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
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
一、在体积为V 的反应器中进行液相等温反应P A →，已知反应速率为 2 A A kC r =-，求： （1）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器改为同体积的PFR ，反应条件不变，则转化率为多少？（9分） （2）当CSTR 中的转化率为0.5时，若将反应器体积增大10倍，反应条件保持不变，则转化率为多少？（9分） 二、在一个等温活塞流反应器中，发生不可逆气相基元反应A 2B →。反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，A 的转化率为90%。如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？（18分） 三、有如下平行反应： 其动力学方程分别为：8 .15.02B A P C C k r =，3.01B A S C C k r =，其中121==k k ， （1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /1500==，均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.5时的瞬时选择性。（5分） （2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（10分） 四、假设某实验室有一非理想化学反应器，请问如何对这个反应器进行分析，如何求该反应器中反应物的转化率？（14分） 五、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P A →，催化剂的粒径为 2.4mm ，气流主体中A 的浓度为1mol/m 3，测得单位床层表观反应速率 (－r A )obs ＝2.77×10-5 mol/(cm 3.s)，组分A 在颗粒内有效扩散系数为0.15cm 2/s ，外部传质系数为K G ＝30cm/s 。请问： （1）外扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（5分） （2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？（10分） 六、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据： B A +) (P 主反应) (S 副反应
管式反应器 除了上一章的两类理想反应器，管式反应器也是一类理想反应器模型（活塞流模型）。与间歇釜式反应器不同，全混流和活塞流模型用于流动过程。 根据上一章所学的知识，物料在反应器中的停留时间是决定化学反应转化程度和产物分布的一个重要因素。全混流和活塞流模型均是根据特定的停留时间分布规律建立起来的（这部分内容将在下一章中详细阐述），是两种极端的情况，是分析许多问题的出发点，也是各种实际反应器设计的理论基础。本章将涉及到如下的具体内容： 活塞流模型的基本假定 等温管式反应器设计与分析 管式反应器与釜式反应器的性能比较 循环管式反应器的分析计算 管式反应器的变温操作 第一节活塞流假定 流体流动是非常复杂的物理现象，影响到系统的反应速率和转化程度。 一、流动状况对反应过程的影响 1. 流动情况影响 例1. （1）空管中, 图4.1 （a）(b) 内部各部分流体的停留时间不同，因此反应时间也不一样，反应速率和最终转化率也不一样 第二节等温管式反应器的设计
一、单一反应 在管式反应器中进行的单一反应，取如图4.2所示的微元体（高为dZ） 图 4.2 管式反应器示意图 在定态条件下， 由此得到 或 ∴（4-4） ∴（4-5）假设 =常数（=X Af下的值），则 --釜式反应器的设计方程 式（4-5）可以进一步变成：
（间歇釜式的设计的方程为） 注意：二者尽管形式上相同，但一个是反应时间t，一个空时τ（与所选择的进口状态有关）。另外，间歇釜式反应器总是恒容的。如果管式反应器也在恒容下进行，则有τ=t；否则，τ≠t。 对于式（4-4），设反应器的截面积为A，则有dV r=Ad Z，那么 对于恒容过程 C A=C AO（1-X A）则 时间变量转化为位置变量。 例4.1 例4.2 例4.3例4.4例4.5 第三节管式与釜式反应器反应体积的比较 在处理量、组成、T、XAf相同的条件下进行对比。对于二级可逆反应，使用不同形式的理想反应器时所需要的反应体积如表4-1所示，即有 （本章前面和上一章的例题给出的结果） 一般来说，比较按正常动力学和反常动力学两种情况讨论：
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
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 > }。
化学反应工程习题课 1：[填空题]平推流管式反应器t≥t 时，F （t ）=_1__。平推流管式反应器t =t 时，E （t ）=_∞___。 2：[填空题]在轴向扩散模型中，模型的唯一参数贝克莱数Pe= uL r /Da ，物理意义是对流流动和扩散传递的相对大小（对流传递速率与扩散传递速率之比），Pe 准数愈大轴向返混程度就愈小_。 3：[填空题] 对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用平推流__反应器为宜。对于反应级数n ＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_全混流_反应器为宜。 4：[填空题]气―固相催化反应的内扩散模数参数为_梯尔模数φ_，表达式是 ，它是表征内扩散影响的重要参数，数值平方的大小反映了表面反应速率与内扩散速率之比。无论何种形状催化剂颗粒，当φ<0.4时，η=1，即内扩散的影响可忽略，当φ>3.0时，即内扩散影响严重，内扩散因子η=1/φ。 如何提高多相催化反应的反应速率，以强化反应器的生产强度，办法之一就是使内扩散有效因子增大。减小催化剂颗粒的尺寸，φ值减小，η值可增大，此外，增大催化剂的孔容和孔半径，可提高有效扩散系数De 的值，从而使φ值减小，η值增大。 5：[填空题] 对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当λ/2r a ≤0.01时，属于分子扩散，此时扩散速率主要受分子间碰撞的影响所致与孔半径尺寸无关。当λ/2r a ≥10时，属于努森扩散分子，此时主要是气体分子与 孔壁的碰撞，与孔半径r a 无关，则努森扩散系数为D K = 39.710×r 扩散系数为D ei =εp D i /τm 6：[填空题] 气固相催化反应的7个步骤、3个过程，其中三个过程分别是_外扩散、_内扩散和化学动力学_过程。固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于BET 方程。 7：[填空题]外扩散对多相催化反应的影响时，一级不可逆反应的外扩散有效因子 η=1/（1+Da ），其中Da 称为丹克莱尔数，物理意义是化学反应速率与外扩散速率之比。 8：[填空题] 反应级数n= 1时，微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 9：[填空题] 活化能的大小直接反映了反应速率对温度的敏感程度。 10：[填空题]在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为累积量=输入量-输出量。 11：[填空题]反应器物料的停留时间分布曲线是通过物理示踪法测定的，目前采用示踪剂的主要输入方式有阶跃输入法和脉冲输入法。物料在反应器内停留时间是一个随机过程，通常用二个函数及二个特征值予以描述；这二个函数分别是停留时间分布函数F (t ) 和停留时间分布密度函数E(t) ，二个特征值则是平均停留时间和停留时间分布的方差。 12：[填空题] 理想反应器中，平推流反应器的返混为___0___，全混流反应器的返混最大_。当完全没有返混时，2θδ=1， 当返混达到极大程度时，2θδ=0，当返混介于二者之间时，即非理想流动时，2 θδ介于__0_和__1_之间。 13：[填空题]全混流反应器的容积效率η为反应时间t 与_空时τ___之比。 14：[填空题]具有良好搅拌装置的釜式反应器按理想混合反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按平推流反应器处理。 15：[填空题]理想反应器是指理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器。 16：[填空题]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物理失活，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化学失活。
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？
4-1 在定态操作反应器的进口物料中脉冲注入示踪物料。出口处示踪物浓度随时间变化的情况如下。假设在该过程中物料的密度不发生变化，试求物料的平均停留时间与 ])(2)(4[3109753864210c c c c c c c c c c t dt c i +++++++++?=?∞ ]0)5.20.1025.1(2)0.10.55.125.6(40[3 2 ++++++++= =100 min)/1(100 ) ()(0 ti i c dt c t c t E ==?∞
} )(])()()()([2])()()()([4)({3 10109977553 38866442211_ t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t E t t t +++++++++?= ]0)03.08.05.0(2)14.05.075.013.0(40[3 2 +++++++++=min 187.6= ?∞ =-=-=0 22 2 2971.8187.625.47)(t dt t E t t σmin 2 4-2 无量纲方差表达式的推导 （1）推导无量纲方差2 22 /t t σσθ=； （2）推导CSTR 的2 2t t =σ。 1. τ θt = 2. τ τ t e t E - =1 )( 证明： 2 22)(i i i i t t t t E t -?=∑∞σ ? ∞ --= 2 21 t dt e t t τ τ 2 2)()()()(ττθθττθ--=?∞ - d t E ()]1)1([0 22 --=?∞ θθθτd E 22θστ= 222/τσσθt =∴ 220 2 2 2)(1 )(- - ∞ -=-=??t dt e t t dt t E t t t ττ σ
《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。
1.化学反应过程按操作方法分为_______、______、_______操作。（分批式操作、连续式操 作、半间歇式） 2.反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。 3.理想流动模型是指（平推流）模型和（全混流）模型。 5.间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。 6.对于平行反应，提高反应物浓度，有利于（级数高）的反应，降低反应物浓度有利于（级数低）的反应。化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。 7.平行反应均为一级不可逆反应，若＞，选择性S p与_______无关，仅是_______的函数。（浓度、温度）主-副大于0，是吸热反应！ 8.如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，提高选择性应____ _。(提高温度) 9.理想反应器是指_______、_______。[理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器] 8.全混流反应器的返混_______。（最大）平推流反应器的返混为_______。（零） 9.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。 10.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______。（脉冲法、阶跃法、周期示踪法） 11.平推流管式反应器时，E（t）=_______。（∞） 12.平推流管式反应器时，E（t）=_______。（0） 13.平推流管式反应器时，F（t）=_______。（1） 14.平推流管式反应器＜时，F（t）=_______。（0） 15.平推流管式反应器其E（θ）曲线的方差_______。（0） 16.平推流管式反应器其E（t）曲线的方差_______。（0） 17.全混流反应器t=0时E（t）=_______。（） 18.全混流反应器其E（θ）曲线的方差_______。（1） 19.全混流反应器其E（t）曲线的方差_______。（） 20.工业催化剂所必备的三个主要条件是：_______、_______、_______。（活性好、选择性高、寿命长） 21.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。（范德华力、化学键力） 22.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是_______分子层的。（多、单） 23.对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和_______的影响。（内扩散、外扩散） 24.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。（物理、化学） 25.催化作用的本质是参与反应（历程），降低反应（活化能），提高反应（速度），因而 在工业化生产时能提高（生产能力）、降低（能量消耗）。 26催化剂“三性”是指（活性）、（选择性）和（寿命）。 27.催化作用与热力学无关，因此催化剂不能催化（在热力学上不可能发生的反应）；催化剂不能改变（化学平衡）。 28.催化剂失活的主要原因有（化学失活）、（物理失活）和（结构变化）。 29.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。（固定床反应
1简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关 系？ 答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。反应 时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某 一程度所需的反应时间。停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起 到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生 返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积 流速之比，所以三者相等。 2停留时间分布密度函数E（t）的含义？ 答：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t到t+dt之间的 流体的质点所占的分率为E（t）dt（②分）。?∞ = 0.1 )(dt t E。 3.停留时间分布函数F（t）的含义？ 答：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F（t）。 ?=t dt t E t F 0)( )(。 4.简述描述停留时间分布函数的特征值？ 答：用两个最重要的特征值来描述——平均停留时间t和方差2tσ。 (1)t定义式为： ?∞ = )(dt t tE t ，平均停留时间t是E（t）曲线的分布中心， 是E（t）曲线对于坐标原点的一次矩，又称E（t）的数学期望。 (2)2tσ是表示停留时间分布的分散程度的量，在数学上它是指对于平均停 留时间的二次矩 ?∞- = 2 2 2)(t dt t E t t σ 。 5.简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？答：通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示
习题１－１：银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O 2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O 进入反应器的原料中，甲醇：空气：水蒸气＝2：4：。反应后甲醇转化率为72％，甲醛的收率为％。试计算：（１）选择率；（２）出口组成。 解：（１） 69.2% 96.1% 72% Y S x === (2) 设原料中甲醇、空气、水蒸气的物质的量分别是2mol、4mol和.则生成甲醛所耗的甲醇的物质的量为2×= 副反应消耗的甲醇为:2×由反应计量方程式可知: n（H2O）=++2×=（mol） n（CO2）= ; n(HCHO)= n(CH3OH)=2×=（mol） n(O2)=4×（mol） n(N2等)=4×=（mol） 则总的物质量为n= ++++＋=（mol） y(CH3OH) ==% y(O2) ==% y(HCHO) ==% y(H2O) ==% y(CO2) ==%
y(N2) = =%
习题1—６：丁烯制丁二烯48462C H C H H +?，已知反应的步骤为 484848462 4646()()()()()()()()() A C H C H B C H C H H C C H C H +++??? （１）请分别导出（A ）（C ）为控制步骤的均匀吸附动力学方程。 （２）请分别导出（B ）为控制步骤的均匀吸附动力学方程,若反应物和产物的吸附都很弱，问此时反应对丁烯是几级反应 解：记 A=C 4H 8 B=C 4H 6 C=H 2 (A) 为控制步骤： 00B C B C A A B C B C (1) 1(2) 11(3) (4) 1A A A A aA dA aA A dA A A A A B B A B B p p aA A dA A p A A B B p r r r k p k b p b p b p b p b p p p p p K p p K p p k p k b K r p p b b p K θθθθ*****--=＝＝＝,＝＋＋＋＋，＝－＝ ＋＋ (C) 为控制步骤 0 0**A C B C A B C A C (1) 1(2) 11(3) (4) 1B B B dB aB dB B aB B B B A A B B A A B p B p A p dB B aB A p A A B r r r k k p b p b p b p b p b p K p p p K p p p K p k b k p p r K p b p b p θθθθ** *--=＝＝＝,＝＋＋＋＋，＝－＝＋＋ （B ） ''1A A B B c A A B c A A B B kb p k b p p r k k p b p b p θθ-=-=++ 的情况，当反应物和产物的吸附都很弱时，即11A A B B b p b p ++≈ 故'A A A B B c r kb p k b p p =- 可见，反应对于A 为一级。