化学反应工程复习资料

一．填空

1.理想反应器是指 _______、______ _。 2.全混流反应器的返混_______。平推流反应器的返混为_______。

3.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_______、_______、_______。

4.平推流管式反应器tt时，E（t）=____。；平推流管式反应器tt时，E（t）=_____。；平推流管式反应器tt时，F（t）=___ 。；平推流管式反应器t＜t时，F（t）=____。

2_______。5.平推流管式反应器其E（θ）曲线的方差；平推流管式反应器其E（t）曲线的方2_______。 t差

2_______。6.全混流反应器t=0时E（t）=_______。；全混流反应器其E（θ）曲线的方差；全

2_______。 t混流反应器其E（t）曲线的方差

7.催化剂“三性”是指 、 和 。 8.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___ ____。 9. 化学反应过程按操作方法分为____ ___、___ ____、_____ __操作。 10. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指____ ___、___ ____、____ ___。 11. 化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为KC，用逸度表示的速率常数Kf，则KC=_______Kf。

12.在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，他的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于____ ___。 13. 一级连串反应AK1PK2S在全混流釜式反应器中，则目的产物P的最大浓度

CP,max______、opt______。

14. 一级连串反应A_______、

K1PK2S在平推流反应器中，则目的产物P的最大浓度CP,maxtopt______。

15.全混流反应器的空时τ是 __ _____与____ ___之比。

CA17.脉冲示踪法测定停留时间分布C0对应曲线为_______。 CA18.阶跃示踪法测定停留时间分布C0对应曲线为_______。

19.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数

Pe_______。

20.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就_______。 21.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 22. 非理想流动模型包括_______、_______、_______。

23. 某反应速率常数的单位为m3 / (mol h )，该反应为 级反应。

24. 多釜串联模型的模型参数为 ，轴向扩散模型的唯一模型参数为 。

25. 完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度 ，并且

反应器出口物料的温度和浓度。

26. 在均相反应动力学中，用实验数据求取化学反应速度方程式的最主要的方法为 和 。

1.0

A R S

0.8

27. 多级全混釜串联模型当釜数N= 为全混流，当N= 为平推流。 28. 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 的反应的选择性。

0.6 C/C A0

0.4

0.2

0 0.2 0.4

X A

0.6 0.8 1.0

29. 对于反应A2B2R，各物质反应速率之间的关系为 (-rA)：(-rB)：rR ＝ 。

30. 某反应的计量方程为ARS，则其反应速率表达式 。 31. 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 。

32.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 ，按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性的定义，在该转化率条件下的收率是 ，选择性是 。 33.反应器的型式主要为 式、 式、 床和 床。

34.间歇釜式反应器有效体积不但与 有关，还与 有关。 38.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。 35.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。 36.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。 37.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。

38.催化作用的本质是参与反应 ，降低反应 ，提高反应 ，因而在工业化生产时能提高 、降低 。

39.空时： 。 40.空速： 。 41.停留时间： 。 42.转化率： 。 43.选择性： 。 44.收率： 。 45.寿命分布： 。 46.年龄分布： 。 47.反应进度： 。 48膨胀因子： 。 49.颗粒密度： 。 50.床层密度： 。 51.真密度： 。 52.孔隙率： 。 53.比表面积： 。 54.孔容： 。 55.内扩散有效因子： 。 56.外扩散有效因子： 。 57.返混： 。

58.期望： 。 59.方差： 。 60.本征动力学： 。 53.宏观动力学： 。 54.孔容： 。 55.寿命因子： 。 二．选择题

1. 气相反应CO+3H2→CH4+H2O进料时无惰性气体，CO与H2以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子δco= __ 。

A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2. 一级连串反应A___。

KCA0K2KCA0(1)K2K1C()A01/22[(K/K)1]KK2121A. B. C.

K2K22K1K1PK2S在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度CP,max=

CA01/22[(K/K)1]12 D.

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SP= _。

nPnP0nPnP0nPnP0nPnP0nnA B. nA0 C. nSnS0 D. nRnR0 A. A04. 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 。 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，反应的转化率是一样的

5. 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 6. 一级不可逆液相反应A→2R，CA0=2.30kmol/m3， 出口转化率xA=0.7，每批操作时间t+t0=2.06 h，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，MR=60，则反应器的体积V为_ m3。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4

7. 在间歇反应器中进行等温一级反应A →B，-rA=0.01CA mol/l·s，当CA0=1 mol/l时，求反应至CA=0.01 mol/l所需时间t=___ 秒。

A. 400 B. 460 C. 500 D. 560

8. 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τopt=___ 。

ln(K2/K1)ln(K2/K1)ln(K1/K2)K1K2A. K2K1 B. K2K1 C. D.

1K1K2

9. 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t0不包括下列哪一项_ __。 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 10. 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 11. 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 12．不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__ __。 A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度

13. 对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是 。 A. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径； B. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径； C. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径； D. 增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速。 14.对于反应aA + bBpP + sS，则rP_______(rA)。

ap|a|pA. |a| B. a C. p D. p

15.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A=_______。

A. 1/4 B. 2/3 C. –1/4 D. –2/3

16.气相反应2A + B → 3P + S进料时无惰性气体，A与B以2∶1摩尔比进料，则膨胀因子A=_______。（C）

A. –1 B. –1/2 C. 1/2 D. 1

17.气相反应N2 + 3H2子

2NH3进料时无惰性气体，N2与H2以2∶3摩尔比进料，则膨胀因

H2=_______。

A. –1 B. –2/3 C. 2/3 D. 1

rKCCACAB18.化学反应速率式为，如用浓度表示的速率常数为KC，用压力表示的速率常数为

KP，则KC=_______KP。

A. (RT)() B. (RT)() C. (RT)() D. (RT)

rKCCACAB19. 化学反应速率式为，如用浓度表示的速率常数为KC，用压力表示的速率常数

为KP，则KP=_______KC。 A. (RT) B. (RT)() C. (RT)() D. (RT)()

20.反应C4H102C2H4 + H2，k2.0s1，则反应级数n=_______。

A. 0 B. 1 C. 2 D. 3

121.反应A + B → C，已知k0.15s，则反应级数n=_______。

A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 22.反应3A → P，已知k0.15mol/ls，则反应级数n=_______。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 23.串联反应A → P（目的）→R + S，目的产物P的得率XP=_______。

nPnP0nPnP0nPnP0nPnP0nnA B. nA0 C. nSnS0 D. nRnR0 A. A024.串联反应A → P（目的）→R + S，目的产物P与副产物S的选择性SP=_______。

nPnP0nPnP0nPnP0nPnP0nA0 C. nSnS0 D. nRnR0

A. nA0nA B.

25.一级连串反应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_______。

ln(K2/K1)1ln(K2/K1)ln(K1/K2)A. K2K1 B. K2K1 C. K1K2 D. K1K2

26.一级连串反应A_______。

K1PK2S在全混流釜式反应器中，则目的产物P的最大浓度CP,maxKCA0KCA0(1)K2K1CA0(2)K1/22K2K1A. B. [(K2/K1)1] C.

K2K22K1CA01/22[(K/K)1]12 D.

27. 一级连串反应A_______。

K1PK2CS在平推流管式反应器中，则目的产物P的最大浓度P,maxKCA0KCA0(1)K2K1CA0(2)K1/22K2K1A. B. [(K2/K1)1] C.

K2K22K1CA01/22[(K/K)1]12 D.

topt28.一级连串反应A → P → S在间歇式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间_______。

ln(K2/K1)1ln(K1/K2)ln(K2/K1)A. K1K2 B. K2K1 C. K1K2 D. K2K1

29. 一级连串反应A → P → S在平推流管式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间topt_______。

ln(K2/K1)1ln(K2/K1)ln(K1/K2)A. K1K2 B. K2K1 C. K2K1 D. K1K2

30.分批式操作的完全混合反应器非生产性时间

t0不包括下列哪一项_______。

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

231.在间歇反应器中进行等温二级反应A → B，rA0.01CAmol/ls，当CA01mol/l时，求反

应至CA0.01mol/l所需时间t=_______秒。

A. 8500 B. 8900 C. 9000 D. 9900

C1mol/l时，求反

32.在间歇反应器中进行等温一级反应A → B，rA0.01CAmol/ls，当A0应至CA0.01mol/l所需时间t=_______秒。

A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 33.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. 空时τ B. 反应时间t C. 停留时间t D. 平均停留时间t 34.脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______。

A. E（t）曲线 B. F（t）曲线 C. I（t）曲线 D. y（t）曲线 35.阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______。

A. E（t）曲线 B. F（t）曲线 C. I（t）曲线 D. y（t）曲线

236.平推流流动的E（t）曲线的方差_______。

A. 0 B. 0～1 C. 1 D. ＞1

236.全混流流动的E（t）曲线的方差_______。

A. 0 B. 0～1 C. 1 D. ＞1 37“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. 反应动力学 38.下列属于平行反应的是_______。

P(主)ABPA. A + B → P B.PBR C.

P(主)AAS(副) D.A + B → P = R + S

39.如果平行反应

S(副)均为一级不可逆反应，若E主＞E副，提高选择性SP应_______。

A. 提高浓度 B. 提高温度 C. 降低浓度 D. 降低温度

40.当催化剂颗粒的微孔的孔径小于分子的自由程_______时，分子与孔壁的碰撞成了扩散阻力的主要因素，这种扩散称为努森扩散。

A. 0.01um B. 0.1um C. 1um D. 1nm

m1RkVCS/DeS41.催化剂颗粒扩散的无因次扩散模数值的大小反映了表面反应速率与

_______之比。

A. 扩散速率 B. 外扩散速率 C. 内扩散速率 D. 实际反应速率 42.四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( ) A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0

43．包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为( )

A．堆(积)密度 B．颗粒密度 C．真密度 D．平均密度

44、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. 空时τ B.反应时间t C. 停留时间t D. 平均停留时间 45、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__ _。

A. 粒子与流体间有温度差 B. 粒子与流体间无温度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层轴向有温度梯度 46、不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是__ __。

A. 粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C. 床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 47、下列哪一项不属于流化床反应器按深度而分的第Ⅱ级模型的特点_ _。

2A. 各参数均为恒值 B. 参数值不随床高而变 C. 参数值与气泡大小无关 D. 参数值与气泡大小有

48.某一级简单反应，关键组分的转化率为95%，收率为80%，其目的产物的选择性为 。

A.76% B. 80% C.95% D条件不足，无法确定 49.在催化反应过程中，下面那一个是正确 。

A. 催化剂颗粒越小，表面积越大，反应速率越大 B. 催化剂颗粒越大，床层的压降越小，反应速率越大

C. 催化剂颗粒越小，梯尔模数越小，内扩散对催化反应速度的影响越大 D. 釜式反应过程中，搅拌速度越大，外扩撒对催化反应的影响越大 50.下面对催化反应外扩撒的影响正确的是 。

A. 气固相催化反应中，气速越大，对外扩撒影响越小 B. 气固相催化反应中，气速越大，对外扩撒影响越大 C. 气固相催化反应中，催化剂颗粒越小，对外扩散影响越小 D. 气固相催化反应中，催化剂孔隙率越大，对外扩散影响越小。 四、证明及计算

1. 在平行反应

L A M

其中L为目的产物，在等温操作中证明，采用PFR 则

；采用CSTR

N

2 有如下平行反应

1 P A 2 S 3 T P为目的产物，各反应均为一级不可逆放热反应，反应活化能依次为E23. 在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应：

C6H5CH(CH3）2C6H6C3H6

以A,B及R分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：

（1）A（2）AA

BR

（3）BB

若（2）步为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。 4.在银催化剂上进行乙烯氧化反应

2C2H4+O2 2C2H4O

以A，B及R分别表示C2H4，O2及C2H4O，反应步骤如下：

（1）A(2) （3）（4）

A

(表面反应)

若表面反应为速率控制步骤，试推导动力学方程。 5. 气固相催化反应：A+B==C，其反应机理如下：

A+σAσ B+σBσ Aσ+B Cσ CσC+σ

假定符合Langmuir均匀吸附模型，试分别推导动力学方程： （1） A吸附控制；2 、C脱附控制； 3 表面反应控制。 6. 在气固相催化剂表面进行下列气相可逆反应： A+B==R

其反应机理为： A+σ1＝Aσ

1

B+σ2＝Bσ2

Aσ1+ Bσ2→Rσ1+σ2 (速率控制步骤) Rσ1＝R+σ1

试用Langmuir均匀吸附模型导出该反应的本征动力学方程。 7. 丁烯在某催化剂上反应的到丁二烯的总反应为

C4H8(A)== C4H6(B)+ H2(C)

假设反应按如下步骤进行：A+σAσ AσBσ+C BσB+σ

假定符合均匀吸附模型，试分别推导动力学方程： 1）

A吸附控制； 2 B脱附控制； 3 表面反应控制。

8.如图所示ABC为某可逆放热气-固相催化反应平衡曲线，DEF为最佳温度曲线，回答下列问题：

x A D G M E C H T F N B （1）D、E、F三点，哪一点的反应速率最大？哪一点反应速率最小？ （2）A点与B点哪一点的反应速率大？

（3）G、M、E、N各点中，哪一点的反应速率最大？ （4）D、G、H各点中，哪一点反应速率最大？ （5）G与M，哪一点的反应速率最大？

x ① ② M D C N （6） 从图上相对位置，能否判断M与N点的反应速A 率相对大小？

9．在T−x图上，①为平衡曲线，②为最佳温度曲线，AMN

B 为等转化率曲线，指出最大速率点和最小速率点。BCD为等温线，指出最大速率点和最小速率点。

10. 某催化反应在500℃下进行，已知本征反应速率rA=7.696×10-5

mol/(g·s) （式中pA

的单位为MPa），催化剂为Ф5mm×5mm圆柱体，ρp=0.8g/cm3 ，颗粒外表面A的分压pA=0.101325MPa，粒内组分A的有效扩散系数子。

12异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP=1.06kg·m-3，空隙率εP=0.52，比表面积为Sg=350m2g-1，求在500℃和101.33kPa，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯−苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。 13. 已知某均相反应，反应速率

，k=17.4 ml/(mol·min)，物料密度恒定为0.75 g/ml，

。求催化剂的内扩散有效因

加料流量为7.14 L/min，cA0=7.14 mol/L，在等温下，在一个0.25 m3的CSTR后接一个0.25 m3的PFR进行反应，试计算其的转化率各为多少。 14. 已知某均相反应，反应速率

，k=17.4 ml/(mol·min)，物料密度恒定为0.75 g/ml，

加料流量为7.14 L/min，cA0=7.14 mol/L，反应器在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少。

（1）串联两个体积0.25m3的CSTR；

(2)一个0.25m3的CSTR后接一个0.25m3的PFR；

(3)一个0.25m3的PFR后接一个0.25m3的CSTR； (4)一个0.5m3的PFR。

15.液相二级不可逆反应A+B==C，CA0=CB0，在平推流反应器进行试验，当τ=10min时xA=0.99，问在相同温度下为达到相同转化率，采用（1）在全混流反应器中进行时，空时τ为多少？（2）若在两个等体积串联全混流反应器中进行时，空时τ又为多少？

16.等温一级反应，依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器，出口转化率为0.99，若将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少？

17.等温二级反应，依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器，出口转化率为0.99，若将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少？

18. 在全混流反应器中进行液-固反应，产物为固相，反应为1级，已知k=0.02 min-1，固体颗粒的平均停留时间为100 min，求平均转化率。 20.在间歇反应器中等温进行下列液相反应：

ABR2ADrR1.6CAkmol/m3.h2rD8.2CAkmol/m3.h

rD及rR分别为产物D及R的生成速率。反应用的原料为A及B的混合液，其中A的浓度等于2kmol/m3。

（1） 计算A的转化率达95%时所需的反应时间； （2）A的转化率为95%时，R的收率是多少？

（3）若反应温度不变，要求D的收率达70%，能否办到？

（4）改用全混反应器操作，反应温度与原料组成均不改变，保持空时与（1）的反应时间相同，A的转化率是否可达到95%？

28.971，t29. 用多级全混流串联模型来模拟一管式反应装置中的脉冲实验，已知

t26.187，求

1） 推算模型参数N；

2） 推算一级不可逆等温反应的出口转化率。

20已知一等温闭式液相反应器的停留时间分布密度函数E(t)=16texp(-4t),min，试求： （1） 平均停留时间; （2）空时； （3）空速；

（4）停留时间小于1min的物料所占的分率； （5）停留时间大于1min的物料所占的分率；

（6）若用多釜串联模型拟合，该反应器相当于几个等体积的全混釜串联？ （7）若用轴向扩散模型拟合，则模型参数Pe为多少？

（8）若反应物料为微观流体，且进行一级不可逆反应，其反应速率常数为6min,CA0=1mol/l,试分别采用轴向扩散模型和多釜串联模型计算反应器出口转化率，并加以比较；

（9）若反应物料为宏观流体，其它条件与上述相同，试估计反应器出口转化率，并与微观流体的结果加以比较？

21.反应A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，动力学方程式为−rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积VR=0.001m3，可达到的转化率为多少?

-1

-1