
2、下列（A、D）操作方式适合用于可逆反应。
A B C D
8、在间歇反应器中进行等温二级反应A → B ， - r A = 0.01C A mol / l ? s ，当 C A 0 = 1mol / l 时，求反应至 ， r R = k 1C A ， E 1 ； r S = k 2C A ， E 2 ，当 E 1 ＞ E 2 时如何选择操作条件可以提高目的产物的收率？
P(?÷)
A
3
、平行反应
S(?±)
均为一级不可逆反应，若
E
主
＞
E 副
，选择性S
p 与（浓度）无关，仅是（温度
）的函数。
P(?÷)
A 4. 如果平行反应 S(?±) 均为一级不可逆反应，若 E 主 ＞ E 副 ，提高选择性 S P 应（升温）。
5、气相反应4A + B → 3R + S 进料时无惰性气体，A 与B 以3∶1的摩尔比进料，则膨胀因子δ A =（C ）。 A. 1/4
B. 2/3
C. –1/4
D. –2/3
6、全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为（Qt=Qc ）、（dQr/dT 7、对于自催化反应，最合适的反应器为（连续管式）。（全混流串平推流） 2 C A = 0.01mol / l 所需时间t=（ D ）秒。（D ） A. 8500 B. 8900 C. 9000 D. 9900 9、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 10、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（B ）。 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 P(?÷) 11、对于单一反应组分的平行反应 A S(?±) ，其瞬间收率? P 随 C A 增大而单调增大，则最适合的反应 器为（A ）。 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 12、 P(?÷) A 对于单一反应组分的平行反应 S(?±) ，其瞬间收率 ? P 随 C A 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 简答 P(?÷) A 1、对于气固催化反应 S(?±) 2 答：该反应为平行反应，且 E 1 ＞ E 2 ，根据选择性分析，应尽可能提高反应温度，方可提高P 的选择性， 4硝基苯磺酸钠，磺化时物料总量为每天5 m ，生产周期为13 h ；盐析时物料总量为每天20 m ，生产周 期为20 h 。若每个磺化釜体积为2 m ，? = 0.75 ，求（1）磺化釜数量与后备系数；（2）盐析器数量、 提高P 的收率。 2、对于可逆放热反应如何选择操作温度？ 答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降 低温度； 2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值 ； 3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。 判断 1、对于吸热反应必须考查釜式反应器的热稳定性问题。（错） 2、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。（ 对） 3、化工生产上，为了控制300~500℃的反应温度，常用导生油作热载体。（错） 计算 1、对硝基氯苯经磺化、盐析制备1-氯- 3 3 3 体积（? = 0.8 ）及后备系数。 2、在连续操作釜式反应器进行某一级可逆反应A B ，操作条件下测得正向化学反应速率常数k 1=10h - 1，逆向k 2=2h - 1，在反应物料 A 中不含有 B ，其进料量为10m 3/h ，当反应的转化率达到50%时，平均停留时间和反应器 的有效体积各为多少？ 3、在连续操作釜式反应器中进行一均相液相反应A →P ，反应开始时反应物中不含产物，动力学方程为 （-r A ）=kc A2，转化率为50%。如果换用体积相同的管式反应器，其他保持不变，则转化率为多少？ 4、应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应，假定各釜操作温度都相同，已知 此时的速率常数k=0.92h - 1，原料液的进料速度 v 0 =10m 3/h ，要求最终转化率 x A = 0.9，试求V 1、V 2和总容积V 。 5、液相反应A + B→P + S 在一全混釜中进行，速率常数 k = 0.05l / mol ? s ， C A 0 = C B 0 = 1.0mol / l ; 求： 1） x A = 50% 时，反应器的容积； 2）若进料流量为1l / min ， C A = 0.5mol / l ; 求进口料液中A 的浓度。 非均相反应器设计部分 1、气固相催化反应器 （1）、基本概念 固定床反应器（及其特点）、流化床反应器（及其特点）、空隙率、形状系数、有效系数、空速、流态化、散式流化床、聚式流化床、临界流化速度、带出速度、流化数、临界压降、膨胀比 （2）固定床反应器 催化剂颗粒的当量直径及相互换算； d s=Φs?dv=Φs1.5d a 空隙率的定义、计算及影响因素； ε=1-ρB ρS 流体流过固定床产生压降的原因； 固定床中的传热过程及简化处理。 （3）流化床反应器 流化床的压降计算；?p=L mf(1-εmf)(ρs-ρf)g 对g-s系统： =L f(1-εm)(ρs-ρf)g=L(1-ε)(ρs-ρf)g ρs-ρf≈ρs ?p=L(1-ε)ρs g=W A 流化床反应器内的传热 影响流化床与外壁的给热系数大小的因素 练习 1.由于催化反应的吸附、脱附以及表面反应都是与催化剂表面直接有关，故吸附控制、表面反应控制 和脱附控制称为动力学控制。（对） 2.单位体积的催化剂所具有的表面积称为形状系数。（错） 3.固定床的压力降由流道阻力和分布阻力所组成。（错） 4.固定床反应器主要分为（绝热式）式和（换热式）式两大类。 5.流体通过固定床的压力降主要是由于（摩擦）阻力和 （局部）阻力引起，当流体流动状态为湍流时，以（局部）阻力为主。 6.催化剂有效系数η是指_实际反应速度与催化剂内外表面温度、浓度相等时的反应速度之比，当η=1 时，反应过程属于（动力学）控制，当η<1时，属于（内扩散）控制。 7.当气体由下而上流过催化剂床层时，由于u OG的不同，床层经历了固定床、流化床、输送床 三个阶段。 8.固定床反应器中，催化剂的表观密度是1000kg/m3,床层的堆积密度是300kg/m3,则床层的空隙率为0.7 。 9.工业上，引进流化数k表示操作气速，流化数是指流化速度与临界流化速度之比。 10.固定床中的传热实质上包括了（颗粒与颗粒之间的传热）、（颗粒与流体之间的传热）以及（床层 与器壁的传热）几个方面。 11.气流通过床层时，其流速虽然超过临界流化速度，但床内只形成一条狭窄通道，而大部分床层仍处 于固定床状态，这种现象称为（A）。 A.沟流 B.大气泡 C.节涌 D.腾涌 12.气固系统常见的流化状态为（C）： A、散式流化 B、沟流 C、聚式流化 D、大气泡和腾涌 13.某流化床反应器中所采用的催化剂颗粒的堆积密度与颗粒密度分别为2900kg/m3和5050kg/m3,试计算 当床层膨胀比为3时,流化床床层空隙率是多少?（0.81） 14.所谓流态化就是固体粒子像（流体）一样进行流动的现象。 15.对于流化床反应器，当流速达到某一限值，床层刚刚能被托动时，床内粒子就开始流化起来了，这时的流体空线速称为（起始流化速度）。 16.对于液— 固系统的流化床，流体与粒子的密度相差不大，故起始流化速度一般很小，流速进一步提高时，床层膨 胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作（散式流化床）。 17.对于气— 固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并 及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为（聚式流化床）。 18.对于气— 固系统的流化床反应器，气泡在上升过程中聚并并增大占据整个床层，将固体粒子一节节向上推动，直 到某一位置崩落为止，这种情况叫（节涌）。 19.对于流化床反应器，当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为（带出速度或终端速度）。 20.对于流化床反应器，当气速增大到某一定值时，流体对粒子的（曳力）与粒子的（重力）相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为带出速度。 21.对于气— 固相流化床，部分气体是以起始流化速度流经粒子之间的空隙外，多余的气体都以气泡状态通过床层，因此人们把气泡与气泡以外的密相床部分分别称为（气泡相）与（乳化相）。 22.在流化床反应器中，当达到某一高度以后，能够被重力分离下来的颗粒都以沉积下来，只有带出速度小于操作气速的那些颗粒才会一直被带上去，故在此以上的区域颗粒的含量就近乎恒定了，这一高度称 作（分离高度）。 21.简述聚式流化床的形成？ 答：对于气— 固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并 及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为聚式流化床。 22.简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？ 答：1）均匀表面（或理想表面）：即催化剂表面各处的吸附能力是均一的，吸附热与表面已被吸附的 程度如何无关；单分子层吸附；3）被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子；4）吸附的机理均相同，吸附形成的络合物均相同。 23.气—固相催化反应的动力学步骤？ 答：1）反应物从气流主体向催化剂的外表面扩散和内孔扩散； 2）反应物在催化剂表面上吸附； 3）吸附的反应物转化成反应的生成物； 4）反应生成物从催化剂表面上脱附下来； 5）脱附下来的生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散。 24.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作（固定床反应器）。 25.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于（平推流），因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。 26.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积V P的球粒子直径，表达式d V=_______。 27.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面a P相同的球形粒子的直径，表达式d a=_______。 28.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面S V的球形粒子直径来表示，表达式d S=_______。 29.对于非球形粒子，其外表面积a P必大于同体积球形粒子的外表面积a S，故可定义颗粒的形状系数 ?S=_______。 30.颗粒的形状系数?S对于球体而言，?S=_______，对于其他形状的颗粒?S_______。（=1、均小于1） 31.固定床中的传热实质上包括了（粒内传热）、（颗粒与流体间的传热）以及（床层与器壁的传热） 几个方面。 简答题： 1、管式反应器的特点是什么？基本结构有哪些？ 答：管式反应器是由多根细管串联或并联而构成的一种反应器，通常长径比大于50~100。管式反应器的特点为：1）单位体积传热面积大； 2）生产效率高；3）适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有保证； 4）返混小，管内流体流型接近于理想置换。 管式反应器的结构组成包括：直管、弯管、密封环、法兰及紧固件、温差补偿器、传热夹套、连接管和机架等。 2、固定床反应器分为哪几种类型？其中单段绝热式固定床可适用于哪些化学反应类型？ 答：按传热方式分，固定床反应器可分为绝热式和换热式固定床；按反应器中流体流动方向分，固定床反应器可分为轴向流动和径向流动固定床。 单段绝热式固定床可适用于反应热效应不大，过程中允许温度有较宽变动范围的反应；或者反应热效应比较大，但反应对于温度变化不敏感的化学反应； 或者反应热效应很大，但是反应速率非常快的化学反应。 3、釜式反应器的基本结构及其作用是什么？ 答：釜式反应器主要由壳体、搅拌装置、轴封和换热装置四大部分； 各部分的作用，壳体：盛装物料，提供反应空间； 搅拌装置：加强反应釜内物料的均匀混合，强化传热和传质；轴封：防止反应釜中物料泄漏； 换热装置：控制反应温度。 4、简述均相反应及其动力学的研究内容？ 答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素 与反应速率之间定量关系的速率方程。 5、简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？ 答：1）均匀表面（或理想表面）：即催化剂表面各处的吸附能力是均一的，吸附热与表面已被吸附的程度如何无关；单分子层吸附；3）被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子； 4）吸附的机理均相同，吸附形成的络合物均相同。 6、气—固相催化反应的动力学步骤？ 答：1）反应物从气流主体向催化剂的外表面扩散和内孔扩散； 2）反应物在催化剂表面上吸附； 3）吸附的反应物转化成反应的生成物； 4）反应生成物从催化剂表面上脱附下来； 5）脱附下来的生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散。 7、简述气—液反应的宏观过程：A（g）+bB（l）→产物（l）？ 答：1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡； 2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应； 3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散； 4）气相产物向气相主体扩散。 8、简述理想反应器的种类？ 答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。 9、对于可逆放热反应如何选择操作温度？ 答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度； 2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。 10、简述固定床反应器的优缺点？ 答：凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。 优点：催化剂在床层内不易磨损； 床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力； 缺点：固定床中的传热较差；催化剂的更换必须停产进行。 11、简述流化床反应器的优缺点？ 答：优点：1）传热效能高，而且床内温度易维持均匀； 2）大量固体粒子可方便的往来输送，对于催化剂迅速失活而需随时再生的过程来说，能够实现大规模的连续生产；3）由于粒子细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的效能。 1、缺点：1）气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层，气—固两相接触不够有效； 2）粒子运动基本上是全混式，因此停留时间不一。在以粒子为加工对象时，影响产品质量的均一性，且粒子的全混造成了气体的部分返混，影响反应速率和造成副反应的增加； 3）粒子的磨损和带出造成催化剂的损失，并要设置旋风分离器等粒子回收系统。 计算题: 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。 2、等温下间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应，5min内有50%的组分A分解，要达到分解率为75% 问需要多少时间？若反应为二级，则需要多少时间？ 3、试证明对一级反应，在等温条件下转化率达到99.9%所需时间为转化率达到50%所需时间的10倍。又设反应为0级或2级，两者的时间比为多少？ 4、在均相恒温聚合反应中，单体的初始浓度为0.04mol/L和0.08mol/L，在34min内单体均消失20%，求单体消失的速率。 5、实验室内用间歇搅拌的烧瓶进行可逆反应，反应2h后，转化率达到99.9%。若将反应器放大，选用连 续操作釜式反应器进行此反应，其他工艺条件不变，平均停留时间为2h，试计算该反应的最终出口转化率。 6、在恒温间歇操作釜式反应器中，进行某一级液相不可逆反应，13min后反应物转化掉70%，若把此反应移到连续操作管式反应器或连续操作釜式反应器中，进行，为达到相同的转化率，所需的空时空速各位 多少？ 7、计算直径3mm，高6mm的固体催化剂的当量直径和形状系数。 8、某固定床反应器所采用的催化剂颗粒的堆积密度和颗粒密度分别为828kg/m3和1300kg/m3，该床层的空隙率是多少？ 在单管固定床反应器内进行氯乙烯合成的动力学实验，反应管外径25mm。壁厚2.5mm，催化剂填装高度25 m，床层空隙率0.45，进口原料气组成：乙烯46%，氯化氢54%（摩尔分数），反应器入口温度413K，压力为常压，空管气速为0.12m/s，试求：（1）原料气体积流量；（2）原料气摩尔流量；（3）原料气质量 流速；（4）空间速度和接触时间。 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 课程名称《 化学反应工程 》 考核时间：120分钟 考核方式：闭卷 课程类型：考试 一、选择题（总分20分，每题2分） 1. 对于非均相液-液分散过程，应优先选择( )搅拌器。 A 锚式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 2. 为维持200℃的反应温度，工业生产上常用( )作载热体。 A 水 B 导生油 C 熔盐 D 烟道气 3. 反应A + B → C ，已知1 15.0-=s k ，则反应级数n=（ ）。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 4. “三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_（ ）。 A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力 5. 串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 的总收率P φ=（ ）。 A. A A P P n n n n --00 B. 00A P P n n n - C. 00 S S P P n n n n -- D. 00R R P P n n n n -- 6. 下列属于非均相反应的是（ ）。 A. 乙酸乙酯水解 B. 氢气燃烧 C. HCl 与NaOH 的中和 D. 催化裂解 7. 对于可逆放热反应，为提高反应速率应（ ） A. 提高压力 B. 降低压力 C. 提高温度 D. 降低温度 8. 反应3A → P ，已知s l mol k ?=/15.0，则反应级数n=（ ） A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 9. 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. 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 10. 反应釜内壁有非金属衬里且物料易结垢时，应选用（ ）传热。 A 夹套 B 列管式换热器 C 蛇管换热器 D 插入式传热构件 二、填空题（总分20分，每空1分） 1. 全混流反应器的返混（ ）。 2. 化学反应工程是一门研究（ ）的科学。 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A ) A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2) B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应 (2) C ．反应(1)的活化能小于反应(2) D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B ) A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0 3．对一平行—连串反应R A Q P A ?→??→??→?) 3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 化学反应与扩散过程 姓名：史振鹏 学号;200902050201 班级：09物理 摘要：本文主要讲述了在化学反应与扩散过程中分子数密度的变化率、熵流密 度与局域熵出生率以及化学亲和势与反应速率的关系。文章先从分子数密度变化率讲述再推导出熵流密度与局域熵产生率，在这个过程中同时讲述化学亲和势与反应速率的关系。 Abstract: this paper focuses on the number of molecules in a chemical reaction and diffusion processes of density change local entropy , entropy flux density and birth rates and reaction rate of chemical affinity and relationship. Article from the molecular number density rate of change about then derive entropy flux density and local entropy production rate, during this process and about the relationship of chemical affinity and the reaction rate. 关键词：化学反应 分子数密度 局域熵 化学亲和势 引言:在一个系统中同时存在n 个化学反应，假设温度和压强恒定，在该系统中 由于存在化学反应和扩散过程，那么该系统中各组分的分子数密度和局域熵产生率将怎样变化？其化学反应与化学亲和势有什么关系?本文将详细讲述。 Introduction: in a system n of simultaneous chemical reaction, assuming constant temperature and pressure, due to chemical reaction and diffusion processes in the system, the molecular number density of the components in the system and the field entropy production rate will change how? what's the relationship between chemical reaction and chemical affinity? this will be covered in detail. 主要内容： 本节将在局域平衡假设下导出同时存在化学反应和扩散过程时的熵流密度和熵产生率。系统中某体积元内存在化学反应： 数可以是时间和坐标的函在非平衡系统中为比例系数。一般来说 成正比，即和的分子数密度和应物，因而与其反发生碰撞的频率成正比与分子显然与体积元内分子 反应速率i i A i i A i i i A i i k i n n k n n k n n X A X A B Y X A i ωωω,,:i =+?→?+()的变化率为的分子数密度体积元内两个反应同时发生时，为比例系数可表为的反应速率应同理，体积元内化学反i i i A k i n X k n n k C B Z X A 222222 2=++?→? +ωω 4?从反应器停留时间分布测定中 ，求得无因次方差「二 _ 0.98 ，反应器可视为 XXX 大学 化学反应工程 试题B （开）卷 （答案）2011 — 2012学年第一学 期 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1.反应器中等温进行着 A T P （1）和A T R （2）两个反应，当降低 A 的浓度后，发现反 应生成P 的量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明 （） A .反应（1）对A 的反应级数大于反应 （2） B .反应（1）对A 的反应级数小于反应 C .反应（1）的活化能小于反应 （2） D .反应（1）的反应速率常数大于反应 2 一为（） 2?四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值 A . 1.0 B. 0.25 C . 0.50 A （1） > A ⑶ > D . 0 P —-(2)， Q 3. 对一平行一连串反应 为了目的产物的收率最大， A .先高后低 B.先低后高 C .高温操作 4. 两个等体积的全混流反应器进行串联操作， 与第二釜的反应速率-広2之间的关系为（ A . -r Ai > -r A2 B . -r Ai 则最佳操作温度序列为（ ,P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 《化学反应工程》试题 XXX大学化学反应工程试题B（开）卷 （答案）2011—2012学年第一学期 一、单项选择题：（每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明(A ) A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2) B．反应(1) 对A的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2) D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值为( B ) A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0 3．对一平行—连串反应，P为目的产物，若活化能次序为：E2 甘肃联合大学 化学反应过程与设备复习总结 一选择题 1.阿伦尼乌斯公式：)exp(0RT E k A - = 2.气液传质基本理论是：费克定理 3.釜式反应釜上夹套的作用：加热或冷却 4.对于反应dS cR bB aA +=+,组分A 的膨胀因子δA 是:[(c+d)-(a+b)]/a 5.与平推流反应器比较进行同样的反应，全混流反应器所需要的体积大 6.某反应为放热反应，反应在时75℃才开始反应，最佳反应温度为115℃最适合的传热介质是：导热油 二．判断题 1.按反应器的结构形式，可把反应器分成釜式、管式、固定床和流化床。 （ √） 2.在间歇反应器中所有的物料反应时间相同、不存在返混。（ √） 3.对于零级反应增加反应物浓度可提高反应速率 （ ×） 4.计算反应釜的理论传热面积时，应以反应开始阶段的速率为依据 （ √） 5.平推流反应器与全混流反应器均不存在返混。 （ ×） 6.反应级数应为整数。 （ ×） 7.若一化学反应为一级反应式，则λ-与c A 的一次方成正比（ ×） 8.对于任一反应，其反应级数就是化学方程式中的计量数（ ×） 9.就 10.管式反应器亦可进行间歇式连续操作。 （ √） 三．填空题 1.间歇反应器的生产周期包括反应时间和辅助时间 2.已知反应速率k=0.02h kmol cm ?3 ，该反应为 0 级反应 3.固定床反应器主要分为绝热式和换热式两大类。 4.搅拌釜式反应器的结构组成包括壳体，搅拌装置，轴封，换热装置。 5.搅拌的目的是加强反应器的溶液均匀混合，加强传质、传热。 6.鼓泡塔反应器的基本组成包括气体分布器、塔筒体部分、塔顶气液分离。 7.化学反应过程的技术的目标有速率、选择性、能量消耗。 8.流化床内装设内部构件的作用是破碎气体在床层中产生的大气泡、增大气固相之间的接触机会、减少返混而增加反应速率和提高转化率。 9.绝大部分催化剂的组成有哪三部分活性组分、助催化剂、载体。 三．简答题 1.什么是反应分子数？什么是反应级数，反应级数对反应速率有什么影响？ 答：反应级数是指动力学方程式中浓度项的指数，它是由实验确定的常数。 反应级数的绝对值愈高，则该物料得浓度变化对反应速率的影响愈显著，如果反应级数等于零，在动力学方程式中该物料的浓度项就不出现，说明该物料浓度的变化对反应速率没有影响，如果反应级数是负值，说明该物料浓度的增加反而阻抑了反应，使反应速率下降。 化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 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. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、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. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R 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. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?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、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 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m 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_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。 课程名称《 化学反应工程 》 考核时间：120分钟 考核方式：闭卷 课程类型：考试 一、选择题（总分20分，每题2分） 1. 对于非均相液-液分散过程，应优先选择( )搅拌器。 A 锚式 B 涡轮式 C 桨式 D 推进式 2. 为维持200℃的反应温度，工业生产上常用( )作载热体。 A 水 B 导生油 C 熔盐 D 烟道气 3. 反应A + B → C ，已知1 15.0-=s k ，则反应级数n=（ ）。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 4. “三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_（ ）。 A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力 5. 串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 的总收率P φ=（ ）。 A. A A P P n n n n --0 0 B. 00A P P n n n - C. 00 S S P P n n n n -- D. 00R R P P n n n n -- 6. 下列属于非均相反应的是（ ）。 A. 乙酸乙酯水解 B. 氢气燃烧 C. HCl 与NaOH 的中和 D. 催化裂解 7. 对于可逆放热反应，为提高反应速率应（ ） A. 提高压力 B. 降低压力 C. 提高温度 D. 降低温度 8. 反应3A → P ，已知s l mol k ?=/15.0，则反应级数n=（ ） A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 9. 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. 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 10. 反应釜内壁有非金属衬里且物料易结垢时，应选用（ ）传热。 A 夹套 B 列管式换热器 C 蛇管换热器 D 插入式传热构件 二、填空题（总分20分，每空1分） 1. 全混流反应器的返混（ ）。 2. 化学反应工程是一门研究（ ）的科学。 3. 在流化床中为了传热或控制气—固相间的接触，常在床内设置内部构 件，但很少使用水平构件，它对颗粒和气体的上下流动起一定的阻滞作用，从而导致床内产生明显的（ ）梯度和（ ）梯度。 4. 对于反应级数n ＜0的反应，为降低反应器容积，应选用（ ）反应 器为宜。 5. 基元反应的级数即为化学反应式的（ ），对非基元反应的级数通过 （ ）确定。 6. 反应物能同时分别进行两个或多个独立的反应，称（ ）。当初始反 应物所生成的产物能进一步反应生成次级产物时，称（ ）。 7. 间歇反应，只要C ＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（ ）每批所 需的（ ）相同。 8. 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（ ），平推流反应器所需有效体积（ ），多釜串联全混釜所需有效体积（ ）。 9. 间歇釜式反应器有效体积不但与（ ）有关，还与（ ）有关。 10. 平推流反应器实际体积与有效体积（ ）。相同条件下，用全混流反 应器和平推流反应器处理物料，（ ）所需有效容积小。 11. 搅拌的根本目的是( ),( )。 三、判断题（总分10分，每题1分） 1. 釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。 2. 釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出料口外，一 律都开在顶盖上。 3. 搪玻璃反应釜具有良好的抗腐蚀性，特别适于酸碱交替的反应过程。 4. 对于低粘度液体，应选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式、桨 式等。 第二章化学反应一般原理 化学热力学初步（热化学、化学反应的方向和限度） 一填空题： 1 反应NH4Cl(s)＝HCl(g)＋NH3(g)在300K时，Δr G m o＝86.4kJ.mol-1，在500K时，Δr G m o＝34.6kJ.mol-1，则Δr S m o为( )，Δr H m o为( )。 2 已知反应2HCl(g)＝H2(g)＋Cl2(g)的Δr H m o＝184.6kJ.mol-1，则Δf H m o[HCl(g)]＝( ) kJ.mol-1。 3 注明下列各符号的名称：H ( )；Δr H m ( )；Δr H m o( )；Δf H m o( )。 4 影响化学反应Δr G 的主要因素有（）和（）；利用自由能变判断过程自发性的前提条件是（）。 二判断题 5 反应过程中，随着产物的生成，系统的熵值增大。 6 热等于系统的焓值。 7 等温等压且不做非体积功条件下的自发过程，一定是热力学能降低的过程。 8 标准状态下，任何温度下均不可自发进行的反应，必定是Δr H m o＞0，Δr S m o＜0。 9 稳定单质的Δr G m o、Δr H m o 和Δr S m o均为零。 10 热力学温度为零时，所有元素的熵为零。 11 因为ΔH＝Q p，ΔU＝Q V，所以Q p、Q V均是状态函数。 12 碳酸钙受热分解，是Δr S m o＞0 的反应。 13 “非自发反应”就是指“不可能”实现的反应。 14 热力学能就是指储存一个物体或系统的原子或分子结构内的能量（如：动能、键能、晶格能、表面能等）。 15 Q p＝ΔH，H是状态函数，所以Q p也是状态函数。 三选择题 16 下列物质中标准摩尔生成焓为零的是： A C(金刚石) B P4(白磷) C Br2(g) D O3(g) 17 某反应ΔH＞0，ΔS＞0，则该反应： A 高温自发，低温不自发 B 高温不自发，低温自发 C 任何温度均自发 D 任何温度均不自发 18 标准状态下，反应O3(g)＝3/2O2(g)，已知O3(g)的标准生成焓是142kJ.mol-1。上述反应的焓变Δr H m o应是（）kJ.mol-1。 A 117 B 142 C －142 D 319 19 下列反应中Δr H m o等于AgBr(s) 的Δf H m o的是： A Ag＋(aq) ＋Br－(aq) ＝AgBr(s) B 2Ag(s) ＋Br2(g) ＝2AgBr(s) C 2Ag(s) ＋1/2Br2(l) ＝AgBr(s) D Ag(s) ＋1/2Br2(l) ＝AgBr(s) 20 已知Cu2O(s) ＋1/2O2(g)＝2CuO(s) ，Δr H m o＝－146.02kJ.mol-1；CuO(s)＋Cu(s)＝Cu2O(s) ，Δr H m o＝－11.3kJ.mol-1，则CuO(s)＝Cu(s)＋1/2O2(g) 的Δr H m o＝( )kJ.mol-1。 A ―78.66 B ―157.32 C 314.64 D 157.32 21 下列反应在标准状态下： 反应Ⅰ：2NO2(g) ＝N2O4(g) ，Δr G1o＝－5.8kJ.mol-1 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数 P K ，则C K =_______P K 。 3. 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。 4.对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。 5.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 10.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。 11.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优 空时 = opt τ_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.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 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。 《化学反应过程与设备》题库 一判断题 1、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的非均相反应。√ 2、釜式反应器的所有人孔、手孔、视镜和工艺接管口，除出料口外，一律都开在顶盖上。√ 3、搪玻璃反应釜具有良好的抗腐蚀性，特别适于酸碱交替的反应过程。× 4、对于低粘度液体，应选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。× 5、釜式反应器的夹套高度一般应高于料液的高度，以保证充分传热。√ 6、含有固体颗粒的物料及粘稠的物料，不宜采用蛇管式换热器。√ 7、当反应在沸腾温度下进行且反应热效应很大时，可采用回流冷凝法进行换热。√ 8、计算反应釜理论传热面积时应以反应开始阶段的放热速率为依据。√ 9、流化床反应器中加设挡板挡网后，不易形成大气泡，提高了床层对器壁的给热系数。× 10、流化床反应器对于传质传热速度的提高和催化剂性能的发挥均优于固定床反应器。√ 11、流化床的操作速度处于临界流化速度和带出速度之间。× 12、大而均匀的颗粒在流化时流动性差，容易发生腾涌现象，添加适量的细粉有利于改善流化质量。√ 13催化剂可以加快反应速度，但不改变化学平衡，并对催化反应具有选择性。√ 14反映催化剂生产能力的重要指标是时空收率和催化剂负荷。√ 15催化剂床层高度越高，操作气速、流体阻力将越大。√ 16增加床层管径与颗粒直径比可降低壁效应，提高床层径向空隙率的均匀性。√ 17气固相催化反应动力学控制过程包括：吸附、化学反应、脱附；扩散控制过程包括：外扩散、内扩散。√ 18催化剂的失活有物理失活和化学失活两种。× 19鼓泡塔内气体为连续相，液体为分散相，液体返混程度较大。√ 20当传递速率远大于化学反应速率时，反应速率为扩散控制。× 21由于床层内气流与颗粒剧烈搅动混合，所以流化床反应器床层温度分布均匀，有利于催化剂性能的发挥，转化率提高。× 22换热式固定床反应器可分为中间换热式和冷激式两种。× 23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。× 24流化床反应器对于传质传热速度的提高和催化剂性能的发挥均优于固定床反应器。√25流化床反应器，需要控制和测量的参数主要有床层压力和温度、流量等。× 理想反应器不存在反混。√ 26釜式反应器不存在反混。√ 27、化工生产上，为了控制200~300℃的反应温度，常用熔盐作热载体。× 28、化工生产上，为了控制300~500℃的反应温度，常用导生油作热载体。× 29、单位体积的催化剂所具有的表面积称为形状系数。× 30、由于催化反应的吸附、脱附以及表面反应都是与催化剂表面直接有关，故吸附控制、表面反应控制和脱附控制称为动力学控制。√ 31、化工生产上常用多孔表面的物质作为助催化剂。× 32、流化床中常见的流化现象是沟流和散式流化。× 33、流化床中常用气体分布板是直孔型分布板。× 34、挡板、挡网和换热器都属于流化床的内构件。× 《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。 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.平行反应均为一级不可逆反应，若＞，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.如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，提高选择性应____ _。(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.平推流管式反应器时，E（t）=_______。（∞） 12.平推流管式反应器时，E（t）=_______。（0） 13.平推流管式反应器时，F（t）=_______。（1） 14.平推流管式反应器＜时，F（t）=_______。（0） 15.平推流管式反应器其E（θ）曲线的方差_______。（0） 16.平推流管式反应器其E（t）曲线的方差_______。（0） 17.全混流反应器t=0时E（t）=_______。（） 18.全混流反应器其E（θ）曲线的方差_______。（1） 19.全混流反应器其E（t）曲线的方差_______。（） 20.工业催化剂所必备的三个主要条件是：_______、_______、_______。（活性好、选择性高、寿命长） 21.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。（范德华力、化学键力） 22.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是_______分子层的。（多、单） 23.对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和_______的影响。（内扩散、外扩散） 24.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。（物理、化学） 25.催化作用的本质是参与反应（历程），降低反应（活化能），提高反应（速度），因而 在工业化生产时能提高（生产能力）、降低（能量消耗）。 26催化剂“三性”是指（活性）、（选择性）和（寿命）。 27.催化作用与热力学无关，因此催化剂不能催化（在热力学上不可能发生的反应）；催化剂不能改变（化学平衡）。 28.催化剂失活的主要原因有（化学失活）、（物理失活）和（结构变化）。 29.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。（固定床反应 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 )308 12981(314.82ln )11(ln 2 112=∴=-==-=， 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 σ R R σσR σB σA σB σ σB A σ σA S k +?+?→?+?+?+） 此步为速率控制步骤 ( 222 3．间歇釜反应器中进行如下反应： P A → (1) －r A1 ＝k 1C A a1 S 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化学反应工程试题集及复习题
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