《化学反应工程》试题
一、填空题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反.
物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 着眼组分A转化率xA的定义式为 xA=(nA0-nA)/nA0 。 总反应级数不可能大于 3 。
反应速率-rA=kCACB的单位为kmol/(m3·h)，速率常数k的因次为 m3/(kmol·h ) 。 反应速率-rA=kCA的单位为kmol/kg·h，速率常数k的因次为 m3/kg·h 。 反应速率?rA?kCA的单位为mol/L·s，速率常数k的因次为 (mol)1/2·L-1/2·s 。 反应速率常数k与温度T的关系为lnk??1/210000?10.2，其活化能为 83.14kJ/mol 。 T9. 某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍，则600K时的反应速率常数k时是400K时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。
11. 非等分子反应2SO2+O2==2SO3的膨胀因子?SO2等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH3的膨胀因子?H2等于 –2/3 。 13. 反应N2+3H2==2NH3中（?rN2）= 1/3 （?rH2）= 1/2 rNH3
14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为CA0，转化率为xA，当反应器体积增大到n倍时，反应物A的出口浓度为 CA0(1-xA)n ，转化率为 1-(1-xA)n 。
15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为CA0，转化率为xA，当反应器体积增大到n倍时，反应物A的出口浓度为16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.
nxA1?xA，转化率为。
1?(n?1)xA1?(n?1)xA反应活化能E越 大 ，反应速率对温度越敏感。
对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。
某平行反应主副产物分别为P和S，选择性SP的定义为 (nP-nP0)/ (nS-nS0) 。
某反应目的产物和着眼组分分别为P和A其收率ΦP的定义为 (nP-nP0)/ (nA0-nA) 。 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率 。 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 对于连续操作系统，定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 空时的定义为 反应器有效体积与进口体积流量之比 。
26. 针对着眼组分A的全混流反应器的设计方程为
xV?A。 FA0?rA27. 不考虑辅助时间，对反应级数大于0的反应，分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 28. 反应级数>0时，多个全混流反应器串联的反应效果 优于全混流反应器。 29. 反应级数<0时，多个全混流反应器串联的反应效果 差于 全混流反应器。 30. 反应级数>0时，平推流反应器的反应效果 优于 全混流反应器。 31. 反应级数<0时，平推流反应器的反应效果差于 全混流反应器。
32. 对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为 全混流＞多级串联全混流＞平推流 ；
33. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为 全混流 + 平推流 。 34. 相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度 高于 最优温度。
35. 36. 37. 38. 39. 主反应级数大于副反应级数的平行反应，优先选择 平推流 反应器。 主反应级数小于副反应级数的平行反应，优先选择 全混流 反应器。 要提高串联反应中间产物P收率，优先选择 平推流 反应器。 主反应级活化能小于副反应活化能的平行反应，宜采用 低 温操作。 主反应级活化能大于副反应活化能的平行反应，宜采用 高 温操作。
?40. 停留时间分布密度函数的归一化性质的数学表达式E(t)dt?1.0。
0?41. 定常态连续流动系统，F(0)= 0 ；F(∞)= 1 。
t42. 定常态连续流动系统，F(t)与E(t)的关系F(t)??E(t)dt。
0?43. 平均停留时间t是E(t)曲线的 分布中心 ；与E(t)的关系为t?tE(t)dt。
0??44. 方差?表示停留时间分布的 分散程度 ；其数学表达式为??(t?t)E(t)dt。
2t2t?0245. 采用无因次化停留时间后，E(θ)与E(t) 的关系为E(?)?tE(t)。 46. 采用无因次化停留时间后，F(θ)与F(t) 的关系为 F(θ)=F(t) 。
247. 无因次方差??2与方差?t2的关系为????t2/t2。
48. 平推流反应器的??2= 0 ；而全混流反应器的??2= 1 。 49. 两种理想流动方式为 平推流 和 全混流 。 50. 非理想流动??2的数值范围是 0~1 。 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57.
循环操作平推流反应器循环比越 大 返混越大。
循环操作平推流反应器当循环比β= 0 时为平推流；当β= ∞ 时为全混流。 停留时间分布实验测定中，常用的示踪方法为 脉冲示踪 和 阶跃示踪 。 脉冲示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 E(t) 曲线。 阶跃示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 F(t) 曲线。
采用脉冲示踪法测得的浓度CA(t)与E(t)的关系式为 E(t)= CA(t)/C0 。 采用阶跃示踪法测得的浓度CA(t)与F(t)的关系式为 F(t)= CA(t)/ CA0 。
58. N个等体积全混釜串联的停留时间分布的无因次方差??2= 1/N 。 59. 多级全混釜串联模型当釜数N= 1 为全混流，当N= ∞ 为平推流。 60. 全混流的E(t)=1；F(t)=1?ete61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71.
?tt?tt。
平推流的E(t)=0 当t?t、=∞当t?t ；F(t)= 0 当t?t、=1当t?t。 轴向分散模型中，Pe准数越 小 返混越大。
轴向分散模型中Peclet准数的物理意义是 代表了流动过程轴向返混程度的大小 。 对于管式反应器，流速越 大 越接近平推流；管子越 长 越接近平推流。 为使管式反应器接近平推流可采取的方法有 提高流速 和 增大长径比 。 对于 平推流 反应器，宏观流体与微观流体具有相同的反应结果。
工业催化剂所必备的三个主要条件：选择性高 、活性好 和 寿命长 。 化学吸附的吸附选择性要 高于 物理吸附的吸附选择性。 化学吸附的吸附热要 大于 物理吸附的吸附热。
化学吸附常为 单 分子层吸附，而物理吸附常为 多 分子层吸附。 操作温度越高物理吸附 越弱 ，化学吸附 越强 ；
72. 在气固相催化反应中动力学控制包括 表面吸附 、 表面反应 和 表面脱附 。 73. 气固相催化反应本征动力学指消除 内外扩散对反应速率的 影响测得的动力学。 74. 气固相催化反应的本征动力学与宏观动力学的主要区别是 前者无内外扩散的影响。
75. 在气固相催化反应中测定本征动力学可以通过提高气体流速 消除外扩散、通过 减小催化剂颗粒粒度 消除内扩散。
76. 固体颗粒中气体扩散方式主要有 分子扩散 和 努森扩散 。
77. 固体颗粒中当孔径 较大时 以分子扩散为主，而当孔径 较小时 以努森扩散为主。 78. 气固相催化串联反应，内扩散的存在会使中间产物的选择性 下降 。
79. 气固相催化平行反应，内扩散的存在会使高级数反应产物的选择性 下降 。 80. Thiele模数的物理意义 反映了表面反应速率与内扩散速率之比 。
81. 催化剂的有效系数为催化剂粒子实际反应速率/催化剂内部浓度和温度与外表面上的相等时的反应速率。 82. 催化剂粒径越大，其Thiele模数越 大 ，有效系数越 小 ； 83. 气固相非催化反应缩核模型中气相反应物A的反应历程主要有三步，分别是 气膜扩散 、 灰层扩散 和 表面反应 。
84. 自热式反应是指 利用反应自身放出的热量预热反应进料 。
85. 固定床反应器的主要难点是 反应器的传热和控温问题 。
86. 多段绝热固定床的主要控温手段有 段间换热 、原料气冷激 和 惰性物料冷激 。 87. 固定床控制温度的主要目的是 使操作温度尽可能接近最优温度线 。
88. 固体颗粒常用的密度有堆密度、颗粒密度和真密度，三者的关系是 真密度＞颗粒密度＞堆密度。你们
89. 对于体积为VP外表面积为aP的颗粒其体积当量直径为36VP/?、面积当量直径为 aP/?、比表面当量直径为6aP/VP。
固定床最优分段的两个必要条件是前一段出口反应速率与下一段进口相等和每一段的操作温度线跨越最优温度线。 二、计算分析题
1. 在恒容条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB =20 kmol/m3时，计算反应转化率xA、xB及各组分的浓度。
解：在恒容条件下：xB=( CB0- CB )/ CB0=0.8
由CA0- CA =( CB0- CB )/2得到：CA =60 kmol/m3
xA=( CA0- CA )/ CA0=0.4
2. 在恒压条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB = 20 kmol/m3时，反应转化率xA、xB及各组分的浓度。
解：δB=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5
n=n0(1+ yB0δB xB) = n0(1-0.5 xB)
在恒压条件下：V=V0 n/n0= V0(1-0.5xB)
CB =nB/V= nB0(1- xB)/[V0(1-0.5xB)]= CB0(1- xB)/ (1-0.5xB) xB=8/9
nA0- nA =( nB0- nB )/2
xA=( nA0- nA )/ nA0=( nB0- nB )/(2 nA0)= ( nB0- nB )/(2 nB0)=0.5 xB=4/9
3. 串联-平行反应A+B==R，A+R==S，原料中各组分的浓度为CA0=2.0mol/L，CB0=4.0 mol/L，CR0=CS0=0，在间歇反应器中恒容操作一定时间后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5 mol/L，计算此时组分B和S的浓度。 解：在恒容条件下：ΔCA1= CB0-CB；ΔCA2= CS ；CR= (CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2
得到：CS=( CA0-CA- CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol/L
CB = CB0- CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4 mol/L
4. 在间歇反应器中进行等温2级、1级、0级均相反应，分别求出转化率由0至0.9所需的时间与转化率由0.9至0.99所需时间之比。
解：在间歇反应器中： t?CA0xA2xA1?dxA ?rA0级反应：t?CxA2A0xA1?tdxA0.9?0?10 ?kCA0(xA2?xA1)，0~0.9?t0.9~0.990.99?0.9k?0ln1dxA11?xA1，t0~0.9?0.9?ln?1?1 1?0.9kCA0(1?xA)k1?xA2t0.9~0.99ln1?0.991级反应：t?CxA2A0xA1?2级反应：t?CxA2A0xA1?dxA1?11?，t0~0.9?????22?tkCA0(1?xA)kCA0?1?xA21?xA2?0.9~0.99?11?0.911?0.991?1?0?0.1 1?1?0.95. 在等温恒容条件下进行下列气相反应：A→2R其反应速率方程为?rA??（1） 以A组分转化率xA表示的反应速率方程； （2） 以总压P表示的速率方程。
假定原料组分为50%A和50%惰性气体，气体为理想气体。 解：（1）
n1dnA?kA，试推导：
VdtVn(1?xA)nA0dxA ?kA0VdtVdxA?k(1?xA) dt（2）δA=(2-1)/1=1 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0δA xA) = n0(1+0.5 xA)
xA=2n/n0-2=2P/P0-2
dP?k(1.5P0?P) dt6. 在间歇反应器中进行等温二级反应A==B，反应速率：?rA?0.01CAmol/(L?s)当CA0分别为1、5、10mol/L时，分别计算反应至CA=0.01mol/L所需的时间。 解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视为：?2dCA2 ?0.01CAdtt?100?1CA?C1 A0?当CA0=1mol/L时，t=9900s
当CA0=5mol/L时，t=9950s 当CA0=10mol/L时，t=9990s
7. 试画出反应速率常数k与温度T的关系示意图。 解：k?k0eE?RT
lnk E1lnk?lnk0??
RTlnk与1/T作图为一直线
1/T 8. 某气相恒容反应在400K时的速率式为：?dpA2?0.37pAMPa/h，（1）试问反应速率常数的单位是什么？（2）若dt速率式写成?rA??dnA2?kCA kmol/(m3·h)，试问此反应的速率常数为多少？ Vdt解：（1）反应速率常数的单位：(h·MPa)-1 （2）
dPdnnA1?103?CA?103?PA?106 A?10?3RTA PA?10?3RTCA VRTdtVdtdn2 ?A?0.37?10?3RTCAVdt