中國石油大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程期末復(fù)習(xí)題

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程綜合復(fù)習(xí)資料一、單選題1．多級混合流模型和軸向分散模型是兩種預(yù)測非理想流動對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率影響的數(shù)學(xué)模型，關(guān)于這兩種模型，下列觀點正確的是（）。A．軸向分散模型適用于返混程度在零到無窮大的任何的情況B．在返混程度較小時，多級混合流模型的模擬結(jié)果更接近實際C．兩者不能共用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)D．兩種模型可用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)2．對于反應(yīng)ARS，目的產(chǎn)物是R，下述反應(yīng)器中最適宜的是（）。A．平推流反應(yīng)器B．全混流反應(yīng)器C．兩個串連在一起的等體積全混流反應(yīng)器D．平推流與全混流串聯(lián)在一起的反應(yīng)器3．反應(yīng)器的類型不同，則（）也將有不同。A．反應(yīng)動力學(xué)B．傳遞特性C．反應(yīng)的相態(tài)D．反應(yīng)的可逆性4．乙苯在催化劑上脫氫生成苯乙烯，經(jīng)一段時間反應(yīng)后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明這是一個（）反應(yīng)。A．慢速B．可逆C．自催化D．不可逆5．全混流反應(yīng)器進(jìn)行放熱反應(yīng)時，要使反應(yīng)器操作在穩(wěn)定的定常態(tài)，則必須滿足以下條件：A．移熱速率>放熱速率B．移熱速率<放熱速率C．移熱速率隨溫度變化率>放熱速率隨溫度的變化率D．移熱速率隨溫度變化率<放熱速率隨溫度的變化率6．兩個等體積的全混流反應(yīng)器進(jìn)行串聯(lián)操作，反應(yīng)為一級不可逆，則第一釜的反應(yīng)速率-rA1與第二釜的反應(yīng)速率-rA2之間的關(guān)系為（）。兩釜反應(yīng)溫度相同。A．-rA1>-rA2B．-rA1=-rA2C．-rA1<-rA2D．不能確定何者為大7．對于一級不可逆反應(yīng)，產(chǎn)物R的最大濃度通常（）。A．只與速率常數(shù)的大小有關(guān)B．只與反應(yīng)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)8．某反應(yīng)速率常數(shù)的單位為m3/(mol.hr)，該反應(yīng)為（）級反應(yīng)。A．零級B．一級C．二級D．不能確定9．某反應(yīng)速率常數(shù)的單位為mol/(m3.hr)，該反應(yīng)為（）級反應(yīng)。A．零級B．一級C．二級D．不能確定10．對于平行反應(yīng)，活化能E1>E2，反應(yīng)級數(shù)n1<n2，如果目的產(chǎn)物是R，我們應(yīng)該在（）條件下操作。A．高溫、反應(yīng)物A高濃度B．高溫、反應(yīng)物A低濃度C．低溫、反應(yīng)物A高濃度D．低溫、反應(yīng)物A低濃度11．是（）。A．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)12．對于強放熱的氣-固相催化反應(yīng)，理論上可能得到的值的最多個數(shù)為（）。A．一個B．兩個C．三個13．全混流模型的停留時間分布的無因次方差等于（）。A．0B．1C．14．恒溫恒壓的氣相變?nèi)莘磻?yīng)，原料中混入了一定量的Ar氣（與N2和H2的轉(zhuǎn)化率為零時的初始總摩爾數(shù)比為1/2，N2與H2的比例為計量比），則膨脹率為（）。A．-0.5B．-1/3C．-1/6D．-5/615．已知一閉式反應(yīng)器的，該反應(yīng)器若用多釜串聯(lián)模型來描述，則模型參數(shù)N為（）。A．4.5B．5.6C．3.5D．4.016．某反應(yīng)速率常數(shù)的單位為hr-1，該反應(yīng)為（）級反應(yīng)。A．零級B．一級C．二級D．不能確定17．四只相同體積的全混釜串聯(lián)操作，其無因次停留時間分布的方差為（）。A．1.0B．0.25C．0.50D．018．對一平行—連串反應(yīng)，P為目的產(chǎn)物，若活化能次序為：E2<E1<E3，為了目的產(chǎn)物的收率最大，則最佳操作溫度序列為（）。A．先高后低B．先低后高C．高溫操作D．低溫操作19．恒溫恒壓的氣相變?nèi)莘磻?yīng)，原料中混入了一定量的Ar氣（與N2和H2的轉(zhuǎn)化率為零時的初始總摩爾數(shù)比為1：4，N2與H2的比例為計量比），則膨脹率為（）。A．-2/5B．-1/3C．-1/6D．-1/220．對于一級不可逆反應(yīng)，若k1＝k2，產(chǎn)物R的最大濃度通常（）。A．只與速率常數(shù)的大小有關(guān)B．只與反應(yīng)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)二、填空題1．一不可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度從25℃升高到35℃時，反應(yīng)速率增加一倍，則該反應(yīng)的活化能為（）J／mol。2．在兩個等體積串聯(lián)的全混流反應(yīng)器中進(jìn)行一級液相反應(yīng)A→P，出口轉(zhuǎn)化率為0.6，現(xiàn)其它條件不變，將第二個全混流反應(yīng)器的體積增加一倍，則出口轉(zhuǎn)化率為（）。3．初濃度為25.4mol/L的過氧化氫，用催化法進(jìn)行分解反應(yīng)，10min后溶液中含過氧化氫13.4mol/L，20min后為7.08mol/L，30min后為3.8mol/L，則該反應(yīng)的級數(shù)為（），反應(yīng)速率常數(shù)為0.0635/min。4．等溫二級分解反應(yīng)，依次經(jīng)過體積相等的一個平推流反應(yīng)器和一個全混流反應(yīng)器，出口轉(zhuǎn)化率為0.99，若將這兩個反應(yīng)器調(diào)換串聯(lián)次序，則出口轉(zhuǎn)化率為（）。5．某一級液相反應(yīng)在間歇式反應(yīng)器中進(jìn)行，5min轉(zhuǎn)化率為50％，則轉(zhuǎn)化率達(dá)到75％需時間（）min。6．等溫下在循環(huán)流動管式反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)AP，進(jìn)料濃度為CA0，當(dāng)循環(huán)比為20，轉(zhuǎn)化率XA=0.3時，該反應(yīng)器體積與使用單個非循環(huán)全混流反應(yīng)器體積之比為（）。7．氣相三級反應(yīng)2NO+O22NO2在30℃及1kg/m2下，已知該反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)kC=2.65104(L2/mol2.s)，今若以–rA=kPpA2pB表示，則反應(yīng)速率常數(shù)kP=（）。8．已知反應(yīng)A+BP，速度方程-rA=kCACB，反應(yīng)過程中的體積變化忽略不計，已知25℃下反應(yīng)速率常數(shù)k=9.9210-3（m3/kmol.s），物料A和B的初始濃度分別為0.1和0.08kmol/m3，則在間歇式反應(yīng)器中限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%時所需反應(yīng)時間為（）。9．將一個全混流反應(yīng)器用于分解稀溶液A，該反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)為3.45L/h，反應(yīng)器容積為10m3，若要求分解率達(dá)95%，則該反應(yīng)器的處理量為（）。10．有一液相不可逆反應(yīng)，A的初始濃度為0.5mmol/L和3mmol/L的條件下均在10min內(nèi)轉(zhuǎn)化了15％，該反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)為n=（）。速率常數(shù)k=（）。11．半衰期為20h的放射性流體，以100L/h的流率通過兩只串聯(lián)的理想攪拌釜中處理，每只釜的體積為40m3，則通過這個系統(tǒng)后原流體的活性衰減了（）。12．物質(zhì)A按一級不可逆反應(yīng)在一間歇反應(yīng)器中分解，在67℃時轉(zhuǎn)化50％需要30min,而在80℃時達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率僅需20秒，該反應(yīng)的活化能為（）。13．某反應(yīng)的速率方程式為mol/(m3.h)，則反應(yīng)級數(shù)n為2時，k的單位為（）。14．對于反應(yīng)，各物質(zhì)反應(yīng)速率之間的關(guān)系為：(-rA):(-rB):rR＝（）。15．對流經(jīng)某管式反應(yīng)器內(nèi)的流體，測得其停留時間分布數(shù)據(jù)后，用軸向分散模型描述時獲得軸向分散系數(shù)D=0.5m2/s，已知管長L=10m，流體在管內(nèi)流動的線速度u=0.5m/s，若用多釜串聯(lián)模型描述時，其模型參數(shù)N（多釜串聯(lián)的釜數(shù)）=（）。16．有兩個有效容積不等的全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作，反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)A→P，若大釜在先，小釜在后，出口轉(zhuǎn)化率為xA1，小釜在先、大釜在后，則出口轉(zhuǎn)化率為xA2，兩種情況下，進(jìn)料流速、進(jìn)料濃度和反應(yīng)溫度均相同，比較xA1和xA2的相對大小為（）。17．多級混合模型的唯一模型參數(shù)為（），軸向擴(kuò)散模型的唯一模型參數(shù)為（）。18．對于一個循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器，當(dāng)循環(huán)比0時，它即變?yōu)橐粋€（）反應(yīng)器，當(dāng)循環(huán)比時則相當(dāng)于一個（）反應(yīng)器。19．在對物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間分布函數(shù)作定量描述時，常用到的兩個最重要的特征值是（）和（）。20．用于描述非理想流動的多級混合模型的唯一模型參數(shù)為（），而軸向擴(kuò)散模型的唯一模型參數(shù)為（）。三、問答題1．設(shè)有三種不同類型的球狀催化劑：A.活性組分均勻分布型，B.活性組分分布于表面的“蛋殼”型，C.活性組分集中于中心的“蛋黃”型。若R為目的產(chǎn)物，則：（1）對反應(yīng)A＋B→R，當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散阻力可忽略不計時，選用什么型為好？為什么？（2）對有內(nèi)擴(kuò)散阻力的串聯(lián)基元反應(yīng)A→R→S，選用什么型為好？為什么？2．氣體在催化劑存在下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)通?？杉僭O(shè)成七個步驟，簡述這七個步驟的內(nèi)容？3．在四段絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行n級不可逆反應(yīng),各段的催化劑量相同，且控制進(jìn)入各段的反應(yīng)物料溫度相等。若n>0，試問：（1）哪一段的凈轉(zhuǎn)化率最大？哪一段最??？（2）若段間采用冷激方法進(jìn)行降溫，試問第一段與第二段之間和第二段與第三段之間哪處需加入的冷激劑量多?為什么？4．對動力學(xué)控制、液膜擴(kuò)散阻力控制及氣膜阻力控制的氣液反應(yīng)，如何選擇吸收設(shè)備？5．在一絕熱式管式反應(yīng)器中，進(jìn)行一氣相反應(yīng)A→2P，反應(yīng)器進(jìn)口溫度為650℃，反應(yīng)物A進(jìn)口濃度為8％（mol）,出口溫度為750℃，A出口濃度為1.6％（mol）。在反應(yīng)器內(nèi)A、B兩點分別進(jìn)行測定。（1）測得A點的溫度為780℃，你認(rèn)為正確嗎？為什么？（2）測得B點的轉(zhuǎn)化率為90％，你認(rèn)為正確嗎？為什么？6．什么是反應(yīng)程度？7．什么是轉(zhuǎn)化率？8．什么是收率？9．什么是選擇性？10．什么是化學(xué)反應(yīng)速率（均相反應(yīng)）？11．什么是空時？12．什么是空速？13．什么是質(zhì)量作用定律？14．什么是冪數(shù)型反應(yīng)速率方程式？15．什么是反應(yīng)級數(shù)？16．什么是阿侖尼烏斯方程？17．在兩個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器（空時不相等）中進(jìn)行均相等溫零級與一級反應(yīng)，問如何串聯(lián)可獲得最高的轉(zhuǎn)化率？18．液相復(fù)合反應(yīng),若為使目的產(chǎn)物P的選擇性高，應(yīng)選擇：（1）若采用間歇反應(yīng)釜，其加料方式為？（2）若采用管式反應(yīng)器，其進(jìn)料方式為？(3)若E1>E2，則反應(yīng)溫度應(yīng)盡可能采用高溫或低溫？19．為什么說對于反應(yīng)級數(shù)大于零的不可逆反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，消除內(nèi)擴(kuò)散影響所要求的粒度越小；反應(yīng)物濃度越高，消除內(nèi)擴(kuò)散影響所要求的粒度越?。?0．廠里閑置著兩臺反應(yīng)釜，反應(yīng)體積分別為5m3和3m3?，F(xiàn)欲用來生產(chǎn)乙酸乙酯，由于乙醇大大過量，該反應(yīng)對乙酸為二級反應(yīng)，現(xiàn)要求乙酸乙酯的產(chǎn)量盡可能大，你認(rèn)為應(yīng)采用什么樣的連接方式？為什么？四、計算題1．在一反應(yīng)器入口輸入理想脈沖示蹤物后，不同時間檢測出口示蹤物的濃度C，結(jié)果如下所示：時間，min05101520253035CA，mol/L0411105420現(xiàn)有某液相反應(yīng)物A在該反應(yīng)器中進(jìn)行分解反應(yīng)，速率方程為：,k=0.30min-1，用多級混合流模型預(yù)測時，該反應(yīng)器的出口轉(zhuǎn)化率為多少？2．液體反應(yīng)物A(CA0＝1mol/L)通過兩個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器發(fā)生某不可逆反應(yīng)，第一個反應(yīng)器出口的濃度為0.5mol/L，兩個反應(yīng)器的體積比V2/V1=2，反應(yīng)級數(shù)為二級：2mol/(L.min)求第二個反應(yīng)器出口的濃度。3．反應(yīng)物A反應(yīng)首先生成R(k1=5hr-1)，R進(jìn)一步反應(yīng)生成S(k2=3hr-1)和T(k3=1hr-1)。如果濃度為1.0mol/L的純A在一個全混流反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，求R濃度達(dá)到最大值的空時及R的最大濃度。4．某氣相一級不可逆反應(yīng)：在等溫，等壓條件下在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，原料中含A75％（mol），10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)。5．某一級液相反應(yīng)在一只全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率為90％，如果再串連一只同樣的全混流反應(yīng)器，使轉(zhuǎn)化率仍維持在90％，試問處理量增加多少？6．純組分A發(fā)生下述平行反應(yīng)，A的起始濃度為2mol/L,反應(yīng)在恒溫的條件下進(jìn)行，試確定在全混流反應(yīng)器中目的產(chǎn)物S所能達(dá)到的最大濃度。7．某速率常數(shù)為0.15min-1的一級不可逆反應(yīng)在一非理想反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，示蹤結(jié)果表明，和分別為12min和0.22。求用多級混合流模型預(yù)測的轉(zhuǎn)化率。8．CA0=100mmol/liter的反應(yīng)物A在一個2m3的平推流反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)料的體積流率為100liter/min。反應(yīng)的計量方程和速率方程為求反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和在該反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)所能達(dá)到的實際轉(zhuǎn)化率。9．在一反應(yīng)體積為3m3的連續(xù)釜式反應(yīng)器中等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)：rP及rQ分別為產(chǎn)物P及Q的生成速率，P為目的產(chǎn)物。反應(yīng)用的原料為A及B的混合液，其中CA0＝2kmol/m3，每小時處理混合液6m3。求：反應(yīng)器出口A、P、Q的濃度，P的收率及總選擇性。10．如下反應(yīng)：A+B→R＋P其反應(yīng)機理步驟如下：A+AB+BA＋BR+P（*）RR+PP+試由L-H機理推導(dǎo)步驟（*）為速度控制步驟時的反應(yīng)速率方程式。

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程綜合復(fù)習(xí)資料參考答案一、單選題題目12345678910答案DABBCACCAB題目11121314151617181920答案BCBBBBBBAD二、填空題1．答案：528942．答案：0.7073．答案：14．答案：0.9855．答案：9.976．答案：0.997．答案：1.725（mol/atm3.L.s）8．答案：2.2h9．答案：1.82m3/h10．答案：1，0.016min-111．答案：99.5%12．答案：3.46×105J(/mol)13．答案：m3/(mol.h)14．答案：1：2：215．答案：1016．答案：xA1<xA217．答案：串聯(lián)的全混區(qū)的個數(shù)N，Pe＝18．答案：平推流，全混流19．答案：平均停留時間，方差t220．答案：N，EZ/uL（或Pe）三、問答題1．答案:（1）選A.活性組分均勻分布型。因為內(nèi)擴(kuò)散阻力可忽略不計，說明內(nèi)擴(kuò)散速率很快，反應(yīng)物料很容易沿著孔道向內(nèi)擴(kuò)散。本征反應(yīng)速率較慢，屬于動力學(xué)控制，因此選活性組分均勻分布型為好。（2）選B.活性組分分布于表面的“蛋殼”型。對有內(nèi)擴(kuò)散阻力的串聯(lián)基元反應(yīng)A→R→S，因為目的產(chǎn)物R是中間產(chǎn)物，內(nèi)擴(kuò)散阻力的存在對R向外擴(kuò)散不利，易造成R→S的反應(yīng)，因此選用活性組分分布于表面的“蛋殼”型較好。2．答案：（1）反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑的外表面（外擴(kuò)散過程）；（2）反應(yīng)物進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)去（內(nèi)擴(kuò)散過程）；（3）反應(yīng)物在催化劑的表面上被吸附（吸附過程）；（4）被吸附的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成吸附態(tài)的生成物（表面反應(yīng)過程）；（5）生成物從催化劑表面上脫附下來（脫附過程）；（6）脫附下來的生成物分子從微孔內(nèi)向外擴(kuò)散到催化劑外表面處（內(nèi)擴(kuò)散過程）；（7）生成物分子從催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流中被帶走（外擴(kuò)散過程）。3．答案：⑴雖然各段進(jìn)口溫度相等，在催化劑量相同的情況下，凈轉(zhuǎn)化率也按1至4段的順序遞減，第一段最大，第二段次之，第三段再次之，第四段最小。⑵因第一段反應(yīng)量大于第二段反應(yīng)量，所以1-2段間要取出的熱量比2-3段間要取出的熱量大，因而1-2段間需要的冷激量也大于2-3段間需要的冷激劑量。4．答案：對動力學(xué)控制的氣液反應(yīng)，屬于極慢反應(yīng)，應(yīng)選用鼓泡塔；對液膜擴(kuò)散阻力控制的氣液反應(yīng)，屬于快速、中速反應(yīng)，應(yīng)選用機械攪拌釜、板式塔；對氣膜阻力控制的氣液反應(yīng)，屬于瞬間不可逆反應(yīng)，反應(yīng)面在相界面上，應(yīng)選用噴霧塔。5．答案:(1)絕熱床內(nèi)的溫度是呈線性上升的，出口處溫度最高，床層內(nèi)任一點溫度不可能高于出口溫度，故780℃是不可能的。（2）出口處A的轉(zhuǎn)化率為(0.08-0.016)×100%/0.08=80%，床層內(nèi)任一點處轉(zhuǎn)化率不可能高于80%，故轉(zhuǎn)化率為90%是不可能的。6．答案：對于間歇系統(tǒng)中的某反應(yīng)，若反應(yīng)混合物中某組分的起始物質(zhì)的量為ni0，反應(yīng)后該組分的物質(zhì)的量為ni，則定義反應(yīng)程度為7．答案：指某反應(yīng)中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的百分率或分率，即反應(yīng)掉的物質(zhì)的量與反應(yīng)開始時物質(zhì)的量之比。對于反應(yīng)物A，轉(zhuǎn)化率為8．答案：對于某化學(xué)反應(yīng)，目的產(chǎn)物的收率為9．答案：10．答案：對于均相反應(yīng)，常用單位時間內(nèi)、單位反應(yīng)混合物體積中反應(yīng)物的消耗量或產(chǎn)物的生成量來表示反應(yīng)速率。11．答案：特定條件下處理一個反應(yīng)器體積的物料所需的時間。12．答案：單位時間內(nèi)，某反應(yīng)器所能處理的反應(yīng)物料的體積相當(dāng)于該反應(yīng)器體積的倍數(shù)，即空時的倒數(shù)。13．答案：對于基元反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程中各組分的反應(yīng)級數(shù)與計量方程中該組分的計量系數(shù)一一對應(yīng)，即質(zhì)量作用定律。例如，對于基元不可逆反應(yīng)2A+B→R，其速率方程為-rA=kCA2CB。14．答案：形如-rA=kCA2，-rA=kCA2CB或-rA=k1CA2CB-k2CR類型的反應(yīng)速率方程式。15．答案：對于冪數(shù)型反應(yīng)速率方程式，各反應(yīng)物濃度的冪次即稱為對該反應(yīng)物的反應(yīng)級數(shù)，例如-rA=kCA2CB，說明該反應(yīng)對A為二級，對B為一級。而各冪次的代數(shù)和即為總反應(yīng)級數(shù)，例如-rA=kCA2CB的總反應(yīng)級數(shù)為三級。但要注意，反應(yīng)級數(shù)需要通過實驗測定，不一定是正整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)、小數(shù)甚至負(fù)數(shù)。16．答案：反應(yīng)速率方程中，反應(yīng)速度常數(shù)k與溫度關(guān)系的定量描述式，一般為k=k0exp(-E/RT)。17．答案：對于零級與一級反應(yīng)，XAf與串聯(lián)順序無關(guān)。18．答案：為使目的產(chǎn)物P的選擇性高，應(yīng)選擇：若采用間歇反應(yīng)釜，其加料方式為將A一次性加入，B連續(xù)滴加；若采用管式反應(yīng)器，其進(jìn)料方式為將A從反應(yīng)器進(jìn)口處加入，B沿管長多處加入；