1 绪论
1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+
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）反应的选择性；
（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：
0.629Y S 0.961196.11%
X 0.720====
（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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为
2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4.27x
=69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH:
%1002
21004.27?+
+--y x y
x =6.983%
空气：
%1002
210023279.54?+
+--
y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+
+++y x y x =34.87%
HCHO: %10022100?+
+y x x
=17.26%
CO 2: %1002
2100?+
+y x y
=0.6983%
1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下：
23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 24924CO 8H C H OH 3H O +?+
222CO H O CO H +?+
由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图
放空气体 Akmol/h
原料气和冷凝分离后的气体组成如下：
组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2
1.46
0.82
CH
4
0.55 3.62
N
2
2.92 10.29
粗甲醇的组成为CH
3OH 89.15%,(CH
3
)
2
O 3.55%,C
3
H
9
OH 1.10%,H
2
O 6.20%,均为重量
百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可
部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO
2 9.82g,CO 9.38g,H
2
1.76g,CH
4 2.14g,N
2
5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率；
（2）甲醇的单程收率和全程收率。
解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料气组成以质量分率表示如下：
其中x
i =y
i i i i m i i
经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：
M’m=∑yiMi=9.554
又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N
2
作衡算得：
5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A)
对整个系统就所有物料作衡算得：
100×10.42=B+9.554A (B)
联立（A）、（B）两个方程，解之得
A=26.91kmol/h B=785.2kg/h
反应后产物中CO 摩尔流量为 F CO =0.1549A+9.38B/(28×1000) 将求得的A 、B 值代入得 F CO =4.431 kmol/h 故CO 的全程转化率为
CO,0CO CO CO,0F F 26.82 4.435
X 83.48%
F 26.82
--=
==
由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器出口处的CO 摩尔流量为 F’CO,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h 所以CO 的单程转化率为
CO,0CO '
CO
CO,0F F 26.82 4.435X 16.18%
F 138.4
--===
产物粗甲醇所溶解的CO 2、CO 、H 2、CH 4和N 2总量D 为
(9.829.38 1.76 2.14 5.38)B
D 0.02848Bkmol /h
1000++++==
粗甲醇中甲醇的量为
(B-D)X 甲/M m =(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h 所以，甲醇的全程收率为 Y 总=21.25/26.82=79.24% 甲醇的单程收率为 Y 单=21.25/138.4=15.36%
2 反应动力学基础
2.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：
20.850.4
/-=?w CO CO r k y y kmol kg h
式中y CO 和y CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30m 2/g ，堆密度为1.13g/cm 3，试计算：
（1）以反应体积为基准的速率常数k V 。 （2）以反应相界面积为基准的速率常数k g 。 （3）以分压表示反应物系组成时的速率常数k g 。 （4）以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数k C 。
解：利用（2.10）式及（2.27）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m 2/m 3。
33230.450.45
33
0.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.3010
11(3)()()0.05350.1508
0.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==??=-=
=
=???==?=??==?=v b w b
b
g w w
v
b n p w n
c w k k kmol m h k k k kmol m h a kmol k k P kg h MPa m RT k k P km 0.45)().kmol ol kg h
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。根据下面两图回答：
（1）是可逆反应还是不可逆反应？ （2）是放热反应还是吸热反应？
（3）在等温线上，A,D,O,E,M 点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？ （4）在等转化率线上，H,C,R,O,F 及B 点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？
（5） C,R 两点中，谁的速率大？
（6）根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？ 解： 图2.1
(1)可逆反应，因为存在平衡线
(2)放热反应，因为随反应温度升高，平衡转化率下降
(3)M 点速率最大，A 点速率最小，温度一定时，随着转化率增大，反应速率增大
(4)O 点速率最大，B 点速率最小，转化率一定时，距离最佳温度线最近的点反应速率最大，B 点在平衡线上，反应速率为零。 (5)R 点速率大于C 点速率，R 点比C 点离平衡线近
(6)M 点速率最大。等转化率线上，O 点速率最大；等温线上，M 点速率最大。而M 点速率大于O 点速率，所以十点中M 点速率最大。
图2.2
(1)可逆反应。因为存在平衡线
(2)吸热反应，因为随反应温度升高，平衡转化率增加
(3)M 点速率最大，A 点速率最小。温度一定时，随着转化率增大，反应速率增大
(4)H 点速率最大，B 点速率最小，吸热反应，转化率一定时，反应速率随温度升高而增大
(5)C 点速率大于R 点速率，吸热反应，转化率一定时，反应速率随温度升高而增大，C 点温度高于R 点
(6)无法直接判断，需要根据等速线的走向来判断H,M 点的速率大小。
2.14在Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应：
65326636(）?+C H CH CH C H C H
以A,B 及R 分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：
（1）σσ+?A A （2）σσ?+A B R （3）σσ?+B B
若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。
解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应外，其它两步达到平衡，描述如下：
θσσ
θθθ+?=
=A V
A A A A V
A
p A A K K p
σσθθ?+=-r s
A A R
B A B R
r k kp
θσσ
θθθ?+=
=B V
B B B B V
B
p B B K K p
以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：
θθ=-r s
A A R
B r k kp
由于1θθθ++=A B V 将,θθA B 代入上式得：
1θθθ++=A A V B B V V K p K p
整理得：
1
1θ=
++V A A B B K p K p
将,,θθθA B V 代入速率方程中
B
B A A P R B A B B A A R B B A A A P K P K K P P P k P K P K P P K k P K k r ++-=
++-=1)/(1
其中
/==r r s A P A B k kK K kK kK
2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：
2422422+→C H O C H O
化作22()()2()+→A B R 其反应步骤可表示如下：
（1）σσ+?A A （2）222σσ+?B B （3）σσσσ+?+A B R
（4）σσ?+R R
若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。
解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应步骤外，其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式：
(1)σσ
θθ+?=A A A V A A K p
2(2)22σσ
θ+?=B V B B
(4)σσ
θθ?+=R R R V R R K p
整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示：
θθθθ=-r s
A A
B R V r k k
根据总覆盖率为1的原则，则有：
1θθθθ+++=A B R V
或
1θθθ+++=A A V V R R V V K p K p
整理得：
θ=
V
将,,,θθθθA B R V 代入反应速率方程，得：
22
θ
=-=
r s
A A V R R V
r kK p kp K
其中
/
==
r s
R
k kK K k kK
3 釜式反应器
3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：
325325
+→+
CH COOC H NaOH CH COONa C H OH
该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问：
（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？
（2）若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？
解：（1）
00222
00
000
1
()(1)1
10.95
169.6min(2.83)
5.60.0210.95
===?
---
=?=
?-
??
Af Af
X X
A A A
A A
A A A A A A
dX dX X
t C C
R k C X kC X
h
(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h。
3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：
223222
+→++ CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO
以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO
3
水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为 1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到95%。
（1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；
（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
解：(1)氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h
每小时需氯乙醇：
0.326680.5
91.11/
0.9530%
?
=
?
kg h
每小时需碳酸氢钠：0.326684
190.2/0.9515%?=?kg h
原料体积流量：
091.11190.2
275.8/1.02+=
=Q l h
氯乙醇初始浓度：00.32661000
1.231/0.95275.8?==?A C mol l
反应时间：
020
00110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-?
?Af
Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X
反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l
（2） 反应器的实际体积：956.5
12750.75=
==r V V l f
3.8在一个体积为300l 的反应器中86℃等温下将浓度为3.2kmol/m 3的过氧化氢异丙苯溶液分解：
65323365()→+C H C CH COH CH COCH C H OH
生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s -1,最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。
（1） 如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min; （2） 如果是全混流反应器； （3） 试比较上二问的计算结果；
（4） 若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？ 解：（1）
000
00000011
ln
()(1)111
ln 56.370.94min 0.810.989
()(0.9415)300===---=
==-=+=+=??Af
Af X X A A A A A A A A A
r dX dX t C C R k C X k X s V Q t t Q l
0300/15.9418.82/min ==Q l
苯酚浓度0 3.20.989 3.165/==?=苯酚
A A C C X mol l
苯酚产量018.82 3.16559.56/min 335.9/=?==苯酚
Q C mol kg h
（2）全混流反应器
00000(1)(1)
(1)
3000.08(10.989)0.2669/16.02/min
0.989==
---?-=
===A Af Af r A Af Af r Af Af
Q C X Q X V kC X k X V k X Q l s l X
苯酚产量016.02 3.20.98950.69/min 285.9/=??==苯酚Q C mol kg h
（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。
（4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，但由于C AB 增加一倍，故C 苯酚
也增加一倍，故上述两
个反应器中苯酚的产量均增加一倍。
3.15等温下进行 1.5级液相不可逆反应：→+A B C 。反应速率常数等于5m 1.5/kmol 1.5.h ，A 的浓度为2kmol/m 3的溶液进入反应装置的流量为1.5m 3/h ，试分别计算下列情况下A 的转化率达95%时所需的反应体积：（1）全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联；（3）保证总反应体积最小的前提下，两个全混流反应器串联。 解：（1）全混流反应器
3
001.5 1.5 1.5 1.5
0 1.520.9518.02(1)52(10.95)
??=
==-??-A A r A A Q C X V m kC X
（2） 两个等体积全混流反应器串联
001
1 1.5 1.5
0100212 1.5 1.5
02(1)()
(1)=--=
-A A r A A A A A r A A Q C X V kC X Q C X X V kC X
由于12=r r V V ，所以由上二式得：
1211.5 1.512()
(1)(1)-=
--A A A A A X X X X X
将X A2=0.95代入上式，化简后试差解得X A1=0.8245，所以：
3
001
1 1.5 1.5
01 2.379(1)
==-A A r A A Q C X V m kC X
串联系统总体积为：312 4.758==r r V V m （3） 此时的情况同（1），即318.03
=r V m
3.16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：
12
22→=→=A A
D R
A R r k C R D
r k C
C A ,C R 为组分A 及R 的浓度。r A 为组分A 的转化速率，r
D 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：
00102.040min
0.5
(1)0.1(1)====
=
--r A A A
A A A V Q C X X k C X X ττ
所以：
302
120.80,(1)0.02/402==-===-A A A A R
A R
X C C X kmol m C k C k C τ
即为：
2
301000.080
0.02372/0.02372
0.23720.1+-===
==A R R R R A C C C kmol m C Y C
4 管式反应器
4.1在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应：
6532664+→+C H CH H C H CH
在反应条件下该反应的速率方程为：
0.5
1.5,/.=T H r C C mol l s
式中C T 及C H 分别为甲苯及氢的浓度，mol/l ，原料处理量为2kmol/h ，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为50mm ，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。
解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程，原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即：
00=T H C C ，则有：0(1)==-T H T T C C C X
示中下标T 和H 分别代表甲苯与氢，其中：
5
33
003
30000.5 1.01310 5.6810/8.314101073
2/21/0.27810/--??===???====?T T T T p C kmol m RT F Q C kmol h kmol s
所以，所需反应器体积为：
00000.5 1.5
0 2.50.95
3
3
3 1.5 1.501.5 1.5(10.95)10.278100.4329 3.0061.5(5.6810)(1) 1.51
---==--=?=?=?--?
??T
T X X T T
r T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX m
X 所以，反应器的长度为：2
3.006
1531.10.05 3.14/4=?m
4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。
解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题3.2中已算出：
0275.8/=Q l h 0 1.231/=A C mol l
所以，所需反应器体积：
000
00000(1)()
275.80.95818.61 5.2 1.23110.95=--===-?-?
A
X A
r A A A B A A A A A dX V Q C kC X C C X Q X l kC X
由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大，这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。
4.8在管式反应器中400℃等温下进行气相均相不可逆吸热反应，该反应的活化能等于39.77kJ/mol 。现拟在反应器大小，原料组成及出口转化率均保持不变的前提下（采用等温操作），增产35%，请你拟定一具体措施（定量说明）。设气体在反应器内呈活塞流。
解：题意要求在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变，由下式：
000
/()=?
A
X A
r A A dX V Q C kf X
可知，反应器大小，原料组成及出口转化率均保持不变的前提下，Q 0与反应速率常数成正比，而k 又只与反应温度有关，所以，提高反应温度可使其增产。具体值为:
2
397708.31402012139770
8.314673
10.35// 1.35
1
-
-
?+==
==T Ae Q Q k k Ae
解此式可得：T 2=702.7K 。即把反应温度提高到702.7K 下操作，可增产35%。
4.9根据习题3.8所给定的条件和数据，改用活塞流反应器，试计算苯酚的产量，并比较不同类型反应器的计算结果。 解：用活塞流反应器：
000
011
/ln
(1)1==--?
A
X A r A A A A dX V Q C kC X k X
将已知数据代入得：
00.311
ln
0.0810.989=-Q
解得：3
0.319/min =Q m ，所以苯酚产量为： 0000.319 3.20.989 1.01/min
1.0994/min 94.99/min
==??= =?=A A A A F X Q C X kmol kg kg
由计算可知改用PFR 的苯酚产量远大于全混流反应器的苯酚产量，也大于间歇式反应器的产量。但间歇式反应器若不计辅助时间，其产量与PFR 的产量相同（当然要在相同条件下比较）。
4.11根据习题3.15所给定的条件和数据，改用活塞流反应器，试计算：（1）所需的反应体积；（2）若用两个活塞流反应器串联，总反应体积是多少？ 解：（1）用PFR 时所需的反应体积：
0.5
0.50000 1.5 1.50
00.50.53
(1)1(1)0.51.52000(10.95)1 1.470.50.1581----??==--??-???=--=?
???
A
X A A r A A A A Q C dX V Q C X kC X k
m
（2）若用两个PFR 串联，其总反应体积与（1）相同。
5 停留时间分布与反应器流动模型
5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下：
022
2313
≤??=-≤≤??≥?
()t c t t t t
试求：
（1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 （2） 数学期望θ及方差2
θσ。
（3） 若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？ （4） 若用轴相扩散模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？
（5）若在此反应器内进行一级不可逆反应，反应速率常数k=1min -1，且无副反应，试求反应器出口转化率。
解：（1）由图可知C(∝)=1.0，而F(θ)=F(t)=C(t)/ C(∝)，所以：
0208
22308121312
≤≤?
?
==-≤≤≤≤??≥≥?,.()(),
..,.t F F t t t t ?θθθ
21
230
3
??==≤≤???
()()p f t dF t E t t dt t
min
5.2)(3
2
===??∞tdt dt t tE t =
所以：
00825
0812012
??
==≤≤???
.()()....p f E tE t ?θθθ
（2）由于是闭式系统，故==/r t V Q τ，所以1=θ 方差：
01333.015.21)(2
.18
.020
2
2
=-=
-=
?
?
∞
θθθθθσθd d E
（3）由（5.20）式可得模型参数N 为：
2
1100133375===//.N θσ （4）略
（5）用多釜串联模型来模拟，前已求得N=75，应用式（3.50）即可计算转化率：
75
1251111110914575?=-+=-+
=./()/().N A X k
N
τ
5.5已知一等温闭式液相反应器的停留时间分布密度函数E(t)=16texp(-4t),min -1，试求： （1） 平均停留时间; （2） 空时； （3） 空速；
（4） 停留时间小于1min 的物料所占的分率； （5） 停留时间大于1min 的物料所占的分率；
（6）若用多釜串联模型拟合，该反应器相当于几个等体积的全混釜串联？ （7）若用轴向扩散模型拟合，则模型参数Pe 为多少？
（8）若反应物料为微观流体，且进行一级不可逆反应，其反应速率常数为6min -1,C A0=1mol/l,试分别采用轴向扩散模型和多釜串联模型计算反应器出口转化率，并加以比较；
（9）若反应物料为宏观流体，其它条件与上述相同，试估计反应器出口转化率，并与微观流体的结果加以比较？ 解：（1）由（5.20）式得：
40
1605∞
∞
-===??().min
t t tE t dt t te dt
（2）因是闭式系统，所以：
05==.min t τ
（3） 空速为空时的倒数，所以：
1
1
1
205-===min .S ντ
（4）
11
14440
01
1164409084
0---===-+=???()().t t
t F E t dt te dt te e dt
所以，停留时间小于1min 的物料所占的分率为90.84%。
（5）1110908400916-=-=()..F 。停留时间大于1min 的物料占9.16%。 （6）先计算方差：
2
2
2
2
220
241
3105
20
∞
∞
∞
--=-=-=-∞ =--=???()()().E d E d e d e θθθσ?θθθ?θθθθθθ
根据多釜串联模型参数与方差的关系得：
2
1
1
205=
=
=.N θσ
(7)略
（8）因是一级不可逆反应，所以估计反应器出口转化率既可用扩散模型，也可用多釜串联模型或离析流模型，其结果应近似。 采用多釜串联模型，由（3.50）式得：
2
011
1016116052-=
===++?.(/)(./)A Af N A C X C k N τ
所以有：
1016084=-=..Af X
（9）用离析流模型，因一级不可逆反应，故间歇反应器的60-=()t
A A C t C e ，所
以：
6410000001616016∞∞∞---==?==???()().t t t A A
A A C C t E t dt e e dt te dt C C
反应器出口转化率为X A =0.84，计算结果同前题用多釜串联模型结果相近。
5.7在一个全混流釜式反应器中等温进行零级反应A →B,反应速率r A =9mol/min.l,进料浓度C A0为10mol/l ，流体在反应器内的平均停留时间t 为1min,请按下述情况分别计算反应器出口转化率： （1） 若反应物料为微观流体； （2） 若反应物料为宏观流体。
并将上述计算结果加以比较，结合题5.5进行讨论。
解：（1）因是微观流体，故可用全混流反应器的物料衡算式,且又是闭式系统，
1==min t τ，所以：
01019--=
==A A A
A C C C R τ
解得：1=/A C mol l 011110090=-=-=//.A A A X C C
（2）宏观流体且是零级反应，故只能用离析流模型，先确定式中C A (t)与t 的关系。在间歇反应器中：
9-=/min.A
dC mol l dt
积分上式得：
10
100991009?
-≤
??=????..f
A A t t C C t 上式中t=10/9min 为完全反应时间。而全混流反应器的停留时间分布为：
1
1
=-=-()exp(/)exp(/)
E t t t t t ττ
代入（5.38）式中得：
109
00
1
110090396
∞-==--=??
/'(/)()(..)exp(/).A
A A X C C E t dt t t t dt t
所以出口转化率0604='
.A X
由此可见，对于零级反应，其他条件相同，仅混合态不同，则出口转化率是不同的。且宏观流体的出口转化率为0.604，低于同情况下微观流体的出口转化率。但习题5.5是一级反应，所以混合态对出口转化率没有影响。
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
. 化学反应工程试卷及答案 一、填空题（共25分,每空1分） 1．化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系， 即 ，而且着重研究传递过程对 的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。 2．反应器按型式来分类可以分为管式反应器、 和 。 3．对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为 ；反应产物C 的生成速率表达式为： 。 4．反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、 和 。 5．间歇釜反应器中进行如下反应： P A → (1) 1 1n A A C k r = 1E S A → (2) 22n A A C k r = 2E 在Ao C 和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中S p C C /增大，表明活化能1E 与2E 的相对大小为 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中S p C C /增大，表明反应级数1n 、2n 的相对大小为 。 6．单位时间内由颗粒外表面传递至气相主体的热量可由牛顿冷却定律表达，其表数学表达式为 。 7．全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。 8．对催化剂性能影响最大的物理性质主要是 、 和孔体积分布。 9．复合反应包括三个基本反应类型，即并列反应、平行反应和_____________。 10．在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为 。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为 。 11．对于反应级数0
1 绪论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+ 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）反应的选择性； （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： 0.629Y S 0.961196.11% X 0.720==== （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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为 2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4 .27x =69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH: %1002 21004.27?+ +--y x y x =6.983%
空气： %1002 210023279.54?+ +-- y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+ +++y x y x =34.87% HCHO: %10022100?+ +y x x =17.26% CO 2: %1002 2100?+ +y x y =0.6983% 1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下： 23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 24924CO 8H C H OH 3H O +?+ 222CO H O CO H +?+ 由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 放空气体 Akmol/h 原料气和冷凝分离后的气体组成如下： 组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82
土木工程材料课后习题 第一章 2、当某种材料得孔隙率增大时,表17内其她性质如何变化？(用符号表示:↑增大、↓下降、不变、？不定) 材料长期在水得作用下不被破坏,强度也不显著降低得性质称耐水性 用软化系数来表示K R=f b/f g 工程中将K R>0、85得材料瞧做就是耐水材料,可以用在水中或潮湿环境中得重要结构;用于受潮较轻或次要结构时,材料得K R值也不得低于0、75 4、材料发生渗水与冻融破坏得主要原因就是什么？如何提高材料得抗渗性与抗冻性？材料得孔隙率大,孔径大、开口并连通得空隙多、强度低就是发生渗水与冻融破坏得主要原因。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法提高材料得抗渗性。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、提高材料得强度等方法提高材料得抗冻性。 5、什么就是材料得导热性？用什么表示？一般如何利用孔隙提高材料得保温性能？导热性就是指材料传导热量得能力。用导热系数来表示。 减少开口孔隙率,提高闭口孔隙率比例。 7、什么就是材料得耐久性？通常用哪些性质来反映？ 材料得耐久性就是指其在长期得使用过程中,能抵抗环境得破坏作用,并保持原有性质不变、不破坏得一项综合性质。 通常用抗渗性、抗冻性、抗老化与抗碳化等性质。 8、某工地有砂50t,密度为2、65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3;石子100t,密度为2、70g/cm3,堆积密度为1500kg/m3、试计算砂石得空隙率,若堆积高度为1、2m,各需要多大面积存放？ 砂:绝对密实体积V1=50*1000/2650=18、87m3 自然状态下得体积V2=50*1000/1450=34、48m3 砂得空隙率为P1=(34、4818、87)/34、48=45、28% 存放面积为S1=3*34、48/1、2=86、2m2 石:绝对密实体积V3=100*1000/2700=37、04m3 自然状态下得体积V4=100*1000/1500=66、67m3 砂得空隙率为P2=(66、6737、04)/66、67=44、44% 存放面积为S2=3*66、67/1、2=166、675m2 第二章 3、花岗石与大理石各有何特性及用途？ 花岗石特性:(1)、密度大。(2)、结构致密,抗压强度高。(3)、孔隙率小,吸水率低。(4)、材质坚硬。(5)、装饰性好。(6)、耐久性好。 用途:用于高级建筑结构材料与装饰材料
化学反应工程试题答案 一、单选题：（共60 小题，每题0.5分） 1、化学反应工程是研究如下问题的学科：（A ） A、化学反应器工程问题 B、化工单元操作 C、反应器特性 D、传递特性 2、化学反应工程研究的对象是：（A） A、化学反应器 B、单元操作 C、化工流程 D、化学工艺 3、连续操作的反应器的独立变量为（C） A、浓度 B、反应时间 C、反应器体积大小 4、理想混合的间歇反应器的独立变量为（B） A、反应速率 B、反应时间 C、反应空间 5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是：（C） A、反应物浓度 B、反应时间 C、反应空间 6、间歇操作的反应器所具有的特点包括：（A） A、参数随时间变化 B、参数随空间变化 C、累积量为零 D、累积量不为零 7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 9、稳定的定常态操作点符合如下条件：（A） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 10、若CSTR 的某一操作点是稳定的定常态操作点，则该操作状态具有的特点是：（C） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 11、在CSTR 中进行一级不可逆反应，最多可以有几个定常态操作点？（D） A、0 B、1 C、2 D、3 E、4 12、对于反应级数大于零的反应，下述情况哪种容积效果最高？（C）
A、单釜CSTR B、多釜CSTR C、PFR
化学反应工程习题（第五章） 5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 2223C H HCl C H Cl +? ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式： (1) 2 (/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++ (4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++ 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：（1） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσσσ+?+ （控制步骤） C C σσ?+ （2） 11A A σσ+? 22 122111 B B A B C C C σσσσσσσσ+?+→+?+（控制步骤） （3） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσ+→+ （控制步骤） （4） B B σσ+? A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ?+ 5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2 ++ ?+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，2 92O p m m H g =。 24()C H p m m H g 70 100 195 247 315 465 5 010(/) r m ol hr g ??催化剂 3.9 4.4 6.0 6.6 7.25 5.4 注：1mmHg=133.322Pa
第一章 金属的性能 一、填空（将正确答案填在横线上。下同） 1、金属材料的性能一般分为两类。一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷。 3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。 4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb 和σs 表示。 6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb 或σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。 7、有一钢试样其截面积为100mm 2，已知钢试样的MPa S 314=σ MPa b 530=σ 。拉伸试验时，当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象，当受到拉力为—————— 时，试样出现缩颈。 8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。 9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm ，缩颈处的最小直径为4.9 mm ，此材料的伸长率为—————，断面收缩率为——————。 10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力。称为冲击韧性。 11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs ，抗拉强度σb ，洛氏硬度C 标尺HRC ， 伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk ，疲劳极限σ-1。 二、判断（正确打√，错误打×。下同） 1、弹性变形能随载荷的去除而消失。（√ ） 2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显着的屈服现象。（× ） 3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。（× ） 4、洛氏硬度值无单位。（√ ） 5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。（× ） 6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。（ ×） 7、布氏硬度测量法不宜于测量成品及较薄零件。（ √） 8、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的压痕深度得出的。（√ ） 9、铸铁的铸造性能比钢好，故常用来铸造形状复杂的工件。（√ ） 三．选择（把正确答案填入括号内。下同） 1、拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（B ）。 A.屈服点 B.抗拉强度 C.弹性极限 2、做疲劳试验时，试样承受的载荷为（C ） A.静载荷 B.冲击载荷 C 交变载荷 3、洛氏硬度C 标尺所用的压头是（ B ） A.．淬硬钢球 B.金刚石圆锥体 C.硬质合金球 4．金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ） A.．塑性 B.硬度 C.强度 5．用拉伸试验可测定材料的（A ）性能指标。 A.．强度 B.硬度 C.韧性
《化学反应工程》期末考试试题A 卷参考答案 一、填空（每空3分，共24分） 1、在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就 愈小 。 2、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠__分子引力__结合的，而化学吸附是靠__化学键__结合的。 3、在等温活塞流反应器中进行一级均相反应，反应器体积不变，进口浓度C A0从1mol/L 增加到2mol/L ，如果出口转化率不变，则进料体积流量V 0必须 不变 ； 4、活化能的大小直接反映了___反应速率 _____对温度的敏感程度。 5、对于等温下进行串联反应S P A k k ?→??→? 21，在达到相同转化率的情况下，平推流反应器的效果 优于 全混流反应器。 6、用阶跃示踪法测停留时间分布时，通入示踪物5秒后测得F(t)=0.8，这说明通过该反应器的流体中80%的停留时间为 小于等于5秒 ，20%停留时间为 大于5秒 。 二、选择题（每题3分，共24分） 1、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 2、全混流反应器停留时间分布特征值方差2θσ为 B 。 A 、0 B 、1 C 、t D 、∞ 3、气相反应2423CO H CH H O +?+，进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子c o δ= A 。 A . -2 B. -1 C. 1 D. 2 4.反应级数n= C 时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 2 5、对于单一反应组分的平行反应((A S A P →→主），副），其瞬间收率A ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 A 。 A.全混流反应器 B. 全混流串接平推流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 平推流反应器 6. 阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为 B 。 A. E （t ）曲线 B. F （t ）曲线 C. I （t ）曲线 D. y （t ）曲线 7、反应物A 的水溶液在等温全混流反应器中进行两级反应，出口转化率为0.4，若改为等体积的活塞流反应器中进行，则出口转化率为 C 。
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）， A 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 mol n P =n A0Y P =18.96 mol n 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 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol 1. 1. 2其主副反应如 下： 由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩 原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h
100kmol 放空气 体 原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol） 组分原料气冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 6.20%,均为 重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比）， 试计算： （1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =9.554 又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N 2 作衡算 得： 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中CO摩尔流量为
视窗 × 第一阶段在线作业 单选题 (共40道题) 展开 收起 1.（ 2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：C 此题得分：2.5分 2.（2.5分）对于反应级数n＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积， 应选用_______。 ?A、平推流反应器 ?B、全混流反应器 ?C、平推流串接全混流反应器 ?D、全混流串接平推流反应器
我的答案：A 此题得分：2.5分 3.（2.5分）对反应级数大于零的单一反应，对同一转化率，其反应级数越小， 全混流反应器与平推流反应器的体积比_______。 ?A、不变 ?B、越大 ?C、越小 ?D、不一定 我的答案：C 此题得分：2.5分 4.（2.5分）下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。 ?A、平推流反应器串联 ?B、全混流反应器串联 ?C、平推流反应器并联 ?D、全混流反应器并联 我的答案：B 此题得分：2.5分 5.（2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：A 此题得分：2.5分 6.（2.5分）
?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：B 此题得分：2.5分 7.（2.5分）下列反应其中，_______的返混程度最小。 ?A、平推流反应器 ?B、全混流反应器 ?C、间歇反应器 ?D、流化床反应器 我的答案：A 此题得分：2.5分 8.（2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：A 此题得分：2.5分
?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：C 此题得分：2.5分 10.（2.5分）分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项__ _____。 ?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 我的答案：B 此题得分：2.5分 11.（2.5分）对于可逆放热反应，为提高反应速率应_______。 ?A、提高压力 ?B、降低压力 ?C、提高温度 ?D、降低温度 我的答案：C 此题得分：2.5分
第二章 均相反应动力学 1、有一反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，反应物转化掉80％，经过18min 后， 转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。 2 A A min 18A0min 8A0A A A0d d 2 19.019.0181)(21 8.018.081)(11kc t c kc kc x x c kt =- = -?== -?=-?= 为假设正确，动力学方程 3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应P A ?，初始反应时C A0=0.5mol/L ，C P0=0反应8min 后，A 的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。 解：p A A C k C k dt dC 21-=- 210021 22) 1(k k x C x C C C K k k Ae A Ae A Ae Pe ==-===即 根据一级可逆反应积分式 1212121min 08664.08 2ln 3 132ln 18ln 1 -==+∴+=-+= k k k k x x x k k t A Ae Ae 121 1m in 02888.0m in 05776.0--==∴k k P A p A A C C C k C k dt dC 02888.005776.021-=-=- 5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为V n k dt dn V r A A A =- =-1)(，在反应过程 中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导 )(A t p f dt dp =的表达式。
解：A t A A A t A A A A A A A A t A A t A A A t kp dt dp RT p k kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dt dp dt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)0 0======-=-=-=-=--=--=-+=得即 8、纯气相组分A 在一等温等容间歇反应器中按计量式P A 5.2?进行反应，实验测得如下 数据， 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 ∝ 分压p A /MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 用积分法求此反应的动力学方程式。 解：由于当∞→t 时，02.0=A p 常数，因此假设为一级可逆反应。 ）即，即，达到平衡时，020220 20220212 121210215 1 (5.125.25.125.25.210)(5.2101002 .02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2A A A A A A A A A A A Ae pe pe Ae A A p p A A p p k p k p k p k p k p k p p k p k dt dp k k p p k k RT p k RT p k MPa p p p c k c k dt dc p A e - =-=-+-=-?-=- ====∴ ==-=-=-=-→∞
1- 5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。 （1 ）检查锉刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片； （1 ）检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号 HBW。 （3 ）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。（5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 2- 4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？ 单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出 各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。如果金属中 无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，
降低金属的抗腐蚀性能。 2- 6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。 间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。 3- 3常用的管路焊锡为成分w(Pb=50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金。 若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。 吨r-i ⑷ I叽 Sn
作业名称：2015年春季网上作业2 出卷人：SA 作业总分：100 通过分数：60 起止时间： 学员成绩：95 标准题总分：100 标准题得分：95 详细信息： 题号:1 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 图形: A、 B、 C、 D、 标准答案:B 学员答案:D 本题得分:0 题号:2 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 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。 A、间歇釜 B、平推流 C、全混流 D、循环反应器（β=1） 标准答案:B 学员答案:B 本题得分:5
题号:3 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 在CSTR中，停留时间小于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的百分比为（）%。 A、36.8% B、 32.6% C、 67.4% D、 63.2% 标准答案:D 学员答案:D 本题得分:5 题号:4 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 可逆放热反应最优温度序列的实施，可采用多段绝热，（）的方法。 A、段间蒸发 B、段间加热 C、段间出料 D、段间冷激 标准答案:D 学员答案:D 本题得分:5 题号:5 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: CSTR中进行放热反应，其热平衡条件是（）。 A、Qg=0 B、 Qg<> C、 Qg>Qr D、 Qg=Qr 标准答案:D
学员答案:D 本题得分:5 题号:6 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 若一气固相催化反应过程，本征级数为n级。当内扩散影响严重时，则其表观反应级数表现为（）。 A、n/2级 B、 n级 C、 (n+1)/2级 D、(n+1)级 标准答案:C 学员答案:C 本题得分:5 题号:7 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 下列不存在返混的反应器是（ )。 A、间歇釜 B、流化床 C、全混釜 D、循环反应器 标准答案:A 学员答案:A 本题得分:5 题号:8 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:5 内容: 图形: A、
《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和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-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于￡—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(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mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2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lnk 10000 102.其活化能为 T 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10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C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2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中（& ）= 1/3 （仏）二1/2 扁3 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G°. 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”。 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 匚些.转化率为nxA—。 1 （n 1）X A 1 （n 1）X A 16. 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S的定义为（n P-g）/ (n s- n s0)
工程材料 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。 如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半 原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？
第一章（摩尔衡算）作业答案： P1-11A 在一个连续流动的反应器中反应： A B 等温进行，计算当进料的摩尔流率为5mol/h, 假设反应速率-r A 为： （a ） -r A =k ， k=0.05mol/h.L 时 （b ） -r A =kC A ， k=0.0001s -1 时 （c ） -r A =kC A 2， k=3 L/mol.h 时 消耗99%的组分A （即C A =0.01C A0）时，对CSTR 和PFR 反应器需要的反应器体积。 进料的体积流量为10L/h 。[注意：F A =C A v 。当体积流量恒定时，v=v 0, 因此，F A =C A v 0。故C A0=F A0/v 0=（5 mol/h ）/(10L/h)=0.5mol/L 。] 解： （a ）在CSTR 中，组分A 的摩尔平衡方程为：Ao A A F F V r -= - 00.0110/0.5/0.990.99990.05/.--?= ===?=Ao A Ao A Ao C v C v C v C v vC L h mol L V L k k k mol h L 对PFR ，组分Ａ的摩尔平衡方程为：A A dF r dV = 摩尔流率与体积流率之间的关系：A A F C v = 由于体积流率v 恒定，故有： A A A dF dC v dC v dV dV dV == 对零级不可逆反应，反应速率可写为：A r k -= 将r A 代入方程得到：A A dC v r k dV ==- 整理得：A v dC dV k -= 反应器入口的条件：当V=0 时 C A =C A0 对上式子积分：0 A A C V A C v dC dV k -=?? 给出方程：0()A A v V C C k = - 将C A0、C A 、v 和k 的数值代入方程，得：
一、填空（40分） （1）气相反应A＋3B→2C，则δ= δ= 。ΒA dC A?r?,前提是（2）反应速率常数有时可以表为。A dt （3）空间速度是指 ___________ ， 空间时间是指 __________。 （4）反应具有最佳温度曲线， 最佳温度曲线是指 __________ 。 4.0克／cm5）多孔性球形颗粒10克，半径1cm，系由密度为（孔隙率3的材料制成。 则其孔容积V= ,θ= g 。假密度ρ= 2?0.218?，如果采用扩散模型，则）已知某非理想流动反应器其停留时间分布的方差 （6?Pe=_______,如果采用多级全混流模型，则m=_______ （7）催化剂微孔内的气体扩散有＿＿＿＿扩散，＿＿＿＿扩散、＿＿＿＿扩散、 及＿＿＿＿扩散等多种形式。。 L r?2C AL A C1mol/L, ，进料反应进行至，（8）复合反应＝A02C2r?M AM x?0.5, s = 时。如果该反应在在固体催化剂中进行时，由瞬时选择性LA。于内扩散的影响，选择性会t?E(t)dt?F(?)?F(0)?）（9,，。 0． （10）内扩散效率因子ζ和Thiele模数Φ的数值通常有如下关系： 外扩散和化学动力学控制时ζ1，Φ值较； 内扩散强烈影响时ζ1，Φ值较。 （11）CO中温变换反应器属于固定床里的反应器。固定床按气体流动方向， 可以分为和反应器。 492－＝/s, =1.5×1012）某一级不可逆的气液反应过程，已知k=10mm/s,D（LL则当k 时，该反应属于快反应，反应区主要在，工业上可选用 反应器或反应器；当k 时，该反应属于慢反应，这时反应区主 要在，工业上可选用或反应器。 L2r?1.0CC BAL L 13AB为主产物，则适＋（，）对于平行反应2r?2.0CC M BAA CC 的要求是宜的操作条件对和。BA （14）返混是指
第一章 2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。试问： （1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？ （2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？ （3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。 （2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。 （3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。 4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？ σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW 答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。 σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。 σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。 σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。 δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。 HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。 HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。 HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。 7.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；
第一阶段在线作业 单选题(共40道题) 展开 收起 1.（ 2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：C 此题得分：2.5分 2.（2.5分）对于反应级数n＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积， 应选用_______。
?A、平推流反应器 ?B、全混流反应器 ?C、平推流串接全混流反应器 ?D、全混流串接平推流反应器 我的答案：A 此题得分：2.5分 3.（2.5分）对反应级数大于零的单一反应，对同一转化率，其反应级数越小， 全混流反应器与平推流反应器的体积比_______。 ?A、不变 ?B、越大 ?C、越小 ?D、不一定 我的答案：C 此题得分：2.5分 4.（2.5分）下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。 ?A、平推流反应器串联 ?B、全混流反应器串联 ?C、平推流反应器并联 ?D、全混流反应器并联 我的答案：B 此题得分：2.5分
5.（2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：A 此题得分：2.5分 6.（2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、.
我的答案：B 此题得分：2.5分 7.（2.5分）下列反应其中，_______的返混程度最小。 ?A、平推流反应器 ?B、全混流反应器 ?C、间歇反应器 ?D、流化床反应器 我的答案：A 此题得分：2.5分 8.（2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：A 此题得分：2.5分
9.（2.5分） ?A、. ?B、. ?C、. ?D、. 我的答案：C 此题得分：2.5分 10.（2.5分）分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项__ _____。 ?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 我的答案：B 此题得分：2.5分 11.（2.5分）对于可逆放热反应，为提高反应速率应_______。 ?A、提高压力 ?B、降低压力 ?C、提高温度 ?D、降低温度