化学反应工程地总复习

《化学反应工程》综合复习资料

一、填空题

1.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 。

2.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 。

3.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。

4.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 。

5.某一级液相反应在间歇式反应器中进行，5min 转化率为50％，则转化率达到80％需时间__ ____min 。

6.某反应的速率方程式为n

A A r kC -= mol/(m 3.h)，则反应级数n 为2时，k 的单位为

_。

7.某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式 。

8.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指 、 和 ，“一反”是指 。

9.完全混合反应器（全混流反应器）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。

10.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 。

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，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m 3/(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

S

A R

A 2

2211

1n ,E ,k n E ,k ???→????→?，，活化能E 1>E 2，反应级数n 1

话，我们应该在 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 。（多项选择）

A. ?

∞

=

dt )t (E )t (F B. ?=t

dt )t (E )t (F ；

C. dt /)t (dF )t (E =

D. 1dt )t (E )(F 0

==∞?∞ 5.t

/t e

t

1)t (E -=是

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 6.关于E 函数和F 函数，下面不正确的是 。

A. ?

∞

=

dt )t (E )t (F ； B. ?=t

0dt )t (E )t (F ；

C. dt /)t (dF )t (E =；

D. 1dt )t (E )(F 0

==∞?∞ 7.对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是

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

8.对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断有 （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，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； 9.关于基元反应的认识，正确的是 。 A. 分子数可以是任意的整数；

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R A →和R 2A 2→意义是一样的；

D. 基元反应的总反应级数可能是小数。

10.对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断是

A. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；

B. 对于平推流反应器，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； 11.轴向分散系数与扩散系数，下面论述正确的是

A. 两者实质上是相同的，都符合Fick 定律；

B. 两者实质上是不同的，轴向分散系数的定义实际上是借用了Fick 定律的形式；

C. 轴向分散系数是与流动有关系的；

D. 扩散系数是物质本身的一种属性

12.对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是

A. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；

B. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；

C. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径；

D. 增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速

13.对于化学反应的认识，下面正确的是

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

14.关于非理想流动与停留时间分布，论述正确的是

A. 一种流动必然对应着一种停留时间分布；

B. 一种停留时间分布必然对应着一种流动；

C. 一种停留时间分布可能对应着多种流动；

D. 流动与停留时间分布存在一一对应关系

15.对于一个串联反应，目的产物是中间产物，适宜的反应器是

A. 全混流反应器

B. 平推流反应器；

C. 循环反应器

D. 平推流与全混流串联在一起的反应器

https://www.doczj.com/doc/7e16517832.html,ngmuir吸附等温的四个假定：均匀表面、单层吸附、吸附机理相同和无相互作用这几点应该说是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。然而，对于多数的化学反应，应用

这几点假定进行有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于

A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低；

B. 实际的催化剂表面一般很平整；

C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远；

D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限

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：

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：

A A r kC -= , 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？

2、液体反应物A(C A0＝1mol/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V 2/V 1=2，反应级数为2：

A A r kC -=2 mol/(L.min)

求第二个反应器出口的浓度。

3、某一级液相反应A R →在一只全混流反应器中进行，转化率为90％，如果再串连一只

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？

4、某速率常数为0.37min -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，t 和2

θσ分别为17min 和0.25。求用多级混合流模型预测的转化率。

5、纯组分A 发生下述平行反应，

R

S （目的产物）r R =1 mol/(L.min)

r S =C A

2

mol/(L.min )P

r P =2C A mol/(L.min)

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。

6、反应物A 反应首先生成R (k 1=5 hr -1)，R 进一步反应生成S (k 2=3 hr -1)和T (k 3=1 hr -1)。如果浓度为1.0 mol/L 的纯A 在一个全混流反应器内进行反应，求R 浓度达到最大值的空时及R 的最大浓度。

7、某速率常数为0.15 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，t 和2

θσ分别为15min 和0.21。求用多级混合流模型预测的转化率。

8、纯组分A 发生下述平行反应，

R

S （目的产物）r R =1 mol/(L.min)

r S =C A

2

mol/(L.min )P

r P =2C A mol/(L.min)

A 的起始浓度为2mol/L ，反应在恒温的条件下进行，试确定在平推流反应器中目的产物S 所能达到的最大浓度。

四、推导题

1.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C A0，空时为τ，出口转化率为X A ，出口处的反应速率为-r A ，请推导全混流反应器的设计方程

A

A A

X C r τ

=

-。

答案

一、填空题

1. 串联的全混区的个数N 、 Pe ＝

z

uL E 2. 积分法 、 微分法 。 3. 可能、不可能 4. 脉冲法 、 阶跃法 。 5. 11.58 6. m 3/(mol.h) 7. 不能确定

8. 质量传递 、 动量传递 和 热量传递 、反应动力学 9. 均一 、 等于

10. 反应物吸附 、 表面反应、 反应产物的脱附

二、选择题

1. BC

2. C

3.. B

4. BCD

5. B

6. A

7. C

8. BC

9. B 10. AC 11. BCD 12. A 13. BD 14. AC 15. B 16. A

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：

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：

A A r kC -= , 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：

()()(()()i i i i i i i i

t C t t t C t t C t t C t ?=

=?∑∑∑∑等时间间隔）

＝15min

2222

()()(()()i i i i i t i i i

t C t t t C t t t C t t C t σ?=-=-?∑∑∑∑等时间间隔） =45.83min 2

2

2

2

t t

θσσ=

＝0.204

故：2

1

1

4.900.204

N θσ=

=

= 则：0

1

110.959(1)A

A N

A C x C kt N

=-

=-=+ 2、液体反应物A(C A0＝1mol/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V 2/V 1=2，反应级数为2：

A A r kC -=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：0A A

A

C C r τ-=

-

得：01011122

1110.5

0.5A A A A A A C C C C V v r kC k τ---==

==

- 所以：12k τ=

同理：2121222

022

A A A A A A V C C C C v r kC τ--===- 1222

2A A A C C k C τ-=

由：2211

2V V ττ== 得：2124k k ττ==

故：122

2

4A A A C C C -= 解得： C A2＝0.25mol/L

3、某一级液相反应A R →在一只全混流反应器中进行，转化率为90％，如果再串连一只

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

11

1τ+=

-k x A (1)

当两个等体积全混流反应器串联时，转化率不变，则有

2

)2

1(11τ+=

-k x A (2)

根据式（1），得1τk =9；根据式（2），得=τk 4.32 处理量之比等于空时的反比，即

01

00101, 2.08v v v v ττ

==。也就是说，处理量为原来的2.08倍，增加了1.08倍。

4、某速率常数为0.37min -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，t 和2

θσ分别为17min 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

2

/1N θσ==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

411

10.023

0.3717(1)(1)40.977

A N A x kt N

x -=

==?+

+= 5、纯组分A 发生下述平行反应，

R

S （目的产物）r R =1 mol/(L.min)

r S =C A

2

mol/(L.min )P

r P =2C A mol/(L.min)

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：

2

2

(1)S A S A A dC C dC C ?==-+

对于全混流反应器: 0S

S S A A

C C C ?Φ=

=-

故：2

00()()(

)1A S A A S A A A

C C C C C C C ?=-=-+ 令

0S

A

dC dC =,得：20320A A A C C C +-= 解得：C A ＝1mol/L

故：22,max 01()()(21)()0.25111

A S A A A

C C C C C =-=-=++mol/L

6.反应物A 反应首先生成R (k 1=5 hr -1)，R 进一步反应生成S (k 2=3 hr -1)和T (k 3=1 hr -1)。如果浓度为1.0 mol/L 的纯A 在一个全混流反应器内进行反应，求R 浓度达到最大值的空时及R 的最大浓度。

解：根据一级不可逆串联反应在全混流反应器中进行反应时中间物种最大浓度及达到最大浓

度空时的公式，有

,max 1/22

2311

0.28{[()/]1}R A C C k k k =

=++

,max 0.28/R C mol L =

=+=

τ)

(1321k k k opt 0.22 hr

说明：上述两公式也可通过对反应物A 和产物R 两次应用全混流反应器设计方程，求得产物R 的浓度表达式，然后R 的浓度对空时求导，并令导数为零，推导求出。

7.某速率常数为0.15 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，t 和2

θσ分别为15min 和0.21。求用多级混合流模型预测的转化率。

解：根据多级多级混合流模型知：

2

1

1

4.760.21

N θσ=

=

= 则：

1

110.842(1)A

A N

A C x C kt N

=-

=-=+

8.纯组分A 发生下述平行反应，

R

S （目的产物）r R =1 mol/(L.min)

r S =C A

2

mol/(L.min )P

r P =2C A mol/(L.min)

A 的起始浓度为2mol/L ，反应在恒温的条件下进行，试确定在平推流反应器中目的产物S 所能达到的最大浓度。

解：2

2

(1)S A S A A dC C dC C ?==

-+ 对于平推流反应器：

002()1A A A A C C

A S S A A C C A

C C dC dC C ?=-=-+??

2

1(1)1A A C

A C A

dC C =--

+? 000111

(1)(1)2ln

111A A A A A A

C C C C C C +=+-+--+

+++ 当S ?～C A 曲线下的面积最大，即A 完全转化（C A ＝0）时C S 最大，即：

,max 1

(12)12ln313

S C =+---+

=0.469

四、推导题

1.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C A0，空时为τ，出口转化率为X A ，出口处的反应速率为-r A ，请推导全混流反应器的设计方程

A

A A

X C r τ

=

-。 解：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：F A0

出方为：F A ＝F A0（1－X A ）， 反应消失的量为：－r A V

则得：00(1)()A A A A F F X r V =-+- 即：0A A A F X r V =- 或者：

0A A A A

X V

C F r τ

=

=-