化學反應工程綜合復習資料有答案

1、化學反應工程模擬題答案一、填空題：1. 所謂“三傳一反”是化學反應工程學的基礎(chǔ)，其中“三傳”是指 質(zhì)量傳遞、熱量傳遞和動量傳遞，“一反”是指 反應動力學 。2. 各種操作因素對于復雜反應的影響雖然各不相同，但通常溫度升高有利于活化能 高 的反應的選擇性，反應物濃度升高有利于反應級數(shù) 大 的反應的選擇性。3. 測定非理想流動的停留時間分布函數(shù)時，兩種最常見的示蹤物輸入方法為 脈沖示蹤法 和 階躍示蹤法 。4. 在均相反應動力學中，利用實驗數(shù)據(jù)求取化學反應速度方程式的兩種最主要的方法為 積分法 和 微分法 。5. 多級混合模型的唯一模型參數(shù)為 串聯(lián)的全混區(qū)的個數(shù)n ，軸向擴散模型的唯一模型參數(shù)為

2、pe（或ez / ul） 。6. 工業(yè)催化劑性能優(yōu)劣的三種最主要的性質(zhì)是 活性、選擇性 和 穩(wěn)定性。7. 平推流反應器的e函數(shù)表達式為 ，其無因次方差= 0 ，而全混流反應器的無因次方差 1 。8. 某反應速率常數(shù)的單位為m3 / (mol× hr )，該反應為 2 級反應。9. 對于反應，各物質(zhì)反應速率之間的關(guān)系為 (-ra)：(-rb)：rr 1：2：2 。10. 平推流反應器和全混流反應器中 平推流 更適合于目的產(chǎn)物是中間產(chǎn)物的串聯(lián)反應。11. 某反應的計量方程為，則其反應速率表達式 不能確定 。12. 物質(zhì)a按一級不可逆反應在一間歇反應器中分解，在67 時轉(zhuǎn)化50 需要30

3、min, 而在80 時達到同樣的轉(zhuǎn)化率僅需20秒，該反應的活化能為 3.46×105 (j / mol ) 。13. 反應級數(shù) 不可能 （可能/不可能）大于3。14. 對于單一反應，在相同的處理量和最終轉(zhuǎn)化率條件下，選擇反應器時主要考慮 反應器的大小 ；而對于復合反應，選擇反應器時主要考慮的則是 目的產(chǎn)物的收率 ；15. 完全混合反應器（全混流反應器）內(nèi)物料的溫度和濃度 均一 ，并且 等于 （大于/小于/等于）反應器出口物料的溫度和濃度。16. 下圖是某連串反應在各轉(zhuǎn)化率下的產(chǎn)物濃度分布曲線，那么當轉(zhuǎn)化率達70% 時，中間產(chǎn)物r的化學反應工程定義總收率為 64% ，按煉廠或化工廠慣用

4、的收率和選擇性的定義，在該轉(zhuǎn)化率條件下的收率是 45% ，選擇性是 64% 。00.20.40.60.81.00.20.40.60.81.0a r sxac/ca0 二、多項選擇題：1關(guān)于理想的間歇式反應器、平推流反應器和全混流反應器，下列描述正確的是 a, c, d a. 三者同為理想反應器，但理想的內(nèi)涵是不同的；b. 理想的間歇式反應器和全混流反應器的理想的內(nèi)涵是一樣的，都是反應器內(nèi)溫度和組成處處相同；c. 理想的間歇式反應器和全混流反應器的理想的內(nèi)涵是不一樣的，雖然都是反應器內(nèi)溫度和組成處處相同，但前者隨著時間的變化溫度和組成可能都發(fā)生變化，而后者則不隨時間變化；d. 平推流和全混流反應

5、器都是連續(xù)流動式反應器，前者的返混為零，后者為無窮大2 關(guān)于積分法和微分法，認識正確的是 a, b a. 積分法和微分法是兩種求取動力學參數(shù)的數(shù)據(jù)處理方法，前者對數(shù)據(jù)的精度要求比后者低；b. 積分法不能處理動力學較為復雜的（反應物和產(chǎn)物不止一種、正反應和逆反應的反應級數(shù)不同）可逆反應；c. 積分法得到的動力學參數(shù)比微分法可靠3 對于一級恒容和一級變?nèi)莶豢赡娣磻旅鏀⑹稣_的是 c a. 在同一平推流反應器內(nèi)、在同樣條件下進行反應，反應的轉(zhuǎn)化率是一樣的；b. 在同一全混流反應器內(nèi)、在同樣條件下進行反應，反應的轉(zhuǎn)化率是一樣的；c. 在同一間歇式反應器內(nèi)、在同樣條件下進行反應，反應的轉(zhuǎn)化率是一樣的

6、；d. 在同一平推流反應器或間歇式反應器內(nèi)、在同樣條件下進行反應，反應的轉(zhuǎn)化率是一樣的4 對于瞬時收率和總收率，下列正確的判斷是 a, c a. 對于全混流反應器，反應的瞬時收率與總收率相等；b. 對于平推流反應器，反應的瞬時收率與總收率相等；c. 對于平推流反應器，反應的瞬時收率與總收率之間是積分關(guān)系；d. 對于全混流反應器，反應的瞬時收率與總收率之間是積分關(guān)系；5 氣相變?nèi)莘磻现谢烊肓艘欢康亩栊詺怏w（惰性氣體與a和b的轉(zhuǎn)化率為零時的初始總摩爾數(shù)比為1：1，a與b的比例為計量比），則膨脹率為 c a. -0.5；b. -1/3；c. -1/6；d. -5/66 純氣體a (濃度2 m

7、ol / l，摩爾流率100 mol / min) 在平推流反應器里分解生成一系列產(chǎn)物，其動力學為：，在一個9.8 l的反應器里進行反應所能達到的轉(zhuǎn)化率為 a a. 70%；b. 80%；c. 90%；d. 100%7 關(guān)于e函數(shù)和f函數(shù)，下面正確的是 b, c, d a. f(t)= e(t)；b. ；c. ；d. 8 軸向分散系數(shù)與擴散系數(shù)，下面論述正確的是 b, c, d a. 兩者實質(zhì)上是相同的，都符合fick定律；b. 兩者實質(zhì)上是不同的，軸向分散系數(shù)的定義實際上是借用了fick定律的形式；c. 軸向分散系數(shù)是與流動有關(guān)系的；d. 擴散系數(shù)是物質(zhì)本身的一種屬性9 宏觀流體和微觀流體是

8、流體凝集態(tài)的兩種極端形式，流體的凝集態(tài)不同，對反應結(jié)果一般有明顯的影響，但對于 a, b 是例外。a. 一級不可逆反應；b. 在平推流反應器內(nèi)進行反應；c. 在全混流反應器內(nèi)進行反應；d. 零級反應10 對于一個氣固相催化反應，減小外擴散和內(nèi)擴散影響的措施正確的是 a a. 提高反應器內(nèi)氣體的流速，減小催化劑顆粒的直徑；b. 降低反應器內(nèi)氣體的流速，減小催化劑顆粒的直徑；c. 降低反應器內(nèi)氣體的流速，增大催化劑顆粒的直徑；d. 增加催化劑顆粒的直徑，提高反應器內(nèi)氣體的流速11 關(guān)于基元反應的認識，正確的是 a, b a. 分子數(shù)是針對基元反應的概念；b. 基元反應的計量系數(shù)與對應物種的反應級數(shù)

9、之間存在一一對應關(guān)系；c. 基元反應和意義是一樣的；d. 有的基元反應的總反應級數(shù)可能是小數(shù)12 對于一個均相變?nèi)莘磻槍Ψ磻颽的反應速率，下面表述正確的是 b,d a. ；b. ；c. ；d. 13 對于平行反應，活化能e1< e2，反應級數(shù)n1< n2，如果目的產(chǎn)物是r的話，我們應該在 d 條件下操作。a. 高溫、反應物a高濃度； b. 高溫、反應物a低濃度；c. 低溫、反應物a高濃度； d. 低溫、反應物a低濃度14 對于化學反應的認識，下面正確的是 b, d a. 化學反應的轉(zhuǎn)化率、目的產(chǎn)物的收率僅與化學反應本身和使用的催化劑有關(guān)系；b. 化學反應的轉(zhuǎn)化率、目的產(chǎn)物的收

10、率不僅與化學反應本身和使用的催化劑有關(guān)，而且還與反應器內(nèi)流體的流動方式有關(guān)；c. 反應器僅僅是化學反應進行的場所，與反應目的產(chǎn)物的選擇性無關(guān)；d. 反應器的類型可能直接影響到一個化學反應的產(chǎn)物分布15 對于一個串聯(lián)反應，目的產(chǎn)物是中間產(chǎn)物，適宜的反應器是 b a. 全混流反應器；b. 平推流反應器；c. 循環(huán)反應器；d. 平推流與全混流串聯(lián)在一起的反應器16 關(guān)于非理想流動與停留時間分布，論述正確的是 a, c a. 一種流動必然對應著一種停留時間分布；b. 一種停留時間分布必然對應著一種流動；c. 一種停留時間分布可能對應著多種流動；d. 流動與停留時間分布存在一一對應關(guān)系17 是 b a.

11、 平推流的e函數(shù)；b. 全混流的e函數(shù)；c. 平推流串聯(lián)全混流的e函數(shù)；d. 全混流串聯(lián)平推流的e函數(shù)18 對于軸向分散模型，選擇不同的邊界條件，計算公式和結(jié)果都有所不同，這說明 d a. 邊界條件是人為設定的，是為了便于有關(guān)公式的推導；b. 邊界條件可以自由選??；c. 邊界條件決定于操作條件和反應裝置的本身；d. 邊界條件不同，直接影響到反應器內(nèi)的流動和反應。19 對于一個氣固相催化反應過程，下列屬于動力學因素的是 c, d a. 氣膜擴散；b. 孔內(nèi)擴散；c. 反應物的吸附和產(chǎn)物的脫附；d. 表面反應20 langmuir吸附模型的四個假定：均勻表面、單層吸附、吸附機理相同和無相互作用這幾

12、點應該說是非?？量痰?，實際情況很難滿足上述要求。然而，對于多數(shù)的化學反應，應用這幾點假定進行有關(guān)的推導，結(jié)果一般是可以接受的，其主要原因在于 a a. 實際反應過程中催化劑表面吸附物種的覆蓋度很低；b. 實際的催化劑表面一般很平整；c. 實際的催化劑表面上活性位間的距離較遠；d. 實際的催化劑表面上活性位的數(shù)量有限21 關(guān)于指前因子和活化能描述正確的是 b a. 指前因子理論上與溫度無關(guān)，活化能的取值永遠都是正的，活化能大、溫度低，反應速率對溫度的變化更敏感；b. 指前因子理論上與溫度有關(guān)，但與指數(shù)項相比其隨溫度的變化可以忽略，活化能的取值永遠都是正的，活化能大、溫度低，反應速率對溫度的變化更

13、敏感；c. 指前因子理論上與溫度有關(guān)，活化能的取值不可能永遠都是正的，活化能小、溫度高，反應速率對溫度的變化更敏感；22 對于一級不可逆反應，產(chǎn)物r的最大濃度通常 c a. 只與速率常數(shù)的大小有關(guān)；b. 只與反應溫度有關(guān)；c. 與a的初始濃度和速率常數(shù)的大小有關(guān)；d. 只與a的初始濃度有關(guān)23 測定停留時間分布常用的方法有脈沖示蹤法和階躍示蹤法，關(guān)于這兩種方法，下列描述正確的是 a，b，d a. 這兩種方法都是物理示蹤法；b. 根據(jù)脈沖示蹤法得到的實驗數(shù)據(jù)，可以直接得到e函數(shù)；c. 根據(jù)階躍示蹤法得到的實驗數(shù)據(jù)，可以直接得到e函數(shù)；d. 根據(jù)階躍示蹤法得到的實驗數(shù)據(jù)，可以直接得到f函數(shù)三、計算

14、題：1. 某一級液相反應在一只全混流反應器中進行，轉(zhuǎn)化率為95，如果再串聯(lián)一只同樣的全混流反應器，使轉(zhuǎn)化率仍維持在95，試問處理量應增加多少？【解】： 當反應在一個全混流反應器內(nèi)進行時，根據(jù)全混流反應器的設計方程，有 .(1)當兩個等體積全混流反應器串聯(lián)時，轉(zhuǎn)化率不變，則有 .(2)根據(jù)式（1），得=19；根據(jù)式（2），得6.94。進料體積流率之比等于空時的反比，即。也就是說，串聯(lián)后進料體積流率應為原來的5.48倍，即需增加4.48倍。2. 某速率常數(shù)為0.15 min-1的一級不可逆反應在一非理想反應器內(nèi)進行反應，示蹤結(jié)果表明，和 分別為15 min和0.21。求用多級混合流模型預測的轉(zhuǎn)化率

15、。解：根據(jù)多級混合流模型無因次方差與n之間的關(guān)系，有 = 4.76 根據(jù)一級不可逆反應多級混合流模型轉(zhuǎn)化率的表達式，有 3. 反應物a反應首先生成r (k1 = 6 hr-1)，r進一步反應生成s (k2 = 3 hr-1)和t (k3 = 1 hr-1)。如果濃度為1.0 mol / l的純a在一個全混流反應器內(nèi)進行反應，求r濃度達到最大值的空時及r的最大濃度。解：根據(jù)一級不可逆串聯(lián)反應在全混流反應器中進行反應時中間物種最大濃度及達到最大濃度空時的公式，有： 0.2 hr說明：上述兩公式也可通過對反應物a和產(chǎn)物r兩次應用全混流反應器設計方程，求得產(chǎn)物r的濃度表達式，然后令，求出 topt 和

16、cr, max的值。4某一級恒容反應a®p在一平推流和一全混流反應器所組成的串聯(lián)反應器組中進行，兩反應器的有效容積均為vr，進料為純a，初始體積流率為v0，試證明最后的總轉(zhuǎn)化率與這兩個反應器的串聯(lián)順序無關(guān)。（假設兩反應器的溫度相等且保持恒定，反應器被反應物全部充滿）解: 反應速率方程：(a) 全混流在前，平推流在后由全混流的設計方程，得：故：由平推流的設計方程得：則：其中（b）平推流在前，全混流在后對平推流： 得：對全混流：得：即：兩各反應器的排列順序不影響反應結(jié)果5純組分a發(fā)生下述平行反應， a的起始濃度為2 mol / l，反應在恒溫的條件下進行，試確定在如下反應器中目的產(chǎn)物s所

17、能達到的最大濃度。a. 平推流反應器b. 全混流反應器解： (a) 對于平推流反應器：當ca曲線下的面積最大，即a完全轉(zhuǎn)化（ca0）時cs最大，即：= 0.469 mol / l（b）對于全混流反應器：故：令，得：解得：ca1 mol / l故： mol / l6某氣相一級不可逆反應：在等溫，等壓條件下在一間歇反應器中進行，原料中含a 75（mol），8分鐘后體積增加了一倍，求a的轉(zhuǎn)化率以及此溫度下的速率常數(shù)。解：(1) 該反應為變?nèi)莘磻?，摩爾? 0.25 0.75 即： 1/3 1故：i=1/3，即：膨脹率：8分鐘后：v2v0 = v0（1a xa）解得：xa = 66.7 %(2) 由間

18、歇式反應器的設計方程，對一級反應，有：則：7用一個1升的全混流反應器來確定某反應的動力學方程，a的液相溶液分別以不同的流率和不同的初始濃度加入反應器，并測定a的出口濃度，得到如下表所示的數(shù)據(jù)。v0l / minca0mmol / lcammol / l0.449.1418.340.564.4023.601103.2041.142153.2068.102180.8075.72假設反應速率只與a有關(guān)，求反應速率方程式。解：根據(jù)全混流反應器的設計方程：得：由已知數(shù)據(jù)可得下述數(shù)據(jù)：，minln caln (- ra)2.512.322.912.51220.403.163.02162.043.724.1

19、30.5170.24.225.140.5210.164.335.35假設：ra= k can, 得：ln (-ra) = ln k + n lnca以ln (-ra) 對ln ca做圖，得一直線，截距 ln k = -3.3，得：k = 0.037 l / (mmol×min) ，斜率n=2，故速率方程為：ra = 0.037ca2 mmol / (l×min)8在某實際反應器內(nèi)用脈沖輸入法測得其出口物料中示蹤劑濃度的變化數(shù)據(jù)如下：t, min012345678910c(t), g /l00356643210試列出相應表格計算各反應時間下所對應的的e(t)值和f(t)值以及

20、平均停留時間 ，并畫出e (t) 和f (t) 曲線。解：由于是等時間間隔（dt = 1min），利用矩形積分法可得到如下公式：根據(jù)上述公式列表計算如下：t,min012345678910c(t),g/l00356643210003814202427293030e(t)，min-1000.10.170.20.20.130.10.070.030f(t)000.10.270.470.670.80.90.971.01.04.83e（t）、f（t）曲線圖如下：9向某實際反應器入口用脈沖法加入示蹤物，在出口測得的示蹤物濃度變化如下：t, min048121620242832c(t)，g /l035810

21、7420若在該反應器內(nèi)進行a®p的一級異構(gòu)化反應，已知反應流體為宏觀流體，入口處a的轉(zhuǎn)化率為零，反應速度常數(shù)為0.045min-1，試用凝集流模型預測在該反應器出口處所能達到的轉(zhuǎn)化率。（提示：凝集流模型公式 ）解：根據(jù)凝集流模型的計算公式：其中，對于一級反應： 對于脈沖示蹤法：所以，可利用矩形加和法進行近似積分：列表計算如下：ti, min048121620242832c(ti)，g/l0358107420038162633373939 00.4941.5123.3385.1324.1542.6421.432010在pt催化劑上進行異丙苯分解反應： c6h5ch(ch3)2 

22、9; c6h6 + c3h6若以a、b及r分別表示異丙苯、苯及丙烯，s代表催化劑上的一個活性中心，其反應步驟如下： a + s Û as as Û bs + r bs Û b + s若表面反應為速度控制步驟，試由l-h機理和hougen-watson模型推導異丙苯分解的等溫速度方程式。解：由題意，步驟（2）應為速度控制步驟，設其中的正向、逆向反應速度常數(shù)分別為kr 、kr ,有：又由步驟（1）已達平衡，有：由步驟（3）已達平衡，有：而代入原速度表達式，有：（其中k = krka, k為總化學反應平衡常數(shù)）11在直徑為6 mm的球形催化劑顆粒上進行某一級不可逆反應a

23、®p，已知：催化劑外表面上的反應物a濃度為9.5´10-5 mol / cm3，溫度為350 oc。該反應為放熱反應，熱效應為 -131800 j/ mol-a，活化能為103600 j/ mol-a。催化劑顆粒的有效導熱系數(shù)為2.01´10-3 j/ cm×s× oc，反應物a在顆粒微孔內(nèi)的有效擴散系數(shù)為0.015 cm2/ s，反應的本征反應速度常數(shù)kv = 11.8 s-1。試計算：(1) 顆粒中心與催化劑外表面間可能達到的最大溫度差；(2) 在此種情況下（顆粒內(nèi)部同時存在著濃度梯度和溫度梯度）催化劑顆粒的內(nèi)擴散有效系數(shù)。解：（1）（2）

24、 由已知dp = 6 mm，得r = 6 ´ 0.1/ 2 = 0.3 cm，查下圖可得，h 0.612在500下使用硅鋁小球催化劑進行石腦油的催化裂化反應，該反應可近似當作一級不可逆反應處理。已知催化劑的平均孔半徑為30 ，顆粒直徑為0.31 cm，顆粒密度為1.14 g/cm3，孔體積為0.35 cm3/g，油品的平均分子量為120，反應速度常數(shù)kw = 0.25 cm3/s×g-cat，曲折因子 t = 2。在反應條件下，催化劑微孔內(nèi)的擴散主要是努森擴散，溫度梯度基本可忽略，試計算此時催化劑的有效系數(shù)。注意：此公式中的a 單位為cm 解：化學反應工程名詞解釋在大型裝置

25、中，傳熱和控溫往往是頭等難題，甚至根本不可能達到與小裝置相同的溫度條件，因此，就出現(xiàn)“放大效應”。絕熱溫升：系統(tǒng)總物料為1mol時，反應物全部轉(zhuǎn)化后絕熱狀態(tài)下所引起的溫度升高。間歇式反應器：一次性加料，經(jīng)過一段時間出料的反應器。積分反應器：指物料一次性通過床層所得的轉(zhuǎn)化率較大的反應器。努森擴散：擴散阻力來自于分子與孔壁產(chǎn)生的碰撞的擴散。理想表面：催化劑表面各處的吸附能力是均一的。臨界流化速度：指剛剛能夠使粒子流化起來的氣體空床流速。反應級數(shù)：指動力學方程中濃度項的指（冪）數(shù)。吸附等溫線：描述一定溫度下，氣體吸附量與壓力之間的關(guān)系。真密度：以骨架體積為計算基準的密度。方差：對于平均值的二次矩。膨

26、脹因子：當反應物a（或產(chǎn)物p）每消耗（或生成）1mol時，所引起的整個物系總物質(zhì)的量（mol）的增加或減少值。膨脹率：表征變?nèi)莩潭鹊膮?shù)，僅適用于物系體積隨轉(zhuǎn)化率變化呈線性關(guān)系的情況。返混：停留時間不同的流體顆粒之間的混合。平推流：指反應物料以一致的方向向前移動，在整個截面上各處的流速完全相等。全混流：指剛進入反應器的新鮮物料與已存留在反應器中的物料能達到瞬間的完全混合，以致在整個反應器內(nèi)各處物料的濃度和溫度完全相同，且等于反應物出口物料的溫度和濃度。停留時間：指從反應物進入反應器時算起至離開反應器時為止所經(jīng)歷的時間。停留時間分布：由于同時進入反應器的物料顆粒在反應器中的停留時間可能有長有短，

27、因而形成一個分布。空時：在規(guī)定的條件下，進入反應器的物料通過反應器體積所需的時間?？账伲涸谝?guī)定的條件下，單位時間內(nèi)進入反應器的物料體積相當于幾個反應器的空積，或單位時間內(nèi)通過單位反應器的物料體積。宏觀流體：全部以離集狀態(tài)存在，即只有宏觀混合的流體微觀流體：流體中所有分子都以分子狀態(tài)均勻分散的流體。工業(yè)催化劑所必備的三個主要條件：活性好、選擇性高、壽命長。催化劑的物理特性：物理吸附和化學吸附。比表面：每克催化劑的全部表面積。孔容與孔徑分布：若干個粒子內(nèi)的微孔已占有相當?shù)捏w積比例的疏松介質(zhì)的顆粒壓制成型的一顆組合顆粒，則在單粒與單粒間還有許多較大的空隙存在，它與單粒內(nèi)微孔體積之和稱為粒內(nèi)的孔容。催化劑顆粒內(nèi)不同的孔的孔徑有大有小，因而形成一個分布。孔容測定中，較精確的方法是氦汞法和氮解析法。對于固定床的反應管，管內(nèi)徑至少應為催化劑粒徑的8倍以上，層高至少為粒徑的30倍以上，并需充