《化学反应工程》试题
一、填空题
1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 3. 着眼组分A转化率xA的定义式为 xA=(nA0-nA)/nA0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。
5. 反应速率-rA=kCACB的单位为kmol/m·h，速率常数k的因次为 m/kmol·h 。 6. 反应速率-rA=kCA的单位为kmol/kg·h，速率常数k的因次为 m/kg·h 。 7. 反应速率?rA?kCA的单位为mol/L·s，速率常数k的因次为 (mol)·L
1/2
3
3
3
1/2-1/2
·s 。
8. 反应速率常数k与温度T的关系为lgk??10000?10.2，其活化能为 mol 。 T3
9. 某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的10倍，则600K时的反应速率常数k时是400K时的 10 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） mol 。 11. 非等分子反应2SO2+O2==2SO3的膨胀因子?SO2等于 。 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) ，转化率为 1-(1-xA) 。
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
n
n
5
nxA1?xA，转化率为。
1?(n?1)xA1?(n?1)xA16. 反应活化能E越 大 ，反应速率对温度越敏感。
17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。
18. 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) 。 19. 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) 。 20. 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 。 21. 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 。 22. 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 。 23. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 24. 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 25. 空时的定义为 反应器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. 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。 36. 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。 37. 要提高串联反应中间产物P收率，优先选择 平推流 反应器。 38. 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。 39. 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?244. 方差?t表示停留时间分布的 分散程度 ；其数学表达式为?t?(t?t)E(t)dt。
?2?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) 。
2222247. 无因次方差??与方差?t的关系为????t/t。
48. 平推流反应器的??= 0 ；而全混流反应器的??= 1 。 49. 两种理想流动方式为 平推流 和 全混流 。 50. 非理想流动??的数值范围是 0~1 。
22251. 循环操作平推流反应器循环比越 大 返混越大。
52. 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。 53. 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 。 54. 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。 55. 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。 56. 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 。 57. 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??= 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?ete?tt?tt2。
61. 平推流的E(t)=0 当t?t、=∞当t?t ；F(t)= 0 当t?t、=1当t?t。 62. 轴向分散模型中，Pe准数越 小 返混越大。
63. 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 。 64. 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。 65. 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 。 66. 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。 67. 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 。 68. 化学吸附的吸附选择性要 高于 物理吸附的吸附选择性。 69. 化学吸附的吸附热要 大于 物理吸附的吸附热。
70. 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。 71. 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。 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。
90. 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/m，计算当CB =20 3
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=
由CA0- CA =( CB0- CB )/2得到：CA =20 kmol/m=60 kmol/m
3
3
xA=( CA0- CA )/ CA0=
2.
在恒压条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m，计算当CB = 20 3
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=
n=n0(1+ yB0δB xB) = n0 xB)
在恒压条件下：V=V0 n/n0= V0
CB =nB/V= nB0(1- xB)/[V0]= CB0(1- xB)/ xB=8/9
nA0- nA =( nB0- nB )/2
xA=( nA0- nA )/ nA0=( nB0- nB )/(2 nA0)= ( nB0- nB )/(2 nB0)= 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=L，CB0= mol/L，
CR0=CS0=0，在间歇反应器中恒容操作一定时间后，得到CA=L，CR= 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= mol/L
CB = CB0- CR-CS= 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至所
需的时间与转化率由至所需时间之比。
解：在间歇反应器中： t?CxA2A0dxA ??rAxA10级反应：t?CxA2A0xA1?t0.9?0dxA?10 ?kCA0(xA2?xA1)，0~0.9?t0.9~0.990.99?0.9k1级反应：t?C?0ln11dxA11?xA1，t0~0.9?0.9??0.5 ?lnA0?1?0.9t0.9~0.99ln1?0.99kCA0(1?xA)k1?xA2xA1xA22级反应：t?C5.
xA2A0xA1?dxA1?11?，t0~0.9?????22?tkCA0(1?xA)kCA0?1?x1?x0.9~0.99A2A2??11?0.911?0.991?1?0?0.1 1?1?0.9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??n1dnA?kA，试推导：
VdtV（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）
n(1?xA)nA0dxA ?kA0VdtV（2）δA=(2-1)/1=1 yA0= n=n0(1+ yA0δA xA) = n0(1+ xA)
xA=2n/n0-2=2P/P0-2
6.
?rA?0.01CAmol/(L?s)当在间歇反应器中进行等温二级反应A==B，反应速率：
2CA0分别为1、5、10mol/L时，分别计算反应至CA=L所需的时间。
解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视为：?当CA0=1mol/L时，t=9900s 当CA0=5mol/L时，t=9950s 当CA0=10mol/L时，t=9990s 7.
解：k?k0eE?RTdCA2 ?0.01CAdt试画出反应速率常数k与温度T的关系示意图。
lnk lnk与1/T作图为一直线 8.
?某气相恒容反应在400K1/时的速率式为：T dpA2?0.37pAMPa/h，（1）试问反应dt速率常数的单位是什么？（2）若速率式写成?rA??dnA23
?kCA kmol/(m·h)，试问此反应的速率常Vdt