化学反应工程复习总结
1
一、知识点
2
1.化学反应工程的研究对象与目的，研究内容。
3
化学反应工程的优化的技术指标。
4
2.化学反应动力学
5
转化率、收率与选择性的概念。
6
反应速率的温度效应和活化能的意义。
7
反应速率的浓度效应和级数的意义。
8
3.理想反应器与典型反应特征
9
理想反应器的含义。
10
等温间歇反应器的基本方程。
11
简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。
12
可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。
13
4.理想管式反应器
14
管式平推流反应器的基本方程
15
典型反应的计算。
16
停留时间、空时和空速的概念。
17
膨胀因子和膨胀率的概念。
18
5.连续流动釜式反应器
19
全混流模型的意义。
20
全混流反应器的基本方程
21
全混流反应器的计算。
22
循环反应器的特征与计算方法。
23
返混的概念、起因、返混造成的后果。
24
返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。
25
6.停留时间分布与非理想流动
26
停留时间分布的意义，停留时间分布的测定方法。
27
活塞流和全混流停留时间分布表达式，固相反应的计算方法。
28
多釜串联模型的基本思想，模型参数
29
微观混合对反应结果的影响。
30
7.反应器选型与操作方式
31
简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。32
平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。
33
反应器的操作方式、加料方式。
34
8．气固催化反应中的传递现象
35
催化剂外部传递过程分析，极限反应速率与极限传递速率。
36
Da和外部效率因子的定义及相互关系。流速对外部传递过程的影响。
37
催化剂内部传递过程分析，Φ和内部效率因子的定义及相互关系。
38
扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。
39
一级反应内外效率因子的计算。
40
内外传递阻力的消除方法。
41
9.热量传递与反应器热稳定性
42
定态、热稳定性、临界着火温度、临界熄火温度的概念。
43
催化剂颗粒热稳定性条件和多态特性。
44
全混流反应器、管式固定床反应器热稳定条件。
45
最大允许温差。
46
绝热式反应器中可逆放热反应的最优温度分布。
47
二、具体内容解析
48 一、 绪论
49 1．
研究对象是工业反应过程或工业反应器 50 研究目的是实现工业反应过程的优化
51 2． 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 52 3．
优化指标——技术指标：反应速率、选择性、能耗
53 掌握转化率、收率与选择性的概念
54
4． 工程思维方法 55
56 二、化学反应动力学
57 1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应
58 基本特征、分析判断
59 2. 化学反应速率的工程表示
60
工程问题
)
)((反应区反应时间反应量
反应速率＝
61
3. 工业反应动力学规律可表示为：
62 )()(T f C f r T i C i ?=
63 a) 浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程
64 度。
65 b) 温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程
66 度。
67 已知两个温度下的反应速率常数k ，可以按下式计算活化能E ：
68
69
E ——cal/mol ，j/mol T ——K
70
R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K
71
72 三、PFR 与CSTR 基本方程
73
1. 理想间歇：??-=--==Af A Af A x x A
A A c c A A R r dx c r dc v V t 00)()(00 74
2. 理想PFR ： ??-=--==
Af A Af A x x A
A A c c A A R p r dx c r dc v V 00)()(00τ 75
3. CSTR ：
)
()(00A A A A A A R p r x c r c c v V -=--==
τ 76
4. 图解法
77
四、简单反应的计算
78
n=1,0,2级反应特征
0(1)A A A c c x =-
79 浓度、转化率、反应时间关系式 80
PFR →CSTR ，CSTR ←PFR
81 基本关系式
PFR （间歇）
CSTR
82
00()Af A c R A
p c A
V dc v r τ
==--?
0()
A A
R m A c c V v r τ-=
=- 83
84
n=0
0A A p c x k τ=
0A A p c x k τ=
85
n=1
1
ln
1p A
k x τ=-
0A A
m A
c c kc τ-=
86 n=2
11
p A A k c c τ=-
02
A
A A m c c kc τ-=
87 0 x x
五、可逆反应 A P
88
89
)()(02121A A A P A A C C k C k C k C k r --=-=-
90
))((21Ae A C C k k -+= 91
)()(021A Ae A x x C k k -+=
92
93 94
95 温度效应： 96 浓度效应：
97
?=-0)(A r ]
)
1(ln[10201
2A A
eq x x k k R E E T --= 98 ])
x (x k k E E ln[R E E A A opt --=110201212 99
100 PFR 积分式
101 102 103
104
化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.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 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.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 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
第一章习题 1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。 2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么? 何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么? 答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B →C (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解
(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 ()3 -1-363111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T
一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A ) A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2) B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应 (2) C ．反应(1)的活化能小于反应(2) D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B ) A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0 3．对一平行—连串反应R A Q P A ?→??→??→?) 3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2
4?从反应器停留时间分布测定中 ，求得无因次方差「二 _ 0.98 ，反应器可视为 XXX 大学 化学反应工程 试题B （开）卷 （答案）2011 — 2012学年第一学 期 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1.反应器中等温进行着 A T P （1）和A T R （2）两个反应，当降低 A 的浓度后，发现反 应生成P 的量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明 （） A .反应（1）对A 的反应级数大于反应 （2） B .反应（1）对A 的反应级数小于反应 C .反应（1）的活化能小于反应 （2） D .反应（1）的反应速率常数大于反应 2 一为（） 2?四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值 A . 1.0 B. 0.25 C . 0.50 A （1） > A ⑶ > D . 0 P —-(2)， Q 3. 对一平行一连串反应 为了目的产物的收率最大， A .先高后低 B.先低后高 C .高温操作 4. 两个等体积的全混流反应器进行串联操作， 与第二釜的反应速率-広2之间的关系为（ A . -r Ai > -r A2 B . -r Ai 则最佳操作温度序列为（ ,P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 第一章 1.化学反应工程是一门研究 ( 化学反应个工程问题 ) 的科学。 2.所谓数学模型是指 ( 用数学方法表达各变量间的关系 ) 。 3.化学反应器的数学模型包括（动力学方程式、物料横算式子、热量衡算式、 动量衡算式和参数计算式） 4.所谓控制体积是指（能把反应速率视作定值的最大空间范围）。 5.模型参数随空间而变化的数学模型称为（分布参数模型）。 6.模型参数随时间而变化的数学模型称为（非定态模型）。 7.建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为( 累积量=输入量-输出量)。 第二章 1.均相反应是指 ( 在均一的液相或气相中进行的反应) 。 2.对于反应aA + bB→ pP + sS，则r P=( p/a )r A。 A 的量 / 反应开始的物料 A 的 3. 着眼反应物 A 的转化率的定义式为( 转化率 Xa=转化了的物料 量) 。 4.产物 P的收率ΦP与得率ХP和转化率 x A间的关系为 ( Xp/Xa ) 。 5.化学反应速率式为r A=k C C AαC Bβ，用浓度表示的速率常数为k C，假定符合理想气体状态方 程，如用压力表示的速率常数k P，则 k C=[ (RT)的a+B次方]k P。 6. 对反应 aA + bB→ pP + sS的膨胀因子的定义式为（P+S）-(A+B))/A。 7.膨胀率的物理意义为 ( 反应物 A 全部转化后系统的体积变化率 ) 。 8.活化能的大小直接反映了 ( 反应速率 ) 对温度变化的敏感程度。 9.反应级数的大小直接反映了 ( 反应速率 ) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应，生成主产物的反应称为( 主反应 ) ，其它的均为 ( 副反应 ) 。 11.平行反应A→ P、A→ S均为一级不可逆反应，若E1＞ E2，选择性S p与 (A 的浓度 ) 无关，仅是(A 的浓度 ) 的函数。 12.如果平行反应 A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若 E1＞ E2，提高选择性 S P应( 提到 温度 ) 。 13.一级连串反应 A → P→ S在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应 ( 降 低)k 2/k 1。 14.产物 P 的收率的定义式为 ( 生成的全部 P 的物质的量 / 反应掉的全部 A 的物质的量 ) 15.产物 P 的瞬时收率φP的定义式为 ( 生成的物质的量 / 反应的 A 的物质的量 ) 16.产物 P 的选择性 S P的定义式为 ( 单位时间内产物P 的物质的量 / 单位时间内生成产物 S 的物质的量 ) 17.由 A 和 B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B =α S S，速率方程为： r =－ dC /dt=kC C。 AA A b 求：（ 1）当 C A0/C B0=αA/ αB时的积分式 （2）当 C A0/C B0=λ≠αA/ αB时的积分式 18.反应 A → B 为 n 级不可逆反应。已知在 300K 时要使 A 的转化率达到 20%需，而在 340K 时达到同样的转化率仅需，求该反应的活化能E。 第三章 1.理想反应器是指 ( 理想混合反应器平推流反应器 ) 。 2.全混流反应器的空时τ是 ( 反应器容积 ) 与( 进料的体积流量 ) 之比。 3.全混流反应器的放热速率Q G={ (Hr ) Ft 0 y A0 x A}。 4.全混流反应器的移热速率Q r ={Ft 0 C pm (T1T2 ) } 5.全混流反应器的定常态操作点的判据为{ Q G Q r}。 6.全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{Q G Q r dQ r dQ G}。 dT dT 《化学反应工程》试题 XXX大学化学反应工程试题B（开）卷 （答案）2011—2012学年第一学期 一、单项选择题：（每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明(A ) A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2) B．反应(1) 对A的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2) D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值为( B ) A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0 3．对一平行—连串反应，P为目的产物，若活化能次序为：E2 第一章 1 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3 3. 化学反应器的数学模型包括（动力学方程式、物料横算式子、4 热量衡算式、动量衡算式和参数计算式） 5 4. 所谓控制体积是指（能把反应速率视作定值的最大空间范围）。6 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为（分布参数模型）。 7 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为（非定态模型）。 8 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出 9 量)。 10 第二章 11 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 12 2. 对于反应aA + bB → pP + sS，则r P =( p/a )r A 。 13 3.着眼反应物A的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A的量/反应开14 始的物料A的量)。 15 4. 产物P的收率Φ P 与得率Х P 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 16 17 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合 18 理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =[ (RT)的a+B次方]k P 。 19 6.对反应aA + bB → pP + sS的膨胀因子的定义式为（P+S）-(A+B))/A 。 20 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A全部转化后系统的体积变化率)。 21 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 22 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 23 10.对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应)。 24 11. 平行反应A → P、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2 ，选择性 25 S p 与 (A的浓度)无关，仅是 (A的浓度) 的函数。 26 12. 如果平行反应A → P、A → S均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2 ，提 27 高选择性S P 应(提到温度)。 28 13. 一级连串反应A → P → S在平推流反应器中，为提高目的产物P的收29 率，应(降低)k 2/k 1 。 30 14. 产物P的收率的定义式为 (生成的全部P的物质的量/反应掉的全部A 31 的物质的量) 32 15. 产物P的瞬时收率φ P 的定义式为(生成的物质的量/反应的A的物质的量) 33 16. 产物P的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P的物质的量/单位时 34 间内生成产物S的物质的量) 35 17. 由A和B进行均相二级不可逆反应α A A+α B B = α S S，速率方程为： 36 r A =－dC A /dt=kC A C b 。 37 求：（1）当C A0/C B0 =α A /α B 时的积分式 38 （2）当C A0/C B0 =λ≠α A /α B 时的积分式 39 化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料， 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m kmol C A =， 出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间 h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。 第一章 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3. 化学反应器的数学模型包括 （动力学方程式、 物料横算式子、 热量衡算式、 动量衡算式 和 参数计算式） 4. 所谓控制体积是指 （能把反应速率视作定值的最大空间范围）。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为 （ 分布参数模型）。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为 （非定态模型）。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出量)。 第二章 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a )r A 。 3.着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量)。 4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方 程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =[ (RT)的a+B 次方]k P 。 6.对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为 （P+S ）-(A+B))/A 。 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率)。 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应)。 11. 平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 (A 的浓度) 无关，仅是 (A 的浓度) 的函数。 12. 如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到 温度)。 13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应(降 低)k 2/k 1。 14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量) 15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为(生成的物质的量/反应的A 的物质的量) 16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S 的物质的量) 17. 由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S ，速率方程为： r A =－dC A /dt=kC A C b 。 求： （1）当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式 （2）当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式 18. 反应A → B 为n 级不可逆反应。已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需12.6min ，而在340K 时达到同样的转化率仅需3.20min ，求该反应的活化能E 。 第三章 1. 理想反应器是指(理想混合反应器 平推流反应器)。 2. 全混流反应器的空时τ是 (反应器容积) 与(进料的体积流量)之比。 3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ? }。 4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT > }。 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数 P K ，则C K =_______P K 。 3. 平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。 4.对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。 5.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 10.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。 11.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优 空时 = opt τ_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。 化学反应工程习题 第一部分：均相反应器基本理论 1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N 2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为 S R B A 2 121+=+的反应，其反应速率表达式为B A A C C r 5 .02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？ 3、某气相反应在400 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？ 4、在973 o K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化， 试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？ （1）对A 为一级、B 为零级反应； （2）对A 、B 皆为一级反应； （3）对A 、B 皆为零级反应。 6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S 已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3，C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行，且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。（1）试确定此反应的动力学方程；（2）计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间；（3）比较计算结果，你有什么体会？ 《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器 1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。 第一章习题 1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。 2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么? 何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么? 答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B →C (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解 (1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T 依据反应器的操作方法，可分为： 间歇式反应器（Batch reactor） 连续式反应器（Continuous reactor） 半间歇式反应器（Semi－batch reactor） 依据反应器的热力学条件，可分为： 等温反应器（Isothermal reactor） 非等温反应器（Nonisothermal reactor）绝热式反应器（Adiabatic reactor） 非绝热式反应器（Non-adiabatic reactor） 依据反应器外型与结构，可分为： 槽（釜）式反应器（Tank reactor） 管式反应器（Tubular reactor） 塔式反应器（Column reactor） 依据反应物料的相态，可分为： 均相反应器（Homogeneous reactor） 非均相反应器（Heterogeneous reactor） 依据反应物料流动特性，可分为： 塞流反应器（Plug flow reactor） 层流反应器（Laminar flow reactor） 紊流反应器（Turbulent flow reactor） 依据反应物料的输送方式，可分为： 固定床反应器（Fixed-bed reactor） 流体化床反应器（Fluidized-bed reactor） 间歇式反应器的特点是所有的操作流程都是以分批方式进行，因此在每一批次的反应过程中均不受前后批次操作的影响。在反应系统方面，批式反应器最常用于液相反应，固相及液－固混合相也适用，但气相反应则较不适合，因为其所能处理的量少，而且反应过程中操作不易，只有在像是气体成分分析时，样品量少且需要精确数据的情况下，才会使用精密的批式反应装置（如气相层析仪）来进行分析，一般在处理大量气体反应时，则大多以连续式反应器为主。 另外，间歇式反应器的操作过程中包含进料、卸料以及清理设备等步骤，有相当长的非反应时间以及劳动力需求，因此，批式反应器通常应用于规模与产量较小的产业，如食品、药品、精密化学品等产品的制造。 连续式反应器 连续式搅拌槽反应器（英语：Continuously Stirred Tank Reactor，简称CSTR）连续式搅拌槽反应器，是一种广泛应用于化工生产中的反应器，其结构与一般批式反应器有些类似，但最主要的不同是反应器中的反应物与生成物都是连续的进入与输出。 平推流反应器 平推流反应器是指反应器内的物料流动满足塞流模型的反应器，塞流是描述流体的一种理想流动状态，将每一个截面视为一个单元，在每一单元中所有反应物初始浓度均相同，同时，所有的反应物料都假定沿着同一方向流动，而且没有返回混合的情况，另外，所有物料在反应器中的停留时间都相同，最终流出的物料转化率也一致，因此每一单元都可假设为一个微型的批式反应器，以整体来说，塞流反应器的性能，也类似于间歇式反应器。 依据塞流流动的定义，可得知塞流反应器应具有以下特点： 为连续式操作，所以在反应器的每一截面中，物料浓度不随时间改变。 反应器内的径向流动速度分布是均匀的，这是一种理想流动。因为在实际操作中，管内的流体无论是呈紊流或层流，其径向流速分布都是不均的。由此上述假设可推得塞流反应器中，物料浓度与反应速度在径向是均匀分布，仅沿着轴向逐渐变化。 在一般的化工生产中，管径较小、流速较快、长度较长的管式反应器或者固定床反应器通常会以塞流反应器模型来作设计。化学反应工程的基本概念.docx
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