1、化学反应工程课程综合复习资料化学反应工程课程综合复习资料一、填空题：1. 在一个完整的气固相催化反应的七大步骤中，属于本征动力学范畴的三步为 、 和 。2. 多级混合模型的唯一模型参数为 ，轴向扩散模型的唯一模型参数为 。3. 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 ；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是 。4. 工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 、 和 。5. 在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速率方程式的两种最主要的方法为 和 。6. 反应级数 （可能/不可能）是0，基元反应的分子数 （可能/不可能）是0。7. 完全混合反应器（全混流反应
2、器）内物料的温度和浓度 ，并且 （大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。8. 对于一个在全混流反应器里进行的放热反应，一般可以出现三个定常态操作点M1、M2、M3，如下图所示，其中M1和M3这两点我们称之为 的定常态操作点，M2则称为 的定常态操作点。实际操作时，我们一般选择M1、M2、M3中哪一个操作点？ 9. 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 和阶跃示踪。二、选择题：1. 对于瞬时收率和总收率，下列正确的说法有 （多项选择）。A. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；B. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；C. 对于平推流反应器
3、，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；D. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系。2. 某反应速率常数的单位为m3/(mol.hr)，该反应为 级反应。A. 零级；B. 一级；C. 二级；D. 不能确定。 3. 对于平行反应，活化能E1 E2，反应级数n1 E2，反应级数n1n2，如果目的产物是R的话，我们应该在 B 条件下操作。A. 高温、反应物A高浓度； B. 高温、反应物A低浓度；C. 低温、反应物A高浓度； D. 低温、反应物A低浓度4. 关于E函数和F函数，下面正确的是 BCD 。（多项选择）A. ；B. ；C. ；D. 5. 是 B A. 平推流的E函数；B.
4、全混流的E函数；C. 平推流串联全混流的E函数；D. 全混流串联平推流的E函数6. 多级混合流模型和轴向分散模型是两种预测非理想流动对反应转化率影响的数学模型，关于这两种模型，下列观点正确的是 D 。A. 轴向分散模型适用于返混程度在零到无穷大的任何的情况；B. 在返混程度较小时，多级混合流模型的模拟结果更接近实际；C. 两者不能共用同一套示踪实验数据D. 两种模型可用同一套示踪实验数据； 7. 对于反应，目的产物是R，下述反应器中最适宜的是 AA. 平推流反应器；B. 全混流反应器；C. 两个串连在一起的等体积全混流反应器；D. 平推流与全混流串联在一起的反应器8. 关于理想反应器，下列描述
5、不正确的是 AD （多项选择）A. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是一样的，都是反应器内温度和组成处处相同；B. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的，虽然都是反应器内温度和组成处处相同，但前者随着时间的变化温度和组成可能都发生变化，而后者则不随时间变化；C. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大D. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为无穷大，后者为零； 9. 恒温恒压的气相变容反应，原料中混入了一定量的Ar气（与N2和H2的转化率为零时的初始总摩尔数比为1/2，N2与H2的比例为计量比），则膨胀率为 B。A
6、. -0.5； B. -1/3； C. -1/6； D. -5/610. 宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式，流体的凝集态不同，对反应结果一般有明显的影响，但对于 A 是例外。A. 一级不可逆反应；B. 零级不可逆反应；C. 基元反应；D. 非基元反应11. 关于E函数和F函数，下面不正确的是 A 。A. ； B. ；C. ； D. 12. 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 C 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
7、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。13. 是 B A. 平推流的E函数； B. 全混流的E函数；C. 平推流串联全混流的E函数； D. 全混流串联平推流的E函数14. 对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断有 BC （多项选择）。A. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；B. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；C. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；D. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；15. 关于基元反应的认识，正确的是 B 。A. 分子数可以是任意
8、的整数；B. 基元反应的计量系数与对应物种的反应级数之间存在一一对应关系；C. 基元反应和意义是一样的；D. 基元反应的总反应级数可能是小数。16. 对于一个串联反应，目的产物是中间产物，下述反应器中最适宜的反应器是 B A. 全混流反应器；B. 平推流反应器；C. 两个串连在一起的等体积全混流反应器D. 平推流与全混流串联在一起的反应器17. 对于化学反应的认识，下面正确的是 BD A. 化学反应的转化率、目的产物的收率仅与化学反应本身和使用的催化剂有关系；B. 化学反应的转化率、目的产物的收率不仅与化学反应本身和使用的催化剂有关，而且还与反应器内流体的流动方式有关；C. 反应器仅仅是化学反
9、应进行的场所，与反应目的产物的选择性无关；D. 反应器的类型可能直接影响到一个化学反应的产物分布18. 恒温恒压的气相变容反应，原料中混入了一定量的Ar气（与N2和H2的转化率为零时的初始总摩尔数比为1/2，N2与H2的比例为计量比），则膨胀率为 B A. -0.5；B. -1/3；C. -1/6；D. -5/619. 关于指前因子和活化能描述正确的是 B A. 指前因子理论上与温度无关，活化能的取值永远都是正的，活化能大、温度低，反应速率对温度的变化更敏感；B. 指前因子理论上与温度有关，但与指数项相比其随温度的变化可以忽略，活化能的取值永远都是正的，活化能大、温度低，反应速率对温度的变化更
10、敏感；C. 指前因子理论上与温度有关，活化能的取值不可能永远都是正的，活化能小、温度高，反应速率对温度的变化更敏感；20. 多级混合流模型和轴向分散模型是两种预测非理想流动对反应转化率影响的数学模型，关于这两种模型，下列观点正确的是 C 。A. 轴向分散模型适用于返混程度在零到无穷大的任何的情况；B. 在返混程度较小时，多级混合流模型的模拟结果更接近实际；C. 两种模型可用同一套示踪实验数据；D. 两者不能共用同一套示踪实验数据三、计算题 ：1. 在一反应器入口输入理想脉冲示踪物后，不同时间检测出口示踪物的浓度C，结果如下所示：时间，min05101520253035CA，mol/L04111
11、05420现有某液相反应物A在该反应器中进行分解反应，速率方程为： , k = 0.30 min-1， 若用多级混合流模型预测时，该反应器的出口转化率为多少？解：根据脉冲示踪数据可得：15 min= 45.83 min2 0.204故：则：2. 液体反应物A (CA01mol/L) 通过两个串联的全混流反应器发生某不可逆反应，第一个反应器出口的浓度为0.5 mol/L，两个反应器的体积比V2/V1 = 2，反应级数为2，已知反应速度方程为：2 mol/(L.min)求第二个反应器出口的浓度。解：全混流反应器的设计方程：得：所以：同理：由： 得：故：解得： CA20.25 mol/L3. 某液相
12、不可逆反应AR在一理想的间歇式反应器中进行，实验测得反应物A的浓度CA在不同反应时间的数据如下：时间，min0246810CA，mol/L10.910.820.740.670.61请用积分法确定该反应的速率方程。解：假设为一级反应，则应满足： 根据已知数据知CA0为1mol/L，计算得如下数据： 时间t（min): 0 2 4 6 8 10 ： 0 0.09 0.20 0.30 0.40 0.49 作图：得到一条直线，故一级反应的假设正确。又根据k = 斜率 0.05 min-1，得速率方程为： mol/(L.min)4. 用一个2升的全混流反应器来确定某反应的动力学方程，A的液相溶液分别以不
13、同的流率和不同的初始浓度加入反应器，并测定A的出口浓度，得到如下表所示的数据：v0L / minCA0mmol / LCAmmol / L0.449.1418.340.564.4023.601103.2041.142153.2068.102180.8075.72假设反应速率只与A有关，求反应速率方程式。如需作图，请使用下面的图面。解：根据全混流反应器的设计方程：得：由已知数据可得下表：，minlnCAln(-rA)2.512.322.912.51220.403.163.02162.043.724.130.5170.24.225.140.5210.164.335.35假设 rA = kCAn,
14、得：ln(-rA) = lnk + nlnCA以ln(-rA) 对lnCA 做图，得一直线。由截距 lnk = -3.3，得：k = 0.037 L/(mmol.min);另外，斜率 n = 2。故速率方程为： rA = 0.037CA2 mmol/(L.min)5. 某一级液相反应在一个全混流反应器中进行，转化率为90，如果再串联一个同样的全混流反应器，使转化率仍维持在90，试问处理量增加多少？ 解： 当反应在一个全混流反应器内进行时，根据全混流反应器的设计方程，有： .(1 )当两个等体积全混流反应器串联时，转化率不变，则有： .(2 )根据式（1），得 = 9；根据式（2），得 4.32
15、。其中，1为第一个全混流反应器单独操作时的空时，1 = V/v01 ；为串联后两个反应器的总空时， = 2V/v0 。则两种情况下，处理量之比。即处理量为原来的4.17倍，增加了3.17倍。6. 某速率常数为0.37 min-1的一级不可逆反应在一非理想反应器内进行反应，示踪结果表明，和分别为17 min和0.25。求用多级混合流模型预测的转化率。解：根据多级混合流模型无因次方差与N之间的关系，有： = 4 根据一级不可逆反应多级混合流模型转化率的表达式，有：7. 纯组分A发生下述平行反应， A的起始浓度为2mol/L, 反应在恒温的条件下进行，试确定在全混流反应器中目的产物S所能达到的最大浓度。解：S的瞬时收率： 对于全混流反应器： 故：令 ,得：解得：CA1mol/L故： mol/L四、推导题：假设含反应物A的新鲜原料进入体积为V的全混流反应器进行反应，其组成为CA0，空时为，出口转化率为XA，出口处的反应速率为 -rA，请推导全混流反应器的设计方程。解：首先针对反应器列出物料平衡方程：入方 出方 反应消失的量 累积量全混流反应器为连续稳定流动式反应器，累积量为0，反应器中的浓度及反应速率均与出口处相同，其中：入方为：FA0出方为：FAFA0（1XA），反应消失的量为：(rA)VCA0，FA0v0则得：即：或者，
