2022年完整word版,《化学反应工程》试题及答案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 化学反应工程试题库一、填空题名师归纳总结 1.质量传递、 热量传递、 动量传递和化学反应称为三传一反 . 第 1 页,共 14 页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 xA 的定义式为xA=nA0-nA /nA0；4.总反应级数不行能大于3 ；5.反应速率 -rA =kCA CB 的单位为 kmol/m3·h,速率常数k 的因次为m3/kmol ·h ；6.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 ；7.反应速率rAkC1/2的单位为 mol/L ·s,速率常数 k 的因次为mol1/2· L -1/2· s ；A8.反应速率常数k 与温度 T 的关系为lnk1000010 . 2,其活化能为83.14kJ/mol ；T9.某反应在 500K 时的反应速率常数k 是 400K 时的 103 倍,就 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,就该反应的活化能为（设浓度不变）186.3kJ/mol ；11.非等分子反应2SO2+O 2=2SO3 的膨胀因子SO等于 2-0.5 ；12.非等分子反应N 2+3H 2=2NH 3 的膨胀因子H等于 2/3 ；13.反应 N 2+3H 2=2NH 3 中（rN 2）= 1/3 （Hr2）= 1/2 rNH314.在平推流反应器中进行等温一级不行逆反应,反应物初浓度为CA0,转化率为 xA,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为CA01-xAn,转化率为1-1-xA n；15.在全混流反应器中进行等温一级不行逆反应,反应物初浓度为CA0,转化率为 xA,当反应器体积增大到n 倍时,反应物A 的出口浓度为11xAxA,转化率为1nxAxA；n1 n1 16.反应活化能E 越 大 ,反应速率对温度越敏锐；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,挑选性 SP 的定义为nP-nP0/ nS-nS0 ；19.某反应目的产物和着眼组分分别为P 和 A 其收率 P 的定义为nP-nP0/ nA0-nA ；20.均相自催化反应其反应速率的主要特点是随时间非单调变化,存在最大的反应速率；21.依据反应机理推导反应动力学常采纳的方法有速率掌握步骤、 拟平稳态；22.对于连续操作系统,定常态操作是指温度及各组分浓度不随时间变化；23.返混的定义：不同停留时间流体微团间的混合；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 24.平推流反应器的返混为0 ；全混流反应器的返混为；25. 空时的定义为 反应器有效体积与进口体积流量之比；26. 针对着眼组分 A 的全混流反应器的设计方程为 V x A；F A 0 r A27. 不考虑帮助时间, 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；28. 反应级数 >0 时,多个全混流反应器串联的反应成效 优于全混流反应器；29. 反应级数 <0 时,多个全混流反应器串联的反应成效 差于 全混流反应器；30. 反应级数 >0 时,平推流反应器的反应成效 优于 全混流反应器；31. 反应级数 <0 时,平推流反应器的反应成效差于 全混流反应器；32. 对反应速率与浓度成正效应的反应分别采纳全混流、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；33. 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；34. 相同转化率下,可逆放热反应的平稳温度 高于 最优温度；35. 主反应级数大于副反应级数的平行反应,优先挑选 平推流 反应器；36. 主反应级数小于副反应级数的平行反应,优先挑选 全混流 反应器；37. 要提高串联反应中间产物 P 收率,优先挑选 平推流 反应器；38. 主反应级活化能小于副反应活化能的平行反应,宜采纳 低 温操作；39. 主反应级活化能大于副反应活化能的平行反应,宜采纳 高 温操作；40. 停留时间分布密度函数的归一化性质的数学表达式 E dt 0.1；041.定常态连续流淌系统,F0= 0 ；F= 1 ；t42.定常态连续流淌系统,Ft与 Et的关系F tE t dt；043.平均停留时间 t 是 Et曲线的分布中心；与 Et的关系为ttE dt；044.方差2 t 表示停留时间分布的分散程度；其数学表达式为2 tt2E tdt；t0名师归纳总结 45.采纳无因次化停留时间后,E 与 Et 的关系为EtEt；第 2 页,共 14 页46.采纳无因次化停留时间后,F 与 Ft 的关系为F =Ft ；47.无因次方差2与方差2 t 的关系为22/t2；t48.平推流反应器的2 = 0 ；而全混流反应器的2 = 1 ；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 49.两种抱负流淌方式为平推流和 全混流；名师归纳总结 50.非抱负流淌2的数值范畴是01 ；第 3 页,共 14 页51.循环操作平推流反应器循环比越大返混越大；52.循环操作平推流反应器当循环比= 0 时为平推流；当= 时为全混流；53.停留时间分布试验测定中,常用的示踪方法为脉冲示踪和 阶跃示踪；54.脉冲示踪法依据检测到的浓度变化曲线可以直接得到Et 曲线；55.阶跃示踪法依据检测到的浓度变化曲线可以直接得到Ft 曲线；56.采纳脉冲示踪法测得的浓度CAt与 Et的关系式为Et= CAt/ C0；57.采纳阶跃示踪法测得的浓度CAt与 Ft的关系式为Ft= CAt/ CA0；58.N 个等体积全混釜串联的停留时间分布的无因次方差2= 1/N；59.多级全混釜串联模型当釜数N= 1 为全混流,当N= 为平推流；tt60.全混流的 Et=tet； Ft=1et；61.平推流的 Et=0 当tt、=当tt；Ft= 0 当tt、=1 当tt；62.轴向分散模型中,Pe 准数越小 返混越大；63.轴向分散模型中Peclet 准数的物理意义是代表了流淌过程轴向返混程度的大小；64.对于管式反应器,流速越大越接近平推流；管子越长越接近平推流；65.为使管式反应器接近平推流可实行的方法有提高流速和 增大长径比；66.对于 平推流反应器,宏观流体与微观流体具有相同的反应结果；67.工业催化剂所必备的三个主要条件：挑选性高、活性好和 寿命长；68.化学吸附的吸附挑选性要高于物理吸附的吸附挑选性；69.化学吸附的吸附热要大于物理吸附的吸附热；70.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；71.操作温度越高物理吸附越弱,化学吸附越强；72.在气固相催化反应中动力学掌握包括表面吸附、 表面反应和 表面脱附；73.气固相催化反应本征动力学指排除内外扩散对反应速率的影响测得的动力学；74.气固相催化反应的本征动力学与宏观动力学的主要区分是前者无内外扩散的影响；75.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排除外扩散、 通过减小催化剂颗粒粒度排除内扩散；76.固体颗粒中气体扩散方式主要有分子扩散和努森扩散；77.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；78.气固相催化串联反应,内扩散的存在会使中间产物的挑选性下降 ；79.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挑选性下降；80.Thiele 模数的物理意义反映了表面反应速率与内扩散速率之比；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 81.催化剂的有效系数为催化剂粒子实际反应速率/催化剂内部浓度和温度与外表面上的相等时的反应速率；82. 催化剂粒径越大,其 Thiele 模数越 大 ,有效系数越 小；83. 气固相非催化反应缩核模型中气相反应物 A 的反应历程主要有三步,分别是 气膜扩散、灰层扩散 和 表面反应；84. 自热式反应是指 利用反应自身放出的热量预热反应进料；85. 固定床反应器的主要难点是 反应器的传热和控温问题；86. 多段绝热固定床的主要控温手段有 段间换热、原料气冷激 和 惰性物料冷激；87. 固定床掌握温度的主要目的是 使操作温度尽可能接近最优温度线；88. 固体颗粒常用的密度有堆密度、颗粒密度和真密度,三者的关系是 真密度颗粒密度堆密度；你们89.P/对于体积为VP 外表面积为aP 的颗粒其体积当量直径为36 VP/、面积当量直径为a、比表面当量直径为6a / P VP；90.固 定 床 最 优 分 段 的 两 个 必 要 条 件 是前 一 段 出 口 反 应 速 率 与 下 一 段 进 口 相 等和 每一段的操作温度线跨过最优温度线；二、运算分析题1.在恒容条件下,反应A+2B=R ,原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3,运算当CB =20kmol/m 3 时,运算反应转化率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 =60 kmol/m3xA= CA0- CA / CA0=0.4 2.在恒压条件下,反应A+2B=R ,原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3,运算当CB = 20kmol/m 3 时,反应转化率xA 、xB 及各组分的浓度；解： B=1-1-2/2=-1; yB0=0.5 n=n01+ yB0 B xB = n01-0.5 xB 在恒压条件下：V=V0 n/n0= V01-0.5xB CB =nB/V= nB01- xB/ V01-0.5xB= CB01- xB/ 1-0.5 xB xB=8/9 nA0- nA = nB0- nB /2 xA= nA0- nA / nA0= nB0- nB /2 nA0= nB0- nB /2 nB0=0.5 xB=4/9 3.串联 -平行反应A+B=R ,A+R=S ,原料中各组分的浓度为CA0=2.0mol/L,CB0=4.0 mol/L,CR0=CS0=0,在间歇反应器中恒容操作肯定时间后,得到 此时组分 B 和 S 的浓度；CA =0.3mol/L,CR=1.5 mol/L,运算名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解：在恒容条件下： 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=0.1 mol/LCB = CB0- CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4 mol/L4. 在间歇反应器中进行等温 2 级、1 级、0 级均相反应, 分别求出转化率由 0 至 0.9 所需的时间与转化率由 0.9 至 0.99 所需时间之比；x A 2解：在间歇反应器中：t C A 0 dx Ax A 1 r Ax A 20 级反应：t C A 0 dx AkC A 0 x A 2 x A 1 ,t 0 0 . 9 0 . 9 010x A 1 k t .0 9 0 . 99 .0 99 .0 91 级反应：t C A 0 xx AA 21 kC A 0 dx1 Ax A 1k ln1 1x xA A 12,t .0 t 09 .0.0 999 ln ln1 11 1.0 00 0.99 99 1x A 2 1 12 级反应：t C A 0 2 dx A2 1 1 1,t 0 0 . 9 11 0 . 9 11 0.0 1x A 1 kC A 0 1 x A kC A 0 1 x A 2 1 x A 2 t .0 9 0 . 99 1 0 . 99 1 0 . 95. 在 等 温 恒 容 条 件 下 进 行 下 列 气 相 反 应 ： A 2R 其 反 应 速 率 方 程 为r A 1 dn A k n A,试推导：V dt V（1）以 A 组分转化率 xA 表示的反应速率方程；（2）以总压 P 表示的速率方程；假定原料组分为 50%A 和 50%惰性气体,气体为抱负气体；解：（1）n A 0 dx A k n A 0 1 x A V dt Vdx A k 1 x A dt（2） A=2-1/1=1 yA0=0.5 n=n01+ yA0 A xA = n01+0.5 xA xA=2n/n0-2=2P/P0-2 6.dPk1.5P 0PA=B ,反应速率：rA0.01 C2mol/Ls当 CA0dt在间歇反应器中进行等温二级反应A分别为 1、5、10mol/L 时,分别运算反应至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：dCA0.01 C2Adtt1001 C A1 C A0当 CA0=1mol/L 时, t=9900s 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 当 CA0=5mol/L 时, t=9950s 当 CA0=10mol/L 时, t=9990s 7.试画出反应速率常数k 与温度 T 的关系示意图；0 . 37p2MPa/h,（1）试问反应速率常解：kkk 0eE0E.1lnkRTlnlnkRTlnk 与 1/T 作图为始终线1/T8.某气相恒容反应在400K 时的速率式为：dp AAdt数的单位是什么？（2）如速率式写成rAdn AkC2 Akmol/m3· h,试问此反应的速Vdt率常数为多少？名师归纳总结 解：（1）反应速率常数的单位：h·MPa-1第 6 页,共 14 页（2）nA103CA1031P A106dPA103RTdnAP A103RTCAVRTdtVdtdnA0. 37103RTC2 AVdtk0 .37103 RT0 .371038.3144001 .2m3/ kmol ·h 9.等温下在间歇反应器中进行一级不行逆液相分解反应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？如反应为2 级,就需多少反应时间？解：一级反应：tCA0x AkCAdxAxA1ln11A1ln1xA001kxkt.075t.05ln10 .7510minln10.5二级反应：tCA 0xAkC2dx Ax A210.1xAA0 1kCAxA0t.075t.0510.75.1005.15min0. 755.10. 液相自催化反应A=B的速率方程为rAdCAkC ACBmol/L ·h,在等温间歇dt釜中测定反应速率,CA0=0.95mol/L ,CB0=0.05mol/L ,经过 1 小时后可测得反应速率最大值,求该温度下的反应速率常数k；解： CB=CA0+CB0-CA=1-CAr AdCAkCA 1CAdt- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 反应速率最大时：drAk 12 CAdCA0,得到 CA=0.5 mol/L dtdt对反应速率式积分得到ktln 1CA CA0,代入数据得到k=2.944 L/mol ·h P 表CA1CA011. 对于气相反应： A3P 其反应速率方程为-r A=kCA ,试推导在恒容条件下以总压示的反应速率方程；假定原料为50%A 和 50%惰性组分,气体符合抱负气体；解： 在恒容条件下krACA0dxAkCA0 1xAdtdxA 1xAn=n01+ yA0A xA = n01+ xA dtyA0=0.5 A=3-1/1=2 xA=n/n0-1=P/P0-1 dPk 2 P 0 P dt12. 对于气相反应：A3P 其反应速率方程为-rA =kCA,在一平推流反应器中进行等温恒压反应；已知反应器体积为 V,原料体积流量为 v0,初始浓度为 CA0；试推导：其反应器设计方程,并以 A 组分转化率 xA 表示成易积分的形式；假定原料为纯 A,气体符合抱负气体；解： A=3-1/1=2 yA0=1 等温恒压： v=v01+ yA0 A xA = v01+2xA CAFAFA0 1xAACA01xAdxAvv0 12xA12xAVxAdxAx Adx Ax A112 xAFA 00rA0kC A0kCA01xA1xA1 12 x A dxx Ak013. 在一全混流反应器中进行以下一级不行逆串联反应：目的产物为A k1P k2S v 0,进料为纯A 组分,浓度为CA0；P,反应器体积为V,体积流量为（1）各组分的浓度表达式；名师归纳总结 （2）导出产物P 的总收率、挑选性表达式；A 0第 7 页,共 14 页（3）导出产物P 浓度达到最大所需的空时,即最优空时；解： 全混流反应器中对A 组分作物料衡算FA0FAVrAv0CA0CAVk 1CACA1Ck 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 对 P 组分作物料衡算：F PFP0VrPv0CPVk1 CAk2CPCPk1CA 1k 1CA 0k21min1k2k 1 1C SCA0CACPCA0CA0 1k 1CA0k 21k 1k22 CA01k 1k 1 1k 1 1k 2P 的总收率：PnP0nP0CACPCA112nAnAk0P 的总挑选性：S PnPnP0CP1SS 0SnnCk2P 的浓度达到最大需满意：dC P0得到最优空时：1dk 1k 214. 某一级气相反应A=2P ,反应速率常数k=0.5min-1,按以下条件进行间歇恒容反应,后反应器内的总压为多少？反应条件：性气体；11atm 纯 A；2 10atm 纯 A；31atm A 和 9atm 惰解：一级反应：dx Ak1xAxA1ekt1e0.50 .393dt A =2-1/1=1 n=n01+ A yA0xA= n01+ yA0xA P=P0 1+ yA0xA 1 1atm 纯 A：yA0=1 P=P0 1+ yA0x A=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 15. 某二级液相反应A+B=C ,已知在间歇全混釜反应器中达到xA=0.99 需反应时间为10min,问：（1）在平推流反应器中进行时,空时 为多少？（2）在全混流反应器中进行时,空时 为多少？（3）如在两个等体积串联全混流反应器中进行时,空时 又为多少？解：dC A kC A 2kC A 0 1 . x A 1 .0 99 9 9.dt t 1 x A 10 1 .0 99（1）在平推流反应器中：1 . x A 1 0 . 99 10 minkC A 0 1 x A 9 . 9 1 0 . 99（2）在全混流反应器中：x A2 0 . 992 1000 minkC A 0 1 x A 9 9. 1 0 . 99 （3）两个等体积串联全混流反应器中：名师归纳总结 第一个釜0.5kCA0xA1xA12其次个釜0.5kCx A2xA 12第 8 页,共 14 页 1 1xA2A0- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由试差法运算得到： =51.5min 16. 自催化反应 A+R 2R 其速率方程为：-rA=kC ACR（1）在等温条件下进行反应,已知 CA0 和 CR0,要求最终转化率为 xAf ；为使反应器体积最小；试问：最合适的抱负反应器组合方式；（2）此最小反应器总体积表达式；（3）在 FA0/-r AxA 图上表示各反应器的体积；解：（1）最合适的抱负反应器组合方式：全混釜反应器串联平推流反应器（2）反应速率最大点是两个反应器的分界点；CA+CR= C A0+CR0CR= CA0+CR0-CA= CM-CACA0CR 0rAkCACMCA反应速率最大时,d-r A/dt=0 CA =0.5CM如 CAf 0.5CM,即xAfCA0CR 0,仅用一个全混釜即可2 CA0V mv 0 CA0CAfk1xAfv 0x AfxAfCR 0kCAC RCA0如 CAf 0.5CM,即xAfCA0CR02 CA0全混釜体积：Vmv0CA0CA2v 02 CA0CMkCA2v0R 02A CkC2 MCkCR0平推流体积：V P0CAfdCARV Pk CAv 0CR0lnCR0CA0xAfv 05.CMkCAC0CA 01x AfV=Vm+VPF A0/- r A Vm VP名师归纳总结 0 xAf第 9 页,共 14 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 17. 对于反应速率方程为rAkCn的液相反应,为达到肯定的生产才能,试争论当n 0、An=0 和 n0 时,如何挑选型式（平推流或全混流）使反应器体积最小,并简洁说明理由,并在FA0xA图上表示反应器的体积；rA解：当 n=0 时,反应速率与反应物浓度无关,故与反应器型式无关；当 n0 时,反应速率与反应物浓度呈正效应,而平推流反应器的浓度水平明显高于全混流型式,故挑选平推流反应器；当 n0 时,反应速率与反应物浓度呈负效应,而平推流反应器的浓度水平明显高于全混流型式,故挑选全混流反应器； n0 n=0 n0 /-rAF A /-rAF A /-rAF AxA xA xA18. 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）如反应操作温度相同,就 Vm/Vp 之值应为多少？（2）如 Vm/Vp=1,就全混流反应器的操作温度应为多少？解：（1）V mFA0.1xAAV PFA0ln11ATm=440K 0.99,kCA0xkCA0xV m1xAA/ln11A2 .94VPxx（2）Vm/Vp=1,同样得到：km1xAA/ln11A2.94kPxxkmk 0eEk pk0eE RTpeE11.294代入数据得到：RT mRT PT m出口转化率为19. 等温二级反应, 依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器,如将两个反应器改换次序,问出口转化率为多少？名师归纳总结 解：等温二级反应得到,平推流xkCA011Aout11Ain第 10 页,共 14 页xx全混流：kCA0xAoutxAin 1Aout2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入,运算得到：kCA0 =61.53 全混流反应器 +平推流反应器：先运算全混流出口xA=0.884 出口转化率为0.99,全混流出口xA 就是平推流进口xA,运算平推流出口xA=0.986 20. 等温一级反应, 依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器,如将两个反应器改换次序,问出口转化率为多少？解：等温一级反应得到,平推流kln1xAin =10min时1xAout全混流：kxAoutxxAin1Aout将平推流反应器+全混流反应器时的条件代入,运算得到：k =3.175 全混流反应器 +平推流反应器：先运算全混流出口xA=0.760 全混流出口xA 就是平推流进口xA,运算平推流出口xA=0.99 21. 液相二级不行逆反应A+B=C ,CA0=CB0,在平推流反应器进行试验,当xA=0.99,问在相同温度下为达到相同转化率,采纳（1）在全混流反应器中进行时,空时为多少？（ 2）如在两个等体积串联全混流反应器中进行时,空时 又为多少？22. 在恒温恒容下进行下式所示的自催化反应：A+R 2R,其速率方程为 r A kC A C R,初始浓度分别为 C A 0 和 C R 0,试推导其在间歇釜中达到最大反应速率时的时间和 A 组分的浓度, 如采纳连续操作,应采纳何种抱负反应器组合方式,可使反应器总体积最小,并用示意图进行表示；23. 平行反应：A P r P=1 其中 P 为目的产物,在等温操作中,证明：采纳全混流反应器最大产物浓度CPmax=CA0；采纳平推流反应器最大产物S r S=2CA浓度 CPmax= CA0/1+ CA0；T rT=CA224. 等温一级不行逆串联反应A1kRk2S,进料为纯A 浓度为 CA0,连续操作空时为 , 试分别推导出反应器出口各组分的浓度：（ 1）平推流反应器；（ 2）全混流反应器；25. 等温一级不行逆平行反应：A P rP=k1CA（1）S rS=k2CA 进料为纯 A 浓度为 CA0,连续操作空时为 ,试分别推导出反应器出口各组分的浓度：平推流反应器； （2）全混流反应器；名师归纳总结 26. 试分别在图上画出以下流淌模型的停留时间分布函数VmFt和停留时间分布密度函数Et第 11 页,共 14 页v0PFR VpCSTR - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 曲线：举出与它有相同停留时间分布的另一种流淌模型,这说明白什么问题；27. 液相反应 R主反应 rR=k1CA0.6CB1.2A+B S副反应 r S=k2CA2.0CB0.2B （2）如从有利于产品分布的观点,（ 1）将以下操作方式按