下载文档原格式
专升本《化学反应工程》一、（共80题,共160分)1。
气相反应：进料时无惰性气体，CO与H2以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子=（ )。
(2分) A。
—2 B.—1 C.1 D.2.标准答案：A2。
一级连串反应：在间歇式反应器中，则目的产物P的最大浓度CP,max=( ）. (2分)A。
B。
C.D。
标准答案：A3。
串联反应（目的）目的产物P与副产物S的选择性SP=( )。
（2分）A。
B.C.D。
标准答案：C4。
全混流反应器的容积效率时，该反应的反应级数n( )。
（2分）A.＜0B.=0C.D.＞0.标准答案：B5。
对于单一反应组分的平行反应: 其瞬间收率随增大而单调下降，则最适合的反应器为( )。
(2分）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.标准答案：B6。
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（ )。
（2分）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。
标准答案：A7. 一级不可逆液相反应: ，出口转化率xA=0.7，每批操作时间装置的生产能力为50000 kg产物R/天,MR=60，则反应器的体积V为( )。
（2分）A。
19。
6 B.20.2 C。
22.2 D.23.4。
标准答案:C8。
在间歇反应器中进行等温一级反应当时，求反应至所需时间t=（）秒. （2分）A。
400 B.460 C.500 D。
560。
标准答案:B9. 一级连串反应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=（）。
（2分）A。
B.C.D. 。
标准答案:D10. 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t0不包括下列哪一项（ )。
（2分)A.加料时间B.反应时间C。
物料冷却时间 D。
清洗釜所用时间.标准答案：B11. 全混流反应器的容积效率小于1。
0时，且随着xA的增大而减小,此时该反应的反应级数n( )。
化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的反应器体积最小。
参考答案:平推流2.工业反应过程优化的决策变量包括参考答案:操作方式_工艺条件_结构变量3.均相反应应该满足下述哪2个条件？参考答案:反应体系互溶_预混合过程很快4.对串联反应而言，存在一个最优反应温度使反应产物收率最大。
参考答案:错误5.化学反应工程的研究方法是经验放大方法参考答案:错误6.连续流动釜式反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器进口物料的浓度和温度。
参考答案:错误7.理想间歇反应器中搅拌越激烈，混合越均匀，则反应速率越快。
参考答案:错误8.化学反应的前提是参与反应的所有物料达到分子尺度上的均匀，成为均一的气相或液相。
参考答案:错误9.产生返混的原因是参考答案:不均匀的速度分布_空间上的反向流动10.限制返混的措施包括参考答案:横向分割_纵向分割11.化学反应工程的研究对象是以化学实验室中进行的化学反应过程。
参考答案:错误12.化学反应工程优化的技术指标是参考答案:反应选择率_能耗_反应速率13.活化能E与反应的热效应相关，活化能大的反应其反应热也大。
参考答案:错误14.零级反应的重要特征是反应时间由残余浓度决定，与初始浓度关系不大。
参考答案:错误15.可逆放热反应的最优温度随转化率xA变大而增大。
参考答案:错误16.限制返混的措施是分割，主要是横向分割。
参考答案:正确17.理想管式反应器的径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。
参考答案:正确18.对自催化反应A+P®P+S而言，必定存在最优反应时间使反应的转化率最大。
参考答案:错误19.小于1级的简单不可逆反应，反应转化率可以在有限时间里达到100%。
参考答案:正确20.空速1000（1/h)表示每小时能够处理的进口物料体积为反应器体积的1000倍。
化学反应工程试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 化学反应工程中，反应速率常数k与温度的关系遵循（）。
A. Arrhenius方程B. Van't Hoff方程C. Le Chatelier原理D. Nernst方程2. 在固定床反应器中，流体通过催化剂床层的流动方式是（）。
A. 并流B. 逆流C. 交叉流D. 层流3. 以下哪种催化剂不属于均相催化剂？（）A. 酸B. 碱C. 金属D. 酶4. 反应器的体积效率是指（）。
A. 反应器体积与所需反应体积的比值B. 反应器体积与实际反应体积的比值C. 反应器体积与理论反应体积的比值D. 反应器体积与催化剂体积的比值5. 在反应器设计中，为了提高反应速率，通常采取的措施是（）。
A. 增加反应物浓度B. 提高反应温度C. 增加催化剂用量D. 以上都是二、填空题（每空1分，共10分）1. 在化学反应工程中，反应速率的表达式通常为__________。
2. 反应器的类型主要包括__________、__________和__________。
3. 催化剂的作用是__________反应速率，而不影响__________。
4. 反应器设计时，需要考虑的主要因素包括__________、__________和__________。
5. 根据反应器内物料流动的特点，可以将反应器分为__________流动和__________流动。
三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述反应速率和反应速率常数的区别。
2. 描述固定床反应器和流化床反应器的主要区别。
3. 解释为什么在某些情况下需要使用催化剂。
4. 讨论温度对化学反应速率的影响及其在工业应用中的意义。
四、计算题（每题10分，共20分）1. 已知某化学反应的速率常数k=0.05 s^-1，反应物A的初始浓度为1 mol/L，求10秒后A的浓度。
2. 假设一个完全混合反应器中进行一级反应，反应物B的初始浓度为2 mol/L，反应速率常数k=0.02 min^-1，求5分钟后B的浓度。
1 绪论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。
试计算（1）（1）反应的选择性；（2）（2）反应器出口气体的组成。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)CH32/（2+4+1.3）=0.2740 27.40OH空气4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81总计 1.000 100.0A P出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A、n P和n c分别为：n A=n A0(1-X A)=7.672 moln P=n A0Y P=18.96 moln C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（n W）、氧气（n O）和氮气（n N）的摩尔数分别为：n W=n W0+n P+2n C=38.30 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol组分摩尔数（mol）摩尔分率%7.672 6.983CH3OH18.96 17.26HCHOH2O 38.3 34.87CO2 0.7672 0.6983O2 0.8788 0.7999N2 43.28 39.392 反应动力学基础2.4在等温下进行液相反应A+B→C+D，在该条件下的反应速率方程为：若将A和B的初始浓度均为3mol/l的原料混合进行反应，求反应4min时A的转化率。
解：由题中条件知是个等容反应过程，且A和B的初始浓度均相等，即为1.5mol/l，故可把反应速率式简化，得由（2.6）式可知代入速率方程式化简整理得积分得解得X A=82.76%。
2.6下面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。
《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x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。
4. 总反应级数不可能大于 3 。
5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。
6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。
7. 反应速率2/1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。
8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000lg +-=Tk ，其活化能为 83.14kJ/mol 。
9.某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍，则600K 时的反应速率常数k时是400K 时的 105 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） 186.3kJ/mol 。
11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。
12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。
13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r14. 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C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。
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C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为A Ax n x )1(11-+-，转化率为AA x n nx )1(1-+。
专科《化学反应工程》一、 (共75题，共150分)1. 全混流反应器中有( )个稳定的定常态操作点. （2分）A.1 B。
2 C.3 D.4.标准答案：B2。
一级连串反应在全混流釜式反应器中，则目的产物P的最大浓度CP,max=（）。
（2分）A.B。
C。
D..标准答案:B3。
轴向分散模型的物料衡算方程在( ）式边界条件下有解析解。
（2分）A.闭—闭 B。
开—闭 C。
闭—开 D。
开—开。
标准答案:D4. 反应级数n=（）时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。
（2分）A.0B.0.5 C。
1 D。
2。
标准答案：C5. 催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为,当进料中的杂质吸附极牢以及对产物无内扩散阻力时，d为（ )。
（2分）A。
B.=1C.→3D。
标准答案：A6。
等温液相反应为目的产物，有下列四种方案可供选择，从提高P的收率着眼适宜选用( ）。
（2分)A。
间歇釜式反应器，A和B一次性加入B。
全混流反应器C.半间歇釜式反应器，A一次性加入,B连续滴加D.半间歇釜式反应器，B一次性加入,A连续滴加.标准答案：D7。
乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯,经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加,乙苯仍大量存在，表明这是一个( ）反应. （2分）A.慢速 B。
可逆 C。
自催化 D.不可逆。
标准答案：B8. 催化剂颗粒扩散的无因次扩散模数值的大小反映了表面反应速率与( )之比。
(2分）A.扩散速率B.外扩散速率C。
内扩散速率 D.实际反应速率。
标准答案：C9。
不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是（ ). （2分)A。
粒子与流体间有温度差 B.粒子与流体间无温度差C。
床层径向有温度梯度 D.床层轴向有温度梯度。
标准答案：A10。
气固催化反应的内扩散模数，其中L为特征长度,若颗粒为球形则L=（ )。
（2分）A。
厚度/2 B.R C.R/2 D.R/3 。
标准答案：D11. 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( )。
1．化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。
2．反应物经过化学反应生成产物的过程用____定量关系__________予以描述时，该定量关系式称为化学反应式。
3．化学工程共同的现象，可概括为“三传一反”，即质量传递，动量传递，能量场地、、及化学反应。
4．混合物的初态体积流量为V so，反应体积为V R，若按单位反应体积运算空速，则空速SV= V so/V R。
5．工业反应器按操作方法分类，可分为：间歇反应器、连续反应器、半间歇反应器。
6．多重反应系统中存在着一定的__独立反应数_________或____关键组分数_______，而其它反应或其它组分均可由物料衡算关系确定。
7．确定独立反应数所采用的方法有：_院子矩阵法________，______简易法___。
8．对于多重反应，反应产物中有目的产物和副产物。
目前一样采用转化率和目的产物的__挑选性_______以及____收率_____来评判反应的进程和产物分布。
9．等温等压下关键组分的反应进度由ξ1变为ξ2时反应的焓变称为_反应韩_______。
10．固体催化剂一样由__活性组分_____、_助催化剂______和____载体___组成11．目前描述固定床反应器的数学模型可分为___拟均相____和__非均相_____的两大类。
12．化学反应工程是一门研究的科学。
13．对于恒容的平推流反应器空时、反应时间、平均停留时间一致。
14．流体的混合程度常用调匀度S 、流体混合态来描述。
15．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。
16．描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一样认为气相相为平推流。
而对乳相则有种种不同的流型。
17．对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约0.1um时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。
18．多相反应过程是指同时存在两种或更多相态的反应系统所进行的反应过程。
题目：全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间相同。
正确答案：错题目：相同条件下，分别用下列反应器处理物料，比较反应器有效容积的大小。
①单段全混流反应器（V R1）②四个体积相同的全混流反应器串联（V R2）③两个体积相同的全混流反应器串联（V R3）④平推流反应器（V R4）则（V R4）＞（V R2）＞（V R3）＞（V R1）正确答案：错题目：设备放大，造成微元停留时间分布和返混程度改变，放大时反应结果恶化。
正确答案：对题目：生产能力是相同条件下，单位时间、单位反应器体积所能获得的（产物量），或完成相同生产任务，所需反应器的（体积）。
题目：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。
题目：釜式反应器的基本结构主要包括反应器（壳体）、（搅拌器）、（密封装置）和（换热装置）等。
题目：手孔或人孔的安设是为了检查（内部空间）以及安装和拆卸设备（内部构件）。
题目：釜式反应器中夹套式换热器适用于传热面积（较小），传热介质压力（较低）的情况。
题目：基元反应的级数即为化学反应式的（计量系数），对非基元反应的级数通过（实验）确定。
题目：单一反应利用（转化率）可以确定反应物转化量与产物生成量之间的关系。
题目：间歇反应，只要C ＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（转化率）每批所需的（反应时间）相同。
题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，全混釜反应器所需有效体积（最大），平推流反应器所需有效体积（最小），多釜串联全混釜所需有效体积（介于其间）。
题目：一级不可逆反应，其反应速率方程为（－r A =kC A a ）,反应时间与转化率的关系为（kt )x 11ln(A =-）。
题目：复合反应动力学为由两个以上（化学反应计量式）或（动力学方程式）表示的化学反应过程。
题目：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。
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tc rd d AA -=-，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 A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E(3)2A+2B ↔CA+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B 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)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B 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)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 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。
3.9在间歇反应器中等温进行下列液相反应：3231.6/.28.2/.+→=→=R A D A A B R r C kmol m hA Dr C kmol m hr D 及r R 分别为产物D 及R 的生成速率。
反应用的原料为A 及B 的混合液，其中A 的浓度等于2kmol/m 3。
（1） （1） 计算A 的转化率达95%时所需的反应时间； （2） （2） A 的转化率为95%时，R 的收率是多少？（3） （3） 若反应温度不变，要求D 的收率达70%，能否办到？（4） （4） 改用全混反应器操作，反应温度与原料组成均不改变，保持空时与（1）的反应时间相同，A 的转化率是否可达到95%？（5） （5） 在全混反应器中操作时，A 的转化率如仍要求达到95%，其它条件不变，R的收率是多少？（6） （6） 若采用半间歇操作，B 先放入反应器内，开始反应时A 按（1）计算的时间均速加入反应器内。
假如B 的量为1m 3，A 为0.4m 3，试计算A 加完时，组分A 所能达到的转化率及R 的收率。
解：（1）第二章2.9题已求出t=0.396h=24.23min (2)2300.120.1230 1.61()/() 1.616.4110.25(1)2(10.95)0.1/11ln(110.25)110.2510.250.2305/0.23050.11532-=-===++=-=-==-=-=++====⎰⎰A A R A R A R A A A A A A A C R R A A C A R R A dC dC dC C S dt dt dC C C C C C X kmol m C S dC C C kmol m C Y C(3)若转化率仍为0.95，且温度为常数，则D 的瞬时选择性为：28.232.8(1)1.616.434.432.8⨯-==+-A A D A A C X S C XD 的收率：0.9532.8(1)0.83480.734.432.8-===-⎰⎰AfX A D D A A AX Y S dX dX X这说明能使D 的收率达到70%（4）对全混流反应器，若使τ=t=0.3958h,则有020.3958 1.616.4-=+A AA AC C C C解之得：C A =0.4433所以：000.77840.95-==A AA A C C X C这说明在这种情况下转化率达不到95%。
（1） （5） 对全混流反应器，若X=0.95,则R 的收率为：00.950.4691110.25(1)110.252(10.95)====+-+⨯-AfR AfA Af X Y SX C X（6）依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况。
为了求分组A 的转化率及R 的收率，需要求出A 及R 的浓度随时间的变化关系，现列出如下的微分方程组：对A: 200()(1.616.4)++=A A A A d VC C C V Q C dt （1）对R:()1.60-=R A d VC C V dt （2） 00=+V V Q t （3）301=V m 在反应时间（t=0.4038h,为方便起见取t ≈0.4h ）内将0.4 m 3的A 均速加入反应器内，故300.41/0.4==Q m h采用间歇釜操作时，原料为A 与B 的混合物，A 的浓度为2kmol/ m 3.现采用半间歇釜操作，且331,0.4==B A V m V m ，故可算出原料A 的浓度为：30(10.4)2/0.4+⨯=A C kmol m由于：0()()=+=+=A AA R RR d VC dV dC C V dt dt dt d VC dV dC C V dt dt dt dVQ dt代入（1），（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：27 1.616.41-=--+A A A A dC C C C dt t （4） 1.61=-+R RA dC C C dt t （5）初始条件：t=0,C A =0,C R =0可用龙格---库塔法进行数值求解。
取步长△t=0.02h ，直至求至t=0.4h 即可。
用t=0.4h时的C A 和C R 可以进行A 的转化率和R 的收率计算：0000--==A A A A A A A A AN N C V C VX N C V式中V A 为所加入的A 的体积，且V A =0.4m 3;C A0为所加入的A 的浓度，且C A0=7kmol/m 3；V 为反应结束时物系的体积，V=1.4m 3。
同理可以计算出R 的收率：0=R R A AC V Y C V3.10在两个全混流反应器串联的系统中等温进行液相反应：233268/.14/.→=→=A A R B A B r C kmol m hB Rr C kmol m h加料中组分A 的浓度为0.2kmol/m 3,流量为4m 3/h,要求A 的最终转化率为90%，试问： （1） （1） 总反应体积的最小值是多少？ （2） （2） 此时目的产物B 的收率是多少？（3） （3） 如优化目标函数改为B 的收率最大，最终转化率为多少？此时总反应体积最小值是多少？解：（1）0010021122222101202()(1)(1)-=+=+--A A A A A r r r A A A A Q C X Q C X X V V V k C X k C X 对上式求dV r /dX A1=0可得：12121101(1)+-=--A A A X X X将X A2=0.9代入上式，则311100(1)1-=+A A X X 解之得X A1=0.741所以总反应体积的最小值为3122240.7410.90.741 3.249 4.6767.925680.2(10.741)(10.9)⎡⎤-=+=+=+=⎢⎥⨯--⎣⎦r r r V V V m(2)210211111011013414(1)0.051834140.0912314=-=-==-=--==B A BA A AfB A B B B B r B RC C C C X R C C C C C V Q R τ即113.24940.0912314=-B B C C解得C B1=0.005992 kmol/m3同理212222220224.6760.0059924341434(1)14--===---B B B A B A A B C C C C C C X C τ 解得C B2=0.00126 kmol/m 3B 的收率：2020.001262 1.26%0.2⨯===B B A C Y C(3)目标函数改为B 的收率，这时的计算步骤如下：对于第i 个釜，组分A,B 的衡算方程分别为：对A: 1268--=Ai AiiAiC C C τ 对B: 123414--=-Bi Bi iAi BiC C C C τ当i=1时，0112168-=A A A C C C τ （1）112113414=-B A B C C C τ （2）当i=2时，1222268-=A A A C C C τ （3） 222223414=-B A B C C C τ （4）由（1）式解出C A1代入（2）式可解出C B1; 由（1）式解出C A1代入（3）式可解出C A2;将C B1及C A2代入（4）式可解出C B2,其为τ1,τ2的函数，即2012(,,)=B A Cf C ττ（5）式中C A0为常数。
由题意，欲使C B2最大，则需对上述二元函数求极值:22120,0∂∂==∂∂B B C C ττ联立上述两个方程可以求出τ1及τ2。
题中已给出Q 0,故由012()=+rV Q ττ可求出C B2最大时反应器系统的总体积。
将τ1,τ2代入（5）式即可求出B 的最高浓度，从而可进一步求出Y BmaX .将τ1,τ2代入C A2，则由X A2=(C A0-C A2)/C A0可求出最终转化率。
3.15原料以0.5m 3/min 的流量连续通入反应体积为20m 3的全混流反应器，进行液相反应：1222→=→=A AD RA R r k C R Dr k CC A ,C R 为组分A 及R 的浓度。
r A 为组分A 的转化速率，rD 为D 的生成速率。
原料中A 的浓度等于0.1kmol/m 3，反应温度下，k 1=0.1min -1，k 2=1.25m 3/kmol.min,试计算反应器出口处A 的转化率及R 的收率。
解：00102.040min0.5(1)0.1(1)=====--r A A AA A A V Q C X X k C X X ττ所以：302120.80,(1)0.02/402==-===-A A A A RA RX C C X kmol m C k C k C τ即为：2301000.0800.02372/0.023720.23720.1+-=====A R R R R A C C C kmol m C Y C4.18氨水（A ）与环氧乙烷（B ）反应以生产一乙醇胺(M)，二乙醇胺(D)及三乙醇胺，反应如下：1233242222222422222224223()()()+−−→+−−→+−−→k k k NH C H O H NCH CH OHH NCH CH OH C H O HN CH CH OH HN CH CH OH C H O N CCH CH OH反应速率方程为：112233,,===A B M B D B r k C C r k C C r k C C该反应系在等温下进行，目的产物为一乙醇胺。
（1） （1） 请你提出原料配比的原则，并说明理由。
（2） （2） 选定一种合适的反应器型式和操作方式。
（3） （3） 根据（2）的结果，说明原料加入方式。
（4） （4） 反应时间是否有所限制？为什么？解：（1）若提出原料配比原则，应分析其动力学特征。
这里以B 为关键组分，目的产物M 的瞬间选择性：21321111-=++M ADM A Ak C k C S k C k Ck C k C由此看出C A 增大时，则S 也增大，无疑，相对来说C B 减少。
也就是说配比原则是：允许的条件下，尽量使A 过量。
（2）根据（1）的结果，可选活塞流反应器，并使B 从侧线分段进料，而A 从进口进料，采用连续操作，如图所示：（3）加料方式如（2）中的图示。
（4）反应时间即停留时间有限制，因为目的产物M 为中间产物，存在最佳收率，为达到最大收率，须控制最佳反应时间。
6.11 在球形催化剂上进行气体A 的分解反应,该反应为一级不可逆放热反应.已知颗粒直径为0.3cm,气体在颗粒 中有效扩散系数为 4.5×10-5m 2/h,颗粒外表面气膜传热系数为44.72w/m 2﹒K,气膜传质系数为310m/h,反应热效应为-162kJ/mol,气相主体A 的浓度为0.20mol/l,实验测得A 的表观反应速率为1.67mol/minl, 试估算：（１） （１） 外扩散阻力对反应速率的影响； （２） （２） 内扩散阻力对反应速率的影响； （３） （３） 外表面与气相主体间的温度差． 解：--=⋅=⨯⋅⨯⨯==⨯<*53331.67/min 1.00210/(1)31.671060.8081100.150.2(310/60),.A AG G R mol l mol m hL C k *A判别外扩散阻力的影响用(6.79)式:R 故仅从传质考虑外扩散影响可不计 ==*2(2)(6.82),:2.783s A s AGR L DeC φφ判别内扩散阻力的影响用式先求出====2, 2.783,(6.60) 3.1,0.288,s s φηφφφη因有从可借助式估算出由此可知内扩散阻力影响严重.(3)计算外表面与气相主体间温度差⊿Ｔm ：=-=⋅⋅⋅*)/m G s A s T T T R h ∆∆r 颗粒体积(H 颗粒外表面积=50.4K6.13 在150℃,用半径100μm 的镍催化剂进行气相苯加氢反应,由于原料中氢大量过剩,可将该反应按一级(对苯)反应处理,在内,外扩散影响已消除的情况下,测得反应速率常数k p =5min -1, 苯在催化剂颗粒中有效扩散系数为0.2cm 2/s,试问:(1) (1) 在0.1Mpa 下,要使η=0.8,催化剂颗粒的最大直径是多少?(2) (2) 改在2.02Mpa 下操作,并假定苯的有效扩散系数与压力成反比,重复上问的计算.(3) (3) 改为液相苯加氢反应,液态苯在催化剂颗粒中的有效扩散系数10-5 cm 2/s.而反应速率常数保持不变,要使η=0.8,求催化剂颗粒的最大直径. 解:()==⎛⎫ - ⎪⎪⎝⎭(1)0.1076611tanh 33p p pd k d Deφηφφφ1由(6.60)式=用试差法从上二式可解得当η=0.8时,需d p <6.36cm(2)2.02Mpa 时,De ≈0.2×0.101/2.02=0.01 cm 2/s,与此相对应:==0.4186p p pd k d Deφ同上法可求得当η=0.8时,需d p <1.42cm(3)液相反应时,De=1×10-6cm 2/s,与此相应的φ为21.51dp,同上法可求得当η=0.8时,需d p <0.0142cm.6.15 在0.10Mpa,530℃进行丁烷脱氢反应,采用直径5mm 的球形铬铝催化剂,此催化剂的物理性质为:比表面积120m 2/g,孔容0.35cm 3/g,颗粒密度1.2g/cm 3,曲节因子3.4.在上述反应条件下该反应可按一级不可逆反应处理,本征反应速率常数为0.94cm 3/gs,外扩散阻力可忽略,试求内扩散有效因子.解:丁烷分子量为58,λ=10-5cm,<ra>=2Vg/Sg=58.3×10-8cm, λ/2<ra>=8.576,此值与10接近,故可近似扩散是以奴森扩散为主:()--=⨯⨯+=⨯822970058.310530273/58 2.10410/k D cm s--==⨯⨯==⨯323/ 2.610/0.50.94 1.2 1.7366 2.610k p m De D cm s ετφ由(6.60)式算得η=0.465.6.20 原题见教材,今补充如下:实验测得A 的气相浓度为1.68×10-5mol/cm 3时的反应速率为1.04×10-5(mol/cm 3床层﹒s).解:已知()---=⨯-=⨯ ⋅*5531.0410/(10.4) 1.73310/AR mol cm s颗粒若不计外扩散阻力,则C AS =C AG =1.68×10-5mol/cm 3由教材312页:()=-*2/s AAG R L DeC φL=dp/6=0.04cm,可算得s φ=0.1375,由(6.82)式=2sφφη,将此式与(6.60)式用试差法联立求解可得:φ=0.387 η=0.92。
