《化学反应工程》习题

一、填空题

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 着眼组分A转化率xA的定义式为 xA=(nA0-nA)/nA0 。 总反应级数不可能大于 3 。

反应速率-rA=kCACB的单位为kmol/m3·h，速率常数k的因次为 m3/kmol·h 。 反应速率-rA=kCA的单位为kmol/kg·h，速率常数k的因次为 m3/kg·h 。 反应速率rAkCA的单位为mol/L·s，速率常数k的因次为 (mol)1/2·L-1/2·s 。 非等分子反应2SO2+O2==2SO3的膨胀因子SO2等于 -0.5 。 非等分子反应N2+3H2==2NH3的膨胀因子H2等于 –2/3 。

1/210. 反应N2+3H2==2NH3中（rN2）= 1/3 （rH2）= 1/2 rNH3 11. 反应活化能E越 大 ，反应速率对温度越敏感。

12. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。

13. 某平行反应主副产物分别为P和S，选择性SP的定义为 (nP-nP0)/ (nS-nS0) 。 14. 某反应目的产物和着眼组分分别为P和A其收率ΦP的定义为 (nP-nP0)/ (nA0-nA) 。 15. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 16. 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 17. 空时的定义为 反应器体积与进口体积流量之比 。 18. 针对着眼组分A的全混流反应器的设计方程为

xVA。 FA0rA19. 不考虑辅助时间，对反应级数大于0的反应，分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 20. 反应级数>0时，多个全混流反应器串联的反应效果 优于全混流反应器。 21. 反应级数<0时，多个全混流反应器串联的反应效果 差于 全混流反应器。 22. 反应级数>0时，平推流反应器的反应效果 优于 全混流反应器。 23. 反应级数<0时，平推流反应器的反应效果差于 全混流反应器。

24. 对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为 全混流＞多级串联全混流＞平推流 ；

25. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为 全混流 + 平推流 。 26. 相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度 高于 最优温度。

27. 主反应级数大于副反应级数的平行反应，优先选择 平推流 反应器。 28. 主反应级数小于副反应级数的平行反应，优先选择 全混流 反应器。 29. 要提高串联反应中间产物P收率，优先选择 平推流 反应器。 30. 主反应级活化能小于副反应活化能的平行反应，宜采用 低 温操作。 31. 主反应级活化能大于副反应活化能的平行反应，宜采用 高 温操作。

32. 停留时间分布密度函数的归一化性质的数学表达式E(t)dt1.0。

033. 定常态连续流动系统，F(0)= 0 ；F(∞)= 1 。

t34. 定常态连续流动系统，F(t)与E(t)的关系F(t)E(t)dt。

035. 采用无因次化停留时间后，E(θ)与E(t) 的关系为E()tE(t)。 36. 采用无因次化停留时间后，F(θ)与F(t) 的关系为 F(θ)=F(t) 。

2222237. 无因次方差与方差t的关系为t/t。

38. 平推流反应器的= 0 ；而全混流反应器的= 1 。 39. 两种理想流动方式为 平推流 和 全混流 。 40. 非理想流动的数值范围是 0~1 。 41. 循环操作平推流反应器循环比越 大 返混越大。

42. N个等体积全混釜串联的停留时间分布的无因次方差= 1/N 。 43. 多级全混釜串联模型当釜数N= 1 为全混流，当N= ∞ 为平推流。 44. 平推流的E(t)=0 当tt、=∞当tt ；F(t)= 0 当tt、=1当tt。 45. 工业催化剂所必备的三个主要条件：选择性高 、活性好 和 寿命长 。 46. 化学吸附的吸附选择性要 高于 物理吸附的吸附选择性。 47. 化学吸附的吸附热要 大于 物理吸附的吸附热。

48. 化学吸附常为 单 分子层吸附，而物理吸附常为 多 分子层吸附。 49. 操作温度越高物理吸附 越弱 ，化学吸附 越强 ；

50. 在气固相催化反应中动力学控制包括 表面吸附 、 表面反应 和 表面脱附 。 51. 固体颗粒中当孔径 较大时 以分子扩散为主，而当孔径 较小时 以努森扩散为主。 52. 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 下降 。 53. 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 下降 。 二、计算分析题

1. 在恒容条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB =20

2222kmol/m3时，计算反应转化率xA、xB及各组分的浓度。 解：在恒容条件下：xB=( CB0- CB )/ CB0=0.8

由CA0- CA =( CB0- CB )/2得到：CA =20 kmol/m3=60 kmol/m3

xA=( CA0- CA )/ CA0=0.4

2. 等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应A==B+C，在5min内有50%的A分解，要达到分解率为75%，问需多少反应时间？若反应为2级，则需多少反应时间？ 解：一级反应：tCxAA0dxA111lnln(1xA) kCA0(1xA)k1xAk0t0.75t0.5二级反应：tCxAA0ln(10.75)10min

ln(10.5)dxAxA 1•22kCA01xA0kCA0(1xA)t0.75t0.5

0.7510.5•15min

10.750.523. 在间歇反应器中进行等温二级反应A==B，反应速率：rA0.01CAmol/(Ls)当CA0分别为1、5、10mol/L时，分别计算反应至CA=0.01mol/L所需的时间。 解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视为： t100C1AC1A0当CA0=1mol/L时，t=9900s 当CA0=5mol/L时，t=9950s 当CA0=10mol/L时，t=9990s

4. 某一级气相反应A==2P，反应速率常数k=0.5min-1，按下列条件进行间歇恒容反应，1min后反应器内的总压为多少？反应条件：(1)1atm纯A；(2) 10atm纯A；(3)1atm A和9atm惰性气体。 解：一级反应：

dCA2 0.01CAdtdxAk(1xA) xA1ekt1e0.50.393 dtδA=(2-1)/1=1 n=n0(1+δA yA0xA)= n0(1+ yA0xA) P=P0 (1+ yA0xA)

(1) 1atm纯A：yA0=1 P=P0 (1+ yA0xA)=1.393atm (2) 10atm纯A：yA0=1 P=P0 (1+ yA0xA)=13.93atm

(3) 1atm A和9atm惰性气体：yA0=0.1 P=P0 (1+ yA0xA)=10.393atm

(4) 一级等温反应A==P，活化能为83140J/mol，在平推流反应器中进行反应，反应温度为

420K，反应器体积为Vp，如改为全混流反应器，其体积为Vm，为达到相同的转化率xA=0.6，（1）若反应操作温度相同，则Vm/Vp之值应为多少？（2）若Vm/Vp=1，则全混流反应器的操作温度应为多少？ 解：（1）VmFA0xF1•A VPA0ln kCA01xAkCA01xAVmxA1/ln2.94 VP1xA1xA（2）Vm/Vp=1，同样得到：

ERTkmxA1/ln2.94 kP1xA1xApkmk0em kpk0eERT eE1(1)RTPTm2.94 代入数据得到：Tm=440K

5. 平行反应：

P rP=1

A

S rS=2CA T rT=CA2

6. 液相反应

其中P为目的产物，在等温操作中，证明：采用全混流反应器最大产物浓度CPmax=CA0；采用平推流反应器最大产物浓度CPmax= /(1+ CA0)。

R(主反应) rR=k1CA0.6CB1.2

A+B

S(副反应) rS=k2CA2.0CB0.2

从有利于产品分布的观点，（1）将下列操作方式按优→劣顺序排列，并说明理由。 （2）若反应活化能E1>E2，应如何选择操作温度？ A B ①

B A ②

A B ③

④ A B

7. F(θ)和E(θ)分别为闭式流动反应器的无因次停留时间分布函数和停留时间分布密度函数。

（1）若反应器为平推流反应器，试求：

(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2) （2）若反应器为全混流反应器，试求：

(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2)