1、化學反應工程試題庫一、填空題1. 質量傳遞 、 熱量傳遞 、 動量傳遞 和化學反應 稱為三傳一反.2. 物料衡算和能量衡算的一般表達式為 輸入-輸出=累積 。3. 著眼組分A轉化率xA的定義式為 xA=(nA0-nA)/nA0 。4. 總反應級數不可能大于 3 。5. 反應速率-rA=kCACB的單位為kmol/(m3·h)，速率常數k的因次為 m3/(kmol·h ) 。6. 反應速率-rA=kCA的單位為kmol/kg·h，速率常數k的因次為 m3/kg·h 。7. 反應速率的單位為mol/L·s，速率常數k的因次為 (mol)1/2

2、83;L-1/2·s 。8. 反應速率常數k與溫度T的關系為，其活化能為 83.14kJ/mol 。9. 某反應在500K時的反應速率常數k是400K時的103倍，則600K時的反應速率常數k時是400K時的 105 倍。10. 某反應在450時的反應速率是400時的10倍，則該反應的活化能為（設濃度不變） 186.3kJ/mol 。11. 非等分子反應2SO2+O2=2SO3的膨脹因子等于 -0.5 。12. 非等分子反應N2+3H2=2NH3的膨脹因子等于 2/3 。13. 反應N2+3H2=2NH3中（）= 1/3 （）= 1/2 14. 在平推流反應器中進行等溫一級不可逆反應

3、，反應物初濃度為CA0，轉化率為xA，當反應器體積增大到n倍時，反應物A的出口濃度為 CA0(1-xA)n ，轉化率為 1-(1-xA)n 。15. 在全混流反應器中進行等溫一級不可逆反應，反應物初濃度為CA0，轉化率為xA，當反應器體積增大到n倍時，反應物A的出口濃度為，轉化率為。16. 反應活化能E越 大 ，反應速率對溫度越敏感。17. 對于特定的活化能，溫度越低溫度對反應速率的影響越 大 。18. 某平行反應主副產物分別為P和S，選擇性SP的定義為 (nP-nP0)/ (nS-nS0) 。 19. 某反應目的產物和著眼組分分別為P和A其收率P的定義為 (nP-nP0)/ (nA0-nA)

4、 。20. 均相自催化反應其反應速率的主要特征是隨時間非單調變化，存在最大的反應速率 。21. 根據反應機理推導反應動力學常采用的方法有 速率控制步驟 、 擬平衡態 。22. 對于連續操作系統，定常態操作是指 溫度及各組分濃度不隨時間變化 。23. 返混的定義： 不同停留時間流體微團間的混合 。24. 平推流反應器的返混為 0 ；全混流反應器的返混為 。25. 空時的定義為 反應器有效體積與進口體積流量之比 。26. 針對著眼組分A的全混流反應器的設計方程為。27. 不考慮輔助時間，對反應級數大于0的反應，分批式完全混合反應器優于全混流反應器。28. 反應級數>0時，多個全混流反應器串聯

5、的反應效果 優于全混流反應器。29. 反應級數<0時，多個全混流反應器串聯的反應效果 差于 全混流反應器。30. 反應級數>0時，平推流反應器的反應效果 優于 全混流反應器。31. 反應級數<0時，平推流反應器的反應效果差于 全混流反應器。32. 對反應速率與濃度成正效應的反應分別采用全混流、平推流、多級串聯全混流反應器其反應器體積的大小關系為 全混流多級串聯全混流平推流 ；33. 通常自催化反應較合理的反應器組合方式為 全混流 + 平推流 。34. 相同轉化率下，可逆放熱反應的平衡溫度 高于 最優溫度。35. 主反應級數大于副反應級數的平行反應，優先選擇 平推流 反應器。3

6、6. 主反應級數小于副反應級數的平行反應，優先選擇 全混流 反應器。37. 要提高串聯反應中間產物P收率，優先選擇 平推流 反應器。38. 主反應級活化能小于副反應活化能的平行反應，宜采用 低 溫操作。39. 主反應級活化能大于副反應活化能的平行反應，宜采用 高 溫操作。40. 停留時間分布密度函數的歸一化性質的數學表達式。41. 定常態連續流動系統，F(0)= 0 ；F()= 1 。42. 定常態連續流動系統，F(t)與E(t)的關系。43. 平均停留時間是E(t)曲線的 分布中心 ；與E(t)的關系為。44. 方差表示停留時間分布的 分散程度 ；其數學表達式為。45. 采用無因次化停留時間

7、后，E()與E(t) 的關系為。46. 采用無因次化停留時間后，F()與F(t) 的關系為 F()=F(t) 。47. 無因次方差與方差的關系為。48. 平推流反應器的= 0 ；而全混流反應器的= 1 。49. 兩種理想流動方式為 平推流 和 全混流 。50. 非理想流動的數值范圍是 01 。51. 循環操作平推流反應器循環比越 大 返混越大。52. 循環操作平推流反應器當循環比= 0 時為平推流；當= 時為全混流。53. 停留時間分布實驗測定中，常用的示蹤方法為 脈沖示蹤 和 階躍示蹤 。54. 脈沖示蹤法根據檢測到的濃度變化曲線可以直接得到 E(t) 曲線。55. 階躍示蹤法根據檢測到的濃

8、度變化曲線可以直接得到 F(t) 曲線。56. 采用脈沖示蹤法測得的濃度CA(t)與E(t)的關系式為 E(t)= CA(t)/C0 。57. 采用階躍示蹤法測得的濃度CA(t)與F(t)的關系式為 F(t)= CA(t)/ CA0 。58. N個等體積全混釜串聯的停留時間分布的無因次方差= 1/N 。59. 多級全混釜串聯模型當釜數N= 1 為全混流，當N= 為平推流。60. 全混流的E(t)=；F(t)=。61. 平推流的E(t)=0 當、=當 ；F(t)= 0 當、=1當。62. 軸向分散模型中，Pe準數越 小 返混越大。63. 軸向分散模型中Peclet準數的物理意義是 代表了流動過程

9、軸向返混程度的大小 。64. 對于管式反應器，流速越 大 越接近平推流；管子越 長 越接近平推流。65. 為使管式反應器接近平推流可采取的方法有 提高流速 和 增大長徑比 。66. 對于 平推流 反應器，宏觀流體與微觀流體具有相同的反應結果。67. 工業催化劑所必備的三個主要條件：選擇性高 、活性好 和 壽命長 。68. 化學吸附的吸附選擇性要 高于 物理吸附的吸附選擇性。69. 化學吸附的吸附熱要 大于 物理吸附的吸附熱。70. 化學吸附常為 單 分子層吸附，而物理吸附常為 多 分子層吸附。71. 操作溫度越高物理吸附 越弱 ，化學吸附 越強 ；72. 在氣固相催化反應中動力學控制包括 表面

10、吸附 、 表面反應 和 表面脫附 。73. 氣固相催化反應本征動力學指消除 內外擴散對反應速率的 影響測得的動力學。74. 氣固相催化反應的本征動力學與宏觀動力學的主要區別是 前者無內外擴散的影響。75. 在氣固相催化反應中測定本征動力學可以通過提高氣體流速 消除外擴散、通過 減小催化劑顆粒粒度 消除內擴散。76. 固體顆粒中氣體擴散方式主要有 分子擴散 和 努森擴散 。77. 固體顆粒中當孔徑 較大時 以分子擴散為主，而當孔徑 較小時 以努森擴散為主。78. 氣固相催化串聯反應，內擴散的存在會使中間產物的選擇性 下降 。79. 氣固相催化平行反應，內擴散的存在會使高級數反應產物的選擇性 下降

11、 。80. Thiele模數的物理意義 反映了表面反應速率與內擴散速率之比 。81. 催化劑的有效系數為催化劑粒子實際反應速率/催化劑內部濃度和溫度與外表面上的相等時的反應速率。82. 催化劑粒徑越大，其Thiele模數越 大 ，有效系數越 小 ；83. 氣固相非催化反應縮核模型中氣相反應物A的反應歷程主要有三步，分別是 氣膜擴散 、 灰層擴散 和 表面反應 。84. 自熱式反應是指 利用反應自身放出的熱量預熱反應進料 。85. 固定床反應器的主要難點是 反應器的傳熱和控溫問題 。86. 多段絕熱固定床的主要控溫手段有 段間換熱 、原料氣冷激 和 惰性物料冷激 。87. 固定床控制溫度的主要目

12、的是 使操作溫度盡可能接近最優溫度線 。88. 固體顆粒常用的密度有堆密度、顆粒密度和真密度，三者的關系是 真密度顆粒密度堆密度。89. 對于體積為VP外表面積為aP的顆粒其體積當量直徑為、面積當量直徑為 、比表面當量直徑為。90. 固定床最優分段的兩個必要條件是 前一段出口反應速率與下一段進口相等 和 每一段的操作溫度線跨越最優溫度線。二、計算分析題1. 在恒容條件下，反應A+2B=R，原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3，計算當CB =20 kmol/m3時，計算反應轉化率xA、xB及各組分的濃度。解：在恒容條件下：xB=( CB0- CB )/ CB0=0.8由CA0- CA

13、 =( CB0- CB )/2得到：CA =60 kmol/m3xA=( CA0- CA )/ CA0=0.42. 在恒壓條件下，反應A+2B=R，原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3，計算當CB = 20 kmol/m3時，反應轉化率xA、xB及各組分的濃度。解：B=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5n=n0(1+ yB0B xB) = n0(1-0.5 xB)在恒壓條件下：V=V0 n/n0= V0(1-0.5xB)CB =nB/V= nB0(1- xB)/V0(1-0.5xB)= CB0(1- xB)/ (1-0.5xB)xB=8/9nA0- nA =( nB0- nB

14、 )/2xA=( nA0- nA )/ nA0=( nB0- nB )/(2 nA0)= ( nB0- nB )/(2 nB0)=0.5 xB=4/93. 串聯-平行反應A+B=R，A+R=S，原料中各組分的濃度為CA0=2.0mol/L，CB0=4.0 mol/L，CR0=CS0=0，在間歇反應器中恒容操作一定時間后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5 mol/L，計算此時組分B和S的濃度。解：在恒容條件下：CA1= CB0-CB；CA2= CS ；CR= (CB0-CB)-CS；CA0-CA=CA1+CA2得到：CS=( CA0-CA- CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0

15、.1 mol/LCB = CB0- CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4 mol/L4. 在間歇反應器中進行等溫2級、1級、0級均相反應，分別求出轉化率由0至0.9所需的時間與轉化率由0.9至0.99所需時間之比。解：在間歇反應器中： 0級反應：，1級反應：，2級反應：，5. 在等溫恒容條件下進行下列氣相反應：A2R其反應速率方程為，試推導：（1） 以A組分轉化率xA表示的反應速率方程；（2） 以總壓P表示的速率方程。假定原料組分為50%A和50%惰性氣體，氣體為理想氣體。解：（1）（2）A=(2-1)/1=1 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0A xA) = n0(1+0.5 xA

16、)xA=2n/n0-2=2P/P0-26. 在間歇反應器中進行等溫二級反應A=B，反應速率：當CA0分別為1、5、10mol/L時，分別計算反應至CA=0.01mol/L所需的時間。解：在間歇反應器中可視為恒容反應可視為：當CA0=1mol/L時，t=9900s當CA0=5mol/L時，t=9950s當CA0=10mol/L時，t=9990slnk1/T7. 試畫出反應速率常數k與溫度T的關系示意圖。解：lnk與1/T作圖為一直線8. 某氣相恒容反應在400K時的速率式為：MPa/h，（1）試問反應速率常數的單位是什么？（2）若速率式寫成 kmol/(m3·h)，試問此反應的速率常數

17、為多少？解：（1）反應速率常數的單位：(h·MPa)-1（2） m3/( kmol·h)9. 等溫下在間歇反應器中進行一級不可逆液相分解反應A=B+C，在5min內有50%的A分解，要達到分解率為75%，問需多少反應時間？若反應為2級，則需多少反應時間？解：一級反應：二級反應：10. 液相自催化反應A=B的速率方程為mol/(L·h)，在等溫間歇釜中測定反應速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，經過1小時后可測得反應速率最大值，求該溫度下的反應速率常數k。解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA 反應速率最大時：，得到CA=0.5 mol/

18、L對反應速率式積分得到，代入數據得到k=2.944 L/(mol·h)11. 對于氣相反應：A3P 其反應速率方程為-rA=kCA，試推導在恒容條件下以總壓P表示的反應速率方程。假定原料為50%A和50%惰性組分，氣體符合理想氣體。解： 在恒容條件下A=(3-1)/1=2 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0A xA) = n0(1+ xA)xA=n/n0-1=P/P0-112. 對于氣相反應：A3P 其反應速率方程為-rA=kCA，在一平推流反應器中進行等溫恒壓反應。已知反應器體積為V，原料體積流量為v0，初始濃度為CA0。試推導：其反應器設計方程，并以A組分轉化率xA表示成易積

19、分的形式。假定原料為純A，氣體符合理想氣體。解：A=(3-1)/1=2 yA0=1 等溫恒壓：v=v0(1+ yA0A xA) = v0(1+2xA)k1k2APS13. 在一全混流反應器中進行下列一級不可逆串聯反應：目的產物為P，反應器體積為V，體積流量為v0，進料為純A組分，濃度為CA0。（1）各組分的濃度表達式；（2）導出產物P的總收率、選擇性表達式；（3）導出產物P濃度達到最大所需的空時，即最優空時。解： 全混流反應器中對A組分作物料衡算 對P組分作物料衡算： P的總收率：P的總選擇性：P的濃度達到最大需滿足： 得到最優空時：14. 某一級氣相反應A=2P，反應速率常數k=0.5min

20、-1，按下列條件進行間歇恒容反應，1min后反應器內的總壓為多少？反應條件：(1)1atm純A；(2) 10atm純A；(3)1atm A和9atm惰性氣體。解：一級反應： A=(2-1)/1=1 n=n0(1+A yA0xA)= n0(1+ yA0xA) P=P0 (1+ yA0xA)(1) 1atm純A：yA0=1 P=P0 (1+ yA0xA)=1.393atm(2) 10atm純A：yA0=1 P=P0 (1+ yA0xA)=13.93atm(3) 1atm A和9atm惰性氣體：yA0=0.1 P=P0 (1+ yA0xA)=10.393atm15. 某二級液相反應A+B=C，已知在

21、間歇全混釜反應器中達到xA=0.99需反應時間為10min，問：（1）在平推流反應器中進行時，空時為多少？（2）在全混流反應器中進行時，空時為多少？（3）若在兩個等體積串聯全混流反應器中進行時，空時又為多少？解： （1）在平推流反應器中：（2）在全混流反應器中：（3）兩個等體積串聯全混流反應器中：第一個釜 第二個釜由試差法計算得到：=51.5min16. 自催化反應A+R2R其速率方程為：-rA=kCACR （1） 在等溫條件下進行反應，已知CA0和CR0，要求最終轉化率為xAf。為使反應器體積最小。試問：最合適的理想反應器組合方式；（2） 此最小反應器總體積表達式；（3） 在FA0/(-rA

22、)xA圖上表示各反應器的體積。解：（1）最合適的理想反應器組合方式：全混釜反應器串聯平推流反應器（2）反應速率最大點是兩個反應器的分界點。CA+CR= CA0+CR0 CR= CA0+CR0-CA= CM-CA反應速率最大時，d(-rA)/dt=0 CA=0.5CM若CAf0.5CM，即，僅用一個全混釜即可若CAf0.5CM，即全混釜體積：平推流體積： V=Vm+VPFA0/(-rA)VPVm0xAf17. 對于反應速率方程為的液相反應，為達到一定的生產能力，試討論當n0、n=0和n0時，如何選擇型式（平推流或全混流）使反應器體積最小，并簡單說明理由，并在圖上表示反應器的體積。解：當n=0時，

23、反應速率與反應物濃度無關，故與反應器型式無關。當n0時，反應速率與反應物濃度呈正效應，而平推流反應器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇平推流反應器。當n0時，反應速率與反應物濃度呈負效應，而平推流反應器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇全混流反應器。n0FA/(-rA)xAFA/(-rA)xAFA/(-rA)n=0n0xA18. 一級等溫反應A=P，活化能為83140J/mol，在平推流反應器中進行反應，反應溫度為420K，反應器體積為Vp，如改為全混流反應器，其體積為Vm，為達到相同的轉化率xA=0.6，（1）若反應操作溫度相同，則Vm/Vp之值應為多少？（2）若Vm/Vp=1，則全混流

24、反應器的操作溫度應為多少？解：（1） （2）Vm/Vp=1，同樣得到： 代入數據得到：Tm=440K19. 等溫二級反應，依次經過體積相等的平推流反應器和全混流反應器，出口轉化率為0.99，若將兩個反應器改換次序，問出口轉化率為多少？解：等溫二級反應得到，平推流全混流：將平推流反應器+全混流反應器時的條件代入，計算得到：kCA0=61.53全混流反應器+平推流反應器：先計算全混流出口xA=0.884全混流出口xA就是平推流進口xA，計算平推流出口xA=0.98620. 等溫一級反應，依次經過體積相等的平推流反應器和全混流反應器，出口轉化率為0.99，若將兩個反應器改換次序，問出口轉化率為多少？

25、解：等溫一級反應得到，平推流全混流：將平推流反應器+全混流反應器時的條件代入，計算得到：k=3.175全混流反應器+平推流反應器：先計算全混流出口xA=0.760全混流出口xA就是平推流進口xA，計算平推流出口xA=0.9921. 液相二級不可逆反應A+B=C，CA0=CB0，在平推流反應器進行試驗，當=10min時xA=0.99，問在相同溫度下為達到相同轉化率，采用（1）在全混流反應器中進行時，空時為多少？（2）若在兩個等體積串聯全混流反應器中進行時，空時又為多少？22. 在恒溫恒容下進行下式所示的自催化反應：A+R2R，其速率方程為，初始濃度分別為和，試推導其在間歇釜中達到最大反應速率時的

26、時間和A組分的濃度，若采用連續操作，應采用何種理想反應器組合方式，可使反應器總體積最小，并用示意圖進行表示。23. 平行反應：AP rP=1S rS=2CAT rT=CA2其中P為目的產物，在等溫操作中，證明：采用全混流反應器最大產物濃度CPmax=CA0；采用平推流反應器最大產物濃度CPmax= CA0/(1+ CA0)。24. 等溫一級不可逆串聯反應ARS，進料為純A濃度為CA0，連續操作空時為，試分別推導出反應器出口各組分的濃度：（1）平推流反應器；（2）全混流反應器。AP rP=k1CAS rS=k2CA25. 等溫一級不可逆平行反應：進料為純A濃度為CA0，連續操作空時為，試分別推導

27、出反應器出口各組分的濃度：（1）平推流反應器；（2）全混流反應器。VmPFRCSTRVpv026. 試分別在圖上畫出下列流動模型的停留時間分布函數F(t)和停留時間分布密度函數E(t)曲線：舉出與它有相同停留時間分布的另一種流動模型，這說明了什么問題。27. 液相反應R(主反應) rR=k1CA0.6CB1.2A+BS(副反應) rS=k2CA2.0CB0.2ABBAABAB從有利于產品分布的觀點，（1）將下列操作方式按優劣順序排列，并說明理由。 （2）若反應活化能E1>E2，應如何選擇操作溫度？28. 試采用脈沖示蹤法推導全混流反應器的停留時間分布函數和分布密度函數。29.

28、試采用階躍示蹤法推導全混流反應器的停留時間分布函數和分布密度函數。30. 畫出平推流反應器、全混流反應器、平推流和全混流反應器串聯及全混流和平推流反應器串聯的停留時間分布密度函數E(t)和分布函數F(t)31. F()和E()分別為閉式流動反應器的無因次停留時間分布函數和停留時間分布密度函數。（1）若反應器為平推流反應器，試求：(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2)（2）若反應器為全混流反應器，試求：(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2)（3）若反應器為一非理想反應器，試求：(a)F()；(b)E()；(c)F(0)；(d)E(0)；(e)；(f) 32. 丁烯在某催化劑上反應的到丁二烯的總反應為C4H8(A)= C4H6(B)+ H2(C)假設反應按如下步驟進行：A+AAB+CBB+假定符合均勻吸附模型，試分別推導動力學方程：（1） A吸附控制；（2） B脫附控制；（3） 表面反應控制。33. 乙炔與氯化氫在HgCl2-活性炭催化劑上合成氯乙烯的反應C2H2 (A) + HCl (B)= C2H3Cl (C)其動力學方程式可有如下幾種形式：（1）（2）（3）試分別列出反應機理和控制步驟34. 氣固相催化