化学反应工程试题及复习资料基础部分.docx

化学反响工程试题库一、填空题1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反响 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=累积 。3. 着眼组分A转化率xA的定义式为 xA=(nA0-nA)/nA0 。4. 总反响级数不行能大于 3 。5. 反响速率-rA=kCACB的单位为kmol/(m3·h)，速率常数k的因次为 m3/(kmol·h ) 。6. 反响速率-rA=kCA的单位为kmol/kg·h，速率常数k的因次为 m3/kg·h 。7. 反响速率的单位为mol/L·s，速率常数k的因次为 (mol)1/2·L-1/2·s 。8. 反响速率常数k与温度T的关系为，其活化能为 83.14kJ/mol 。9. 某反响在500K时的反响速率常数k是400K时的103倍，则600K时的反响速率常数k时是400K时的 105 倍。10. 某反响在450时的反响速率是400时的10倍，则该反响的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。11. 非等分子反响2SO2+O2=2SO3的膨胀因子等于 -0.5 。12. 非等分子反响N2+3H2=2NH3的膨胀因子等于 2/3 。13. 反响N2+3H2=2NH3中（）= 1/3 （）= 1/2 14. 在平推流反响器中进展等温一级不行逆反响，反响物初浓度为CA0，转化率为xA，当反响器体积增大到n倍时，反响物A的出口浓度为 CA0(1-xA)n ，转化率为 1-(1-xA)n 。15. 在全混流反响器中进展等温一级不行逆反响，反响物初浓度为CA0，转化率为xA，当反响器体积增大到n倍时，反响物A的出口浓度为，转化率为。16. 反响活化能E越 大 ，反响速率对温度越敏感。17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反响速率的影响越 大 。18. 某平行反响主副产物分别为P和S，选择性SP的定义为 (nP-nP0)/ (nS-nS0) 。 19. 某反响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. 均相自催化反响其反响速率的主要特征是随时间非单调改变，存在最大的反响速率 。21. 依据反响机理推导反响动力学常采纳的方法有 速率限制步骤 、 拟平衡态 。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改变 。23. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。24. 平推流反响器的返混为 0 ；全混流反响器的返混为 。25. 空时的定义为 反响器有效体积与进口体积流量之比 。26. 针对着眼组分A的全混流反响器的设计方程为。27. 不考虑协助时间，对反响级数大于0的反响，分批式完全混合反响器优于全混流反响器。28. 反响级数>0时，多个全混流反响器串联的反响效果 优于全混流反响器。29. 反响级数<0时，多个全混流反响器串联的反响效果 差于 全混流反响器。30. 反响级数>0时，平推流反响器的反响效果 优于 全混流反响器。31. 反响级数<0时，平推流反响器的反响效果差于 全混流反响器。32. 对反响速率与浓度成正效应的反响分别采纳全混流、平推流、多级串联全混流反响器其反响器体积的大小关系为 全混流多级串联全混流平推流 ；33. 通常自催化反响较合理的反响器组合方式为 全混流 + 平推流 。34. 一样转化率下，可逆放热反响的平衡温度 高于 最优温度。35. 主反响级数大于副反响级数的平行反响，优先选择 平推流 反响器。36. 主反响级数小于副反响级数的平行反响，优先选择 全混流 反响器。37. 要进步串联反响中间产物P收率，优先选择 平推流 反响器。38. 主反响级活化能小于副反响活化能的平行反响，宜采纳 低 温操作。39. 主反响级活化能大于副反响活化能的平行反响，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。41. 定常态连续流淌系统，F(0)= 0 ；F()= 1 。42. 定常态连续流淌系统，F(t)与E(t)的关系。43. 平均停留时间是E(t)曲线的 分布中心 ；与E(t)的关系为。44. 方差表示停留时间分布的 分散程度 ；其数学表达式为。45. 采纳无因次化停留时间后，E()与E(t) 的关系为。46. 采纳无因次化停留时间后，F()与F(t) 的关系为 F()=F(t) 。47. 无因次方差与方差的关系为。48. 平推流反响器的= 0 ；而全混流反响器的= 1 。49. 两种志向流淌方式为 平推流 和 全混流 。50. 非志向流淌的数值范围是 01 。51. 循环操作平推流反响器循环比越 大 返混越大。52. 循环操作平推流反响器当循环比= 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改变曲线可以干脆得到 E(t) 曲线。55. 阶跃示踪法依据检测到的浓度改变曲线可以干脆得到 F(t) 曲线。56. 采纳脉冲示踪法测得的浓度CA(t)与E(t)的关系式为 E(t)= CA(t)/C0 。57. 采纳阶跃示踪法测得的浓度CA(t)与F(t)的关系式为 F(t)= CA(t)/ 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= 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。60. 全混流的E(t)=；F(t)=。61. 平推流的E(t)=0 当、=当 ；F(t)= 0 当、=1当。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. 对于管式反响器，流速越 大 越接近平推流；管子越 长 越接近平推流。65. 为使管式反响器接近平推流可实行的方法有 进步流速 和 增大长径比 。66. 对于 平推流 反响器，宏观流体与微观流体具有一样的反响结果。67. 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 。68. 化学吸附的吸附选择性要 高于 物理吸附的吸附选择性。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. 在气固相催化反响中动力学限制包括 外表吸附 、 外表反响 和 外表脱附 。73. 气固相催化反响本征动力学指消退 内外扩散对反响速率的 影响测得的动力学。74. 气固相催化反响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. 在气固相催化反响中测定本征动力学可以通过进步气体流速 消退外扩散、通过 减小催化剂颗粒粒度 消退内扩散。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. 气固相催化串联反响，内扩散的存在会使中间产物的选择性 下降 。79. 气固相催化平行反响，内扩散的存在会使高级数反响产物的选择性 下降 。80. Thiele模数的物理意义 反映了外表反响速率与内扩散速率之比 。81. 催化剂的有效系数为催化剂粒子实际反响速率/催化剂内部浓度和温度与外外表上的相等时的反响速率。82. 催化剂粒径越大，其Thiele模数越 大 ，有效系数越 小 ；83. 气固相非催化反响缩核模型中气相反响物A的反响历程主要有三步，分别是 气膜扩散 、 灰层扩散 和 外表反响 。84. 自热式反响是指 利用反响自身放出的热量预热反响进料 。85. 固定床反响器的主要难点是 反响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. 固定床限制温度的主要目的是 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。89. 对于体积为VP外外表积为aP的颗粒其体积当量直径为、面积当量直径为 、比外表当量直径为。90. 固定床最优分段的两个必要条件是 前一段出口反响速率与下一段进口相等 和 每一段的操作温度线跨越最优温度线。二、计算分析题1. 在恒容条件下，反响A+2B=R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB =20 kmol/m3时，计算反响转化率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=0.42. 在恒压条件下，反响A+2B=R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB = 20 kmol/m3时，反响转化率xA、xB及各组分的浓度。解：B=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5n=n0(1+ yB0B xB) = n0(1-0.5 xB)在恒压条件下：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 )/2xA=( nA0- nA )/ nA0=( nB0- nB )/(2 nA0)= ( nB0- nB )/(2 nB0)=0.5 xB=4/93. 串联-平行反响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，在间歇反响器中恒容操作肯定时间后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5 mol/L，计算此时组分B和S的浓度。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. 在间歇反响器中进展等温2级、1级、0级均相反响，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。解：在间歇反响器中： 0级反响：，1级反响：，2级反响：，5. 在等温恒容条件下进展下列气相反响：A2R其反响速率方程为，试推导：（1） 以A组分转化率xA表示的反响速率方程；（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，气体为志向气体。解：（1）（2）A=(2-1)/1=1 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0A xA) = n0(1+0.5 xA)xA=2n/n0-2=2P/P0-26. 在间歇反响器中进展等温二级反响A=B，反响速率：当CA0分别为1、5、10mol/L时，分别计算反响至CA=0.01mol/L所需的时间。解：在间歇反响器中可视为恒容反响可视为：当CA0=1mol/L时，t=9900s当CA0=5mol/L时，t=9950s当CA0=10mol/L时，t=9990slnk1/T7. 试画出反响速率常数k与温度T的关系示意图。解：lnk与1/T作图为始终线8. 某气相恒容反响在400K时的速率式为：MPa/h，（1）试问反响速率常数的单位是什么？（2）若速率式写成 kmol/(m3·h)，试问此反响的速率常数为多少？解：（1）反响速率常数的单位：(h·MPa)-1（2） m3/( kmol·h)9. 等温下在间歇反响器中进展一级不行逆液相分解反响A=B+C，在5min内有50%的A分解，要到达分解率为75%，问需多少反响时间？若反响为2级，则需多少反响时间？解：一级反响：二级反响：10. 液相自催化反响A=B的速率方程为mol/(L·h)，在等温间歇釜中测定反响速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，经过1小时后可测得反响速率最大值，求该温度下的反响速率常数k。解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA 反响速率最大时：，得到CA=0.5 mol/L对反响速率式积分得到，代入数据得到k=2.944 L/(mol·h)11. 对于气相反响：A3P 其反响速率方程为-rA=kCA，试推导在恒容条件下以总压P表示的反响速率方程。假定原料为50%A和50%惰性组分，气体符合志向气体。解： 在恒容条件下A=(3-1)/1=2 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0A xA) = n0(1+ xA)xA=n/n0-1=P/P0-112. 对于气相反响：A3P 其反响速率方程为-rA=kCA，在一平推流反响器中进展等温恒压反响。已知反响器体积为V，原料体积流量为v0，初始浓度为CA0。试推导：其反响器设计方程，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，气体符合志向气体。解：A=(3-1)/1=2 yA0=1 等温恒压：v=v0(1+ yA0A xA) = v0(1+2xA)k1k2APS13. 在一全混流反响器中进展下列一级不行逆串联反响：目的产物为P，反响器体积为V，体积流量为v0，进料为纯A组分，浓度为CA0。（1）各组分的浓度表达式；（2）导出产物P的总收率、选择性表达式；（3）导出产物P浓度到达最大所需的空时，即最优空时。解： 全混流反响器中对A组分作物料衡算 对P组分作物料衡算： P的总收率：P的总选择性：P的浓度到达最大需满意： 得到最优空时：14. 某一级气相反响A=2P，反响速率常数k=0.5min-1，按下列条件进展间歇恒容反响，1min后反响器内的总压为多少？反响条件：(1)1atm纯A；(2) 10atm纯A；(3)1atm A和9atm惰性气体。解：一级反响： A=(2-1)/1=1 n=n0(1+A 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)=10.393atm15. 某二级液相反响A+B=C，已知在间歇全混釜反响器中到达xA=0.99需反响时间为10min，问：（1）在平推流反响器中进展时，空时为多少？（2）在全混流反响器中进展时，空时为多少？（3）若在两个等体积串联全混流反响器中进展时，空时又为多少？解： （1）在平推流反响器中：（2）在全混流反响器中：（3）两个等体积串联全混流反响器中：第一个釜 第二个釜由试差法计算得到：=51.5min16. 自催化反响A+R2R其速率方程为：-rA=kCACR （1） 在等温条件下进展反响，已知CA0和CR0，要求最终转化率为xAf。为使反响器体积最小。试问：最适宜的志向反响器组合方式；（2） 此最小反响器总体积表达式；（3） 在FA0/(-rA)xA图上表示各反响器的体积。解：（1）最适宜的志向反响器组合方式：全混釜反响器串联平推流反响器（2）反响速率最大点是两个反响器的分界点。CA+CR= CA0+CR0 CR= CA0+CR0-CA= CM-CA反响速率最大时，d(-rA)/dt=0 CA=0.5CM若CAf0.5CM，即，仅用一个全混釜即可若CAf0.5CM，即全混釜体积：平推流体积： V=Vm+VPFA0/(-rA)VPVm0xAf17. 对于反响速率方程为的液相反响，为到达肯定的消费实力，试探讨当n0、n=0和n0时，如何选择型式（平推流或全混流）使反响器体积最小，并简洁说明理由，并在图上表示反响器的体积。解：当n=0时，反响速率与反响物浓度无关，故与反响器型式无关。当n0时，反响速率与反响物浓度呈正效应，而平推流反响器的浓度程度明显高于全混流型式，故选择平推流反响器。当n0时，反响速率与反响物浓度呈负效应，而平推流反响器的浓度程度明显高于全混流型式，故选择全混流反响器。n0FA/(-rA)xAFA/(-rA)xAFA/(-rA)n=0n0xA18. 一级等温反响A=P，活化能为83140J/mol，在平推流反响器中进展反响，反响温度为420K，反响器体积为Vp，如改为全混流反响器，其体积为Vm，为到达一样的转化率xA=0.6，（1）若反响操作温度一样，则Vm/Vp之值应为多少？（2）若Vm/Vp=1，则全混流反响器的操作温度应为多少？解：（1） （2）Vm/Vp=1，同样得到： 代入数据得到：Tm=440K19. 等温二级反响，依次经过体积相等的平推流反响器和全混流反响器，出口转化率为0.99，若将两个反响器改换次序，问出口转化率为多少？解：等温二级反响得到，平推流全混流：将平推流反响器+全混流反响器时的条件代入，计算得到：kCA0=61.53全混流反响器+平推流反响器：先计算全混流出口xA=0.884全混流出口xA就是平推流进口xA，计算平推流出口xA=0.98620. 等温一级反响，依次经过体积相等的平推流反响器和全混流反响器，出口转化率为0.99，若将两个反响器改换次序，问出口转化率为多少？解：等温一级反响得到，平推流全混流：将平推流反响器+全混流反响器时的条件代入，计算得到：k=3.175全混流反响器+平推流反响器：先计算全混流出口xA=0.760全混流出口xA就是平推流进口xA，计算平推流出口xA=0.9921. 液相二级不行逆反响A+B=C，CA0=CB0，在平推流反响器进展试验，当=10min时xA=0.99，问在一样温度下为到达一样转化率，采纳（1）在全混流反响器中进展时，空时为多少？（2）若在两个等体积串联全混流反响器中进展时，空时又为多少？22. 在恒温恒容下进展下式所示的自催化反响：A+R2R，其速率方程为，初始浓度分别为和，试推导其在间歇釜中到达最大反响速率时的时间和A组分的浓度，若采纳连续操作，应采纳何种志向反响器组合方式，可使反响器总体积最小，并用示意图进展表示。23. 平行反响：AP rP=1S rS=2CAT rT=CA2其中P为目的产物，在等温操作中，证明：采纳全混流反响器最大产物浓度CPmax=CA0；采纳平推流反响器最大产物浓度CPmax= CA0/(1+ CA0)。24. 等温一级不行逆串联反响ARS，进料为纯A浓度为CA0，连续操作空时为，试分别推导出反响器出口各组分的浓度：（1）平推流反响器；（2）全混流反响器。AP rP=k1CAS rS=k2CA25. 等温一级不行逆平行反响：进料为纯A浓度为CA0，连续操作空时为，试分别推导出反响器出口各组分的浓度：（1）平推流反响器；（2）全混流反响器。VmPFRCSTRVpv026. 试分别在图上画出下列流淌模型的停留时间分布函数F(t)和停留时间分布密度函数E(t)曲线：举出与它有一样停留时间分布的另一种流淌模型，这说明了什么问题。27. 液相反响R(主反响) rR=k1CA0.6CB1.2A+BS(副反响) rS=k2CA2.0CB0.2ABBAABAB从有利于产品分布的观点，（1）将下列操作方式按优劣依次排列，并说明理由。 （2）若反响活化能E1>E2，应如何选择操作温度？28. 试采纳脉冲示踪法推导全混流反响器的停留时间分布函数和分布密度函数。29. 试采纳阶跃示踪法推导全混流反响器的停留时间分布函数和分布密度函数。30. 画出平推流反响器、全混流反响器、平推流和全混流反响器串联及全混流和平推流反响器串联的停留时间分布密度函数E(t)和分布函数F(t)31. F()和E()分别为闭式流淌反响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）若反响器为平推流反响器，试求：(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2)（2）若反响器为全混流反响器，试求：(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2)（3）若反响器为一非志向反响器，试求：(a)F()；(b)E()；(c)F(0)；(d)E(0)；(e)；(f) 32. 丁烯在某催化剂上反响的到丁二烯的总反响为C4H8(A)= C4H6(B)+ H2(C)假设反响按如下步骤进展：A+AAB+CBB+假定符合匀称吸附模型，试分别推导动力学方程：（1） A吸附限制；（2） B脱附限制；（3） 外表反响限制。33. 乙炔与氯化氢在HgCl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反响C2H2 (A) + HCl (B)= C2H3Cl (C)其动力学方程式可有如下几种形式：（1）（2）（3）试分别列出反响机理和限制步骤34. 气固相催化反响：A+B=C，其反响机理如下：A+AB+BA+B CCC+假定符合Langmuir匀称吸附模型，试分别推导动力学方程：（1） A吸附限制；（2） C脱附限制；（3） 外表反响限制。35. 在气固相催化剂外表进展下列气相可逆反响：A+B=R其反响机理为： A+1A1B+2B2A1+ B2R1+2 (速率限制步骤)R1R+1试用Langmuir匀称吸附模型导出该反响的本征动力学方程。36. 某气固相催化反响：A=R，其动力学方程式为（以催化剂质量为基准）试导出平推流式的等温积分反响器中转化率xA与W/FA0的关系式37. 试列出气固相催化反响通常所经验的步骤，并区分动力学限制和传递限制。38. 试叙述气固相催化反响中Thiel模数s和有效系数的物理意义；对于本征动力学的测定应如何消退内外扩散的影响。39. 某非催化气固相反响：A(g)+2B(s)=R(g)+S(s)，假定固体反响物为球型颗粒，若过程为气膜扩散限制，试采纳缩核模型推导其动力学方程（t与xB的关系）。提示：气膜扩散方程：；nB=mVc=40. 某非催化气固相反响：A(g)+2B(s)=R(g)+S(s)，假定固体反响物为球型颗粒，若过程为非反响核外表反响限制，试采纳缩核模型推导其动力学方程（t与xB的关系）。提示：外表反响：；nB=mVc=41. 试列出气固相非催化反响中缩核模型的反响历程，并说明与缩粒模型的差异。QQrQgT12342. 试说明反响器设计中产生放大效应的缘由；为进步放大的牢靠性，应如何应用反响工程学问对系统进展探讨。43. 在全混流反响器中进展不行逆放热反响，其放热和移热线如下图所示：试(1)指明稳定的定常态操作点，写出热稳定性的判据；(2)实际消费中如何进展开、停车操作，并在图中画出。44. 采纳中间冷却的三段绝热固定床进展气固相催化反响，标明图中各条线的名称，依据最优分段的要求画出整个过程的操作线。T0xATxAf045. 一级可逆反响A=B，对不同限制步骤绘出反响物A在催化剂颗粒内部与气膜中的浓度分布。其中：主体浓度为CAg；颗粒外表浓度为CAs；颗粒中心浓度为CAi；平衡浓度为CAe。主体气膜粒内CAgCAgRp0内扩散限制主体气膜粒内CAgCAgRp0外扩散限制主体气膜粒内CAgCAgRp0动力学限制