18秋西南大学[0751]《化学反应工程》习题答案

1、平推流反应器中， 。

反应器中任一横截面上各质点浓度或转化率不同 浓度或转化率沿轴向不变 浓度或转化率沿轴向变化

反应器中沿轴向反应速度不变

2、反应A + B → C，已知

1 2 0 3

3、对于一非恒容均相化学反应=_______。

，反应产物B的化学反应速率

，则反应级数n=_______。

. 专业 专注 .

. . .. . .

4、如果平行反应

应 。 降低浓度 提高温度 提高浓度 降低温度

均为一级不可逆反应，若，提高收率

5、一级连串反应A → P → S在平推流管式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间

_______。

6、对于一非恒容均相化学反应_______。

，反应组分A的化学反应速率

. 专业 专注 .

. . .. . .

7、管式反应器的特点是 。

返混小，所需反应器容积较小，比传热面积大，但对慢速反应，管要很长，压降大

温度、浓度容易控制，产品质量可调

结构简单，返混程度与高径比及搅拌有关，轴向温差大 流体与固体（催化剂）颗粒呈逆流流动 8、反应

F. 2 3 0 1

9、下列哪些现象不属于非理想流动现象？

活塞流 循环流

沟流

. 专业 专注 .

，已知

，则反应级数n=_______。

. . .. . .

短路

10、下面几种操作过程中， 不能按恒容过程处理。

总摩尔数不发生变化的等温气相反应 均相的液相反应

间歇操作的液相反应或气相反应 体系中有少量惰性气体的等温气相反应

11、如果平行反应选择性

应_______。

均为一级不可逆反应，若 ，提高

提高浓度 提高温度 降低温度 降低浓度

12、在理想全混流反应器中，物料 。

浓度相同，温度不同 浓度不同，温度也不同 浓度不同，温度相同 浓度相同，温度也相同

. 专业 专注 .

. . .. . .

13、如果连续操作的反应器达到定态，那么反应器中的浓度、温度等参数（ ）

随时间变化，也随位置变化 不随时间变化，可能随位置变化 不随时间变化，也不随位置变化 随时间变化，但不随位置变化

14、测量气—固相催化反应速率，在确定有无外扩散影响时是在没有改变_______的条件下进行实验的。

催化剂装置 进料流量

催化剂装量

15、下列属于理想吸附等温方程的是_______。

BET型 Freundlich型 Temkin型 Langmuir型 16、反应

3

. 专业 专注 .

，已知k=0.8 L/(s·mol)，则反应级数n= 。

. . .. . .

1 2 0

17、气相反应料，则膨胀因子

C. -1 -2/3 2/3 1

=_______。

进料时无惰性气体，

与

以2∶3摩尔比进

18、如果平行反应

应_______。 提高浓度 提高温度 降低温度 降低浓度

19、对于反应

均为一级不可逆反应，若，提高收率

，则_______。

. 专业 专注 .

. . .. . .

20、“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。

D. 反应工程 化学反应 反应热力学 反应动力学

21、对于_______的反应器在恒容反应过程的平均停留时间、反应时间、空时是一致的。

间歇式反应器 全混流反应器 搅拌釜式反应器 平推流管式反应器

22、对于可逆放热反应，为提高反应速率应_______。

提高压力 降低压力

提高温度

. 专业 专注 .

. . .. . .

23、反应级数n=_______时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。

0 0.5 1 2

24、如果平行反应均为一级不可逆反应，若E主>E副，提高选择性S p应 。

提高浓度 提高温度 降低浓度 降低温度

25、对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调增大，则最适合的反应器为_______。

平推流反应器 全混流反应器 多釜串联全混流反应器 全混流串接平推流反应器

26、

. 专业 专注 .

. . .. . .

27、下列属于均相反应的是_______。

催化重整 催化裂解

HCl与NaOH的中和 水泥制造

28、气相反应

进料时无惰性气体，

与

以1∶3摩尔比进

料，则膨胀因子

2/3 1 -1 -2/3

=_______。

29、不论可逆反应还是不可逆反应，反应速率总是随转化率的升高而 。

. 专业 专注 .

. . .. . .

不变 升高 降低

不清楚

30、下列流动模型为理想流动模型的是 。

轴向扩散模型 离析流模型 活塞流模型

多釜串联模型

31、“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。

热量传递 能量传递 动量传递 质量传递

32、一级连串反应A → P → S在间歇式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间

_______。

. 专业 专注 .

. . .. . .

33、气相反应则膨胀因子

-1/2 -1 1 1/2

34、反应n=_______。

1 3 2 0

=_______。

进料时无惰性气体，与以1∶2摩尔比进料，

，已知，则反应级数

35、当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。

>1 <1

. 专业 专注 .

. . .. . .

=0 =1 判断题

36、固体催化剂的组成包括活性组份、助催化剂和载体。

A.√ B.×

37、温度对放热反应和吸热反应正反应速度常数的影响相同，而对平衡常数的影响相反。

A.√ B.×

38、一般情况下均相反应器的设计可采用本征动力学。

A.√ B.×

39、反应过程的本征动力学就是宏观动力学。

A.√ B.×

40、气固相催化反应本征动力学的基础是物理吸附。

A.√ B.×

. 专业 专注 .

. . .. . .

41、只有一种相态的反应才是均相反应。

A.√ B.×

42、在绝热式换热中，如果反应的热效应相当大，导致出口处催化剂超温或反应物系的出口组成受平衡组成的影响很大，可采用多段绝热式。

A.√ B.×

43、流体的混合程度和混合的早晚对一级反应的反应结果无影响。

A.√ B.×

44、由于吸附表面有理想表面与非理想的表面两类不同假定，吸附等温线的方程形式亦因此而异，所以导得的动力学方程式也不相同。

A.√ B.× 主观题

45、采用脉冲示踪法测得的浓度参：

. 专业 专注 .

与E(t)的关系式 。

. . .. . .

46、为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种轴向返混与扩散过程的相似性，在平推流的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并认为的假定该轴向返混过程可以用费克定律加以定量描述，所以，该模型称为_______。 参： 轴向分散模型

47、反应速率参：

48、全混流反应器其E（t）曲线的方差参：

49、偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动，E（θ）曲线的方差_______。 参： 0～1

50、固定床中颗粒的体积当量直径定义为具有相同体积=_______。

的球粒子直径，表达式

为

=_______。

的单位为

，速率常数k的因次为 。

. 专业 专注 .

. . .. . .

参：

51、阶跃示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 曲线。 参： F(t)

52、主反应级活化能大于副反应活化能的平行反应，宜采用 温操作。 参： 高

53、一级连串反应度

=_______。

在平推流反应器中，则目的产物P的最大浓

参：

、对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 。 参： 大

55、非等分子反应

的膨胀因子

等于 。

. 专业 专注 .

. . .. . .

参： –2/3

56、一级连串反应率，应______参： 降低 57、反应参： 1/3 、 1/2

中

=

。

在平推流反应器中，为提高目的产物P的收

=

58、描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。 参： 非均相模型

59、不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。 参： 数学模型

. 专业 专注 .

. . .. . .

60、气固相催化串联反应，内扩散的存在会使中间产物的选择性 。 参： 下降

61、反应活化能E越 ，反应速率对温度越敏感。 参： 大

62、反应速率参：

63、一级连串反应最大浓度参：

、采用阶跃示踪法测得的浓度 参：

与F(t)的关系式为 。

_______。（）

在间歇式全混流反应器中，则目的产物P的

的单位为

，速率常数k的因次为 。

. 专业 专注 .

. . .. . .

65、固体颗粒中气体扩散方式主要有 和 。 参：

分子扩散 、努森扩散

66、轴向分散模型中，Pe准数越 ，返混越大。 参： 小

67、脉冲示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 曲线。 参： E(t)

68、全混流反应器其E（θ）曲线的方差参： 1

69、化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为率常数

，则

=_______

。

，用气体摩尔分率表示的速

_______。

参：

. 专业 专注 .

. . .. . .

70、 要提高串联反应中间产物P收率，优先选择 反应器。

参： 平推流

71、在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数Pe= 。 参： uL/Ez

72、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_______。 参：

累积量=输入量-输出量

73、化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。 参：

传质；传热；动量传递

74、在气固相催化反应中测定本征动力学可以通过提高气体流速消除 、通过 减小催化剂

. 专业 专注 .

. . .. . .

颗粒粒度消除 。 参： 外扩散、内扩散

75、平推流管式反应器其E（t）曲线的方差参： 0

76、 相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度 最优温度。 参： 高于

77、气固相催化平行反应，内扩散的存在会使高级数反应产物的选择性 。 参： 下降

78、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? 参：

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。

79、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？

. 专业 专注 .

_______。

. . .. . .

参：

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。

80、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? 参：

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。

81、简述流化床反应器的优点？ 参：

流化床反应器的主要优点为：

. 专业 专注 .

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1）传热效能高，而且床内温度易维持均匀；

2） 大量固体粒子可方便的往来输送，对于催化剂迅速失活而需随时再生的过程来说，能够实现大规模的连续生产。

3） 由于粒子细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的效能。

82、简述固定床反应器的优缺点？ 参：

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器。 1） 催化剂在床层内不易磨损；

2） 床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力； 3） 固定床中的传热较差； 4） 催化剂的更换必须停产进行。

83、简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？ 参：

Langmuir等温吸附方程具有以下基本特点：

1）均匀表面（或理想表面）：即催化剂表面各处的吸附能力是均一的，吸附热与表面已

被吸附的程度如何无关； 2） 单分子层吸附；

. 专业 专注 .

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3）被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子； 4）吸附的机理均相同，吸附形成的络合物均相同。

85、计算物料的流量。

解：

2.81.4kmolm321.6cB00.8kmolm32cB0.810.750.2kmolm3cA0cRcS0.80.750.6kmolm3cA1.40.60.8kmolm3rA70.80.230.60.60.04kmolm3min1

vcB0cB0.80.215minrA0.040.12600.48m3hr115每一股是总物料量的一半：0.48vAvB0.24m3hr1286、计算转化率

液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2m3全混流反应器（CSTR，MFR，连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为1 kmol·m-3，体积流量为1m3hr-1，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？ 解：

. 专业 专注 .

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首先求反应速率常数VcA0cA210.2V0rAf10.2kcAektcA0xA

87、求停留时间分布规律

k2hr1全混流反应器切断进出料即为间歇反应器cAe20.50.2cA0.0736kmolm3

cA0cA10.07360.92cA01有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：

t/min 0 10 3

20 6

30 5

40 4

50 3

60 2

70 1

80 0

c/kg·m-3 0

求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t，t2 解：

示踪法求停留时间分布规律

t/min 0 10 20 30 40 50 60

c/kg·m-3 ∑c

0 3 6 5 4 3 2

0 3

F(t) 0

E(t) 0

t·c 0

t2c 0 300

0.125 0.0125 30

9 0.3750 0.0250 120 2400 14 0.5833 0.0208 150 4500 18

0.75

0.0167 160 00

21 0.875 0.0125 150 7500 23 0.9583 0.0083 120 7200

. 专业 专注 .

. . .. . .

70 80 ∑

t1 0 24

24 24

1.0 1.0

0.0042 70 0

0

4900 0

80 33200

t2

tc80033.33minc24tc33200t33.33c2422

272.2min2288、催化剂的效率因子

常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。已知该反应为一级不可逆反应。在500℃时，反应的速率常数为k=0.94cm3s-1gcat-1，若采用直径为0.32cm的球形催化剂，其平均孔径d0=1.1╳10-8m，孔容为0.35cm3g-1，空隙率为0.36，曲折因子等于2.0。试计算催化剂的效率因子。 解：

PPVg0.361.029gcm30.35T773.1548501.1106 M58kVkP0.941.0290.9673s1DK4850d00.01948cm2s1D0.019480.36DeKP0.003506cm2s12 . 专业 专注 .

. . .. . .

SR3kV0.160.96730.8859De30.0035061e30.8859e30.8859130.885930.8859 0.8859ee30.8859114.26340.070110.885914.26340.07012.65770.7052、计算转化率和反应器体积

反应A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，

cA0=cB0=5mol·m3，动力学方程式为−rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积

VR=0.001m3，可达到的转化率为多少?

已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。 解： 平推流

VR1xAfdxA11(1)20V0kcA0(1xA)kcA01xAfxAf 11110.5VRkcA00.0010.1511V00.0005(1) 全混流

VRcA0cAcA0cA0.0050.00254 V0rAkcAcB1000.00252VRV00.510342103m3 . 专业 专注 .

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VRcA0cAcA0cAcx2A0A2V0rAkcAcBkcA01xA0.5103xAVR0.001m21000.0051xA3

1

xA1xA2xA0.382090、求压降

在一总长为4m的填充床中，气体以2500kg·m-2hr-1的质量流率通过床层。床层体安装直径为3mm的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kg·m-3，其粘度为1.8╳10-5kg·m-1s-1。求床层的压降。 解：

2500dSumg3600210 Rem5g1B1.81010.453103

Ergun方程

2g1B150umpL3Re1.75dBmS2

25002.910.4543296Pa15036002.9p1.7531030.453210

. 专业 专注 .