化学反应工程复习课件.ppt

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1、化学反应工程复习化学反应工程复习一、填空、选择题一、填空、选择题1 1、化学反应工程是一门研究、化学反应工程是一门研究 的科学。的科学。（三传一反）（三传一反）3 3、是化学反应工程的基础。是化学反应工程的基础。（化学反应、工程问题）（化学反应、工程问题）2 2、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的、化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以科学，既以 作为研究对象，又以作为研究对象，又以 为为研究对象的学科体系。研究对象的学科体系。（化学反应的工程问题）（化学反应的工程问题）4 4、化学反应过程按操作方法分为、化学反应过程按操作方法分为 、。8 8、“三传一反三传一反”是化学

2、反应工程的基础，其中所谓的一是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指反是指 。A A、化学反应化学反应 B B、反应工程反应工程 C C、反应热力学反应热力学 D D、反应动力学反应动力学（D D）7 7、在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动、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量衡算式的一般式为 。（累积量（累积量=输入量输入量输出量）输出量）6 6、不论是设计、放大或控制，都需对研究对象作出定量、不论是设计、放大或控制，都需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，简称的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称 。（数学模

3、型）（数学模型）5 5、化学反应工程中的、化学反应工程中的“三传一反三传一反”中的三传是中的三传是指指 、。（质量传递、热量传递、动量传递）（质量传递、热量传递、动量传递）（分批式操作、连续式操作、半分批式）（分批式操作、连续式操作、半分批式）9 9、“三三传传一一反反”是是化化学学反反应应工工程程的的基基础础，下下列列不不属属于于三三传的是传的是 。A A、能量传递能量传递 B B、质量传递质量传递 C C、热量传递热量传递 D D、动量传递动量传递（等分子反应、非等分子反应）（等分子反应、非等分子反应）1313、当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应、当计量方程中计量系数的代数和等

4、于零时，这种反应称为称为 ，否则称为，否则称为 。1212、着眼反应组分着眼反应组分K K的转化率的定义式为的转化率的定义式为 。1111、对于反应、对于反应aA+bBpP+sSaA+bBpP+sS，则，则r rp p=（-r rA A）（参与反应的物质均处于同一相）（参与反应的物质均处于同一相）1010、均相反应是指、均相反应是指 。（A A）1515、在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元、在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，他的反应速率即代反应的速率较之其他基元反应慢得多，他的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于表整个反

5、应的速率，其他基元反应可视为处于 。1414、化化学学反反应应速速率率式式为为 ，用用浓浓度度表表示示的的速速率率常常数数为为k kc c，假假定定符符合合理理想想气气体体状状态态方方程程，如如用用压压力力表表示的速率数常示的速率数常k kp p，则，则k kc c=。（主反应、副反应）（主反应、副反应）1818、生成主产物的反应称为、生成主产物的反应称为 ，其它的均，其它的均为为 。（初始速率）（初始速率）1717、一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数、一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用为未知时，采用 法来求反应级数。法来求反应级数。1616、活化能的大小

6、直接反映了、活化能的大小直接反映了 对温度的敏感对温度的敏感程度。程度。（反应速率）（反应速率）（拟平衡常态）（拟平衡常态）22、一级连串反应、一级连串反应 在间歇式全混流反在间歇式全混流反应器中，则目的产物应器中，则目的产物P的最大浓度的最大浓度Cpmax=、x=。（。（、）19、平平行行反反应应均均为为一一级级不不可可逆逆反反应应，选选择择性性Sp与与 无无关关，仅是仅是 的函数。的函数。（浓度、温度）（浓度、温度）20、平平行行反反应应均均为为一一级级不不可可逆逆反反应应，若若E主主 E副副，提提高高选选择择性性Sp应应 。（提高温度）（提高温度）21、一级连串反应、一级连串反应 在全混

7、流釜式反应器在全混流釜式反应器中，则目的产物中，则目的产物P达最大浓度时达最大浓度时=。在平推流反应器在平推流反应器中，则目的产物中，则目的产物P达最大浓度时达最大浓度时=。23、一级连串反应、一级连串反应 在平推流反应器中，在平推流反应器中，为提高目的产物为提高目的产物P的收率，的收率，k2/k1应应 。（降低）（降低）24、链反应的三个阶段为、链反应的三个阶段为 、。（链的引发、链的传播、链的终止）（链的引发、链的传播、链的终止）25、下列属于均相反应的是、下列属于均相反应的是 。A、催化重整催化重整 B、催化裂解催化裂解 C、HCI与与NaOH的中和的中和 D、水泥制造水泥制造（C）26

8、、下列属于非均相反应的是、下列属于非均相反应的是 。A、乙酸乙酯水解乙酸乙酯水解 B、氢气燃烧氢气燃烧 C、HCI与与NaOH的中和的中和 D、催化裂解催化裂解（D）27、化化学学反反应应CO+3H2 CH4+H2O，其其中中化化学学反反应应计计量量反应计量系数为反应计量系数为-1的是哪种物质的是哪种物质 。A、CO B、H2 C、CH4 D、H2O（A）28、化化学学反反应应2NO+2H2 N2+2H2O，其其中中化化学学反反应应计计量量系数为系数为+2的是哪种物质的是哪种物质 。A、NO B、H2 C、N2 D、H2O（D）29、对对于于一一非非恒恒容容均均相相化化学学反反应应 ，反反应应

9、组组分分A的的化化学学反反应应速速率率-rA=。反反应应产产物物B的的化化学学反反应应速速率率rB=。A、B、C、D、3030、气气相相反反应应A+B3P+SA+B3P+S进进料料时时无无惰惰性性气气体体，A A与与B B以以1:11:1摩摩尔比进料，则膨胀因子尔比进料，则膨胀因子 。A A、2 B2 B、1 C1 C、1 D1 D、2 2（D D）31、气气相相反反应应2A+B3P+S3P+S进进料料时时无无惰惰性性气气体体，A A与与B B以以2:12:1摩尔比进料，则膨胀因子摩尔比进料，则膨胀因子 。（。（C）A、1 1 B、1/2 1/2 C、1/2 D、1 3232、反反 应应 C

10、C4 4H H10102C2C2 2H H4 4+H+H2 2，k=2.0sk=2.0s11，则则 反反 应应 级级 数数 n=n=。A A、0 B0 B、1 C1 C、2 D2 D、3 3（B B）（A、B）3333、反反 应应 CHCH3 3COOH+CHCOOH+CH3 3CHCH2 2OH OH CHCH3 3COOCCOOC2 2H H5 5+H+H2 2O O，已已 知知k=2.3L.s/molk=2.3L.s/mol，则反应级数则反应级数n=n=。A A、0 B0 B、1 C1 C、2 D2 D、3 3 3434、串联反应、串联反应APSAPS，目的产物目的产物P P的选择性的选

11、择性S Sp p=。A A、B B、C C、D D、（）（）3535、串联反应、串联反应APSAPS，目的产物目的产物P P的总收率的总收率p=p=。（）（）A A、B B、C C、D D、36、分分批批式式完完全全混混合合反反应应操操作作的的优优化化分分析析是是以以 、为为目标进行优化的。目标进行优化的。A、平平均均生生产产速速率率YR最最大大、生生产产经经费费最最低低 B、平平均均生生产产速速率率YR最最大大、体体积积最最小小 C、反反应应速速率率最最快快、生生产产经经费费最最低低 D、反应速率最快、体积最小反应速率最快、体积最小（A）（C）37、全全混混流流反反应应器器的的定定常常态态操

12、操作作点点的的判判据据为为 。稳稳定定的的定定常态操作点的判据为常态操作点的判据为 。A、QC=Qr；B、QC=Qr；QC=Qr、C、；QC=Qr D、QC=Qr；QC=Qr、(B)38、分分批批式式操操作作的的完完全全混混合合反反应应器器非非生生产产性性时时间间t0不不包包括括下列哪一项下列哪一项 。A、加料时间加料时间 B、反应时间反应时间 C、物料冷却时间物料冷却时间 D、清洗釜所用时间清洗釜所用时间（B）44、在在全全混混流流反反应应器器中中，反反应应器器的的有有效效容容积积与与进进料料流流体体的的容积流速之比为容积流速之比为_。A、空时空时 B、反应时间反应时间t C、停留时间停留时

13、间 D、平均停留时间平均停留时间F（A）39、全全混混流流反反应应器器的的容容积积率率大大于于1.0时时，且且随随着着xA的的增增大大而增大，此时该反应的反应级数而增大，此时该反应的反应级数n_。A、00（A）40、全混流釜式反应器最多可能有、全混流釜式反应器最多可能有_个定常态操作点。个定常态操作点。A、1 B、2 C、3 D、4（C）41、全全混混流流反反应应器器中中最最多多可可能能有有_个个稳稳定定的的定定常常态态操操作作点。点。A、1 B、2 C、3 D、4（B）42、对对于于_的的反反应应器器在在恒恒容容反反应应过过程程的的平平均均停停留留时时间间、反应时间、空时是一致的。反应时间、

14、空时是一致的。A、间歇式反应器间歇式反应器 B、全混流反应器全混流反应器 C、搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器 D、平推流管式反应器平推流管式反应器（D）43、对于自催化反应，最合适的反应器为、对于自催化反应，最合适的反应器为_。A、全混流反应器全混流反应器 B、平推流反应器平推流反应器C、循环操作的平推流反应器循环操作的平推流反应器 D、全混流串接平推流反应器全混流串接平推流反应器（D）4444、对对于于反反应应级级数数n0n1（A）48、全混流流动的、全混流流动的E(t)曲线的方差曲线的方差 =。A、0 B、01 C、1 D、1（C）二、问答题 1 1、简述均相反应及其动力学的研究内容？、简述

15、均相反应及其动力学的研究内容？答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素加温反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素加温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。量关系的速率方程。2 2、简述链锁反应所具有的基本特征？、简述链锁反应所具有的基本特征？答答：1 1）链链反反应应具具有有三三个个阶阶段段：链链的的引引发发、链

16、链的的传传播播和和链链的终止；的终止；2 2）链的引发和传播均需要通过游离原子或游离基；）链的引发和传播均需要通过游离原子或游离基；3 3）游离原子和游离基均具有较高活性，容易受器壁或其）游离原子和游离基均具有较高活性，容易受器壁或其它惰性物的作用而重新生成稳定的分子，从而使链反应终它惰性物的作用而重新生成稳定的分子，从而使链反应终止。止。答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内合流

17、反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。在器内具有相同的停留时间。3 3、简述理想反应器的种类？、简述理想反应器的种类？答：反应物料一次性投入反应器内，在反应过程中，不再答：反应物料一次性投入反应器内，在反应过程中，不再向器内投料，也不出料，待达到反应要求的转化率后，

18、一向器内投料，也不出料，待达到反应要求的转化率后，一次性出料，每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性次性出料，每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和，非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷时间之和，非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。却等用于非反应的一切辅助时间。4 4、简述分批式操作的完全混合反应器？、简述分批式操作的完全混合反应器？答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。答：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

19、某一程度所需的反应时间。停留时间是指反应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，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。所以三者相等。答答：1 1）对对于于放放热热反反应应，要要使使反反应应速速率率尽尽可可能能保保持持最最大大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；必须随转化率的提高，按最优温度曲线相

20、应降低温度；2 2）这这是是由由于于可可逆逆放放热热反反应应，由由于于逆逆反反应应速速率率也也随随反反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3 3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。达到化学平衡。5 5、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时、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？间三者关系？6 6、对于可逆放热反应如何选择操作温度？、对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲答：通过物理示踪法来测反应器物料的

21、停留时间的分布曲线。所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性线。所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。7、简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？、简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？答：脉

22、冲示踪法是在定常态操作的连续流动系统的入口处答：脉冲示踪法是在定常态操作的连续流动系统的入口处在在t=0的瞬间输入一定量的瞬间输入一定量M克的示踪剂克的示踪剂A，并同时在出口处并同时在出口处记录出口物料中示踪剂的浓度随时间的变化。对应的曲线记录出口物料中示踪剂的浓度随时间的变化。对应的曲线为为E(t)曲线，曲线，。8、简述脉冲示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应、简述脉冲示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？曲线？答：阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，在某瞬间答：阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统，在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂将流入系统的流体切换为含有示踪剂A且

23、浓度为且浓度为CA0的流的流体，同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在体，同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂出口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时间的变化。对的浓度随时间的变化。对应的曲线为应的曲线为F(t)F(t)曲线，曲线，。9、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？曲线？答：答：1）通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布；）通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布；2）根根据据所所得得的的有有关关E(t)或或F(t)的的结结果果通通过过合合理理的的简简化化提提出出可可能能的的

24、流流动动模模型型，并并根根据据停停留留时时间间分分布布的的实实验验数数据据来来确确定定所所得得出出的模型中所引入的模型参数；的模型中所引入的模型参数；3）结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果；）结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果；4）通过一定规律的热模实验来验证模型的准确性。）通过一定规律的热模实验来验证模型的准确性。10、简述建立非理想流动的流动模型的步骤？、简述建立非理想流动的流动模型的步骤？答：答：1）反应物从气流主体向催化剂的外表面；）反应物从气流主体向催化剂的外表面；2）反应物从催化剂的外表面向内孔扩散；）反应物从催化剂的外表面向内孔扩散；3）反应物在催化剂表面上吸

25、附；）反应物在催化剂表面上吸附；4）吸附的反应物转化成反应的生成物；）吸附的反应物转化成反应的生成物；5）反应生成物从催化剂表面上脱附下来；）反应生成物从催化剂表面上脱附下来；6）脱附下来的生成物向催化剂外表面扩散；）脱附下来的生成物向催化剂外表面扩散；7 7）生成物从催化剂外表面向气流主体中扩散。）生成物从催化剂外表面向气流主体中扩散。11简述气一固相催化反应的动力学步骤？简述气一固相催化反应的动力学步骤？答：优劣次序为：平推流管式反应器、间歇操作釜式反应答：优劣次序为：平推流管式反应器、间歇操作釜式反应器、多釜串联完全混合流反应器、完全混合流釜式反应器器、多釜串联完全混合流反应器、完全混合

26、流釜式反应器分析：采用作图法：各种操作的反应时间或空时来进行比分析：采用作图法：各种操作的反应时间或空时来进行比较较 12.对于单一反应，反应速率与反应物浓度的关系如右图对于单一反应，反应速率与反应物浓度的关系如右图所示：试分析各种反应器操作方式的优劣？所示：试分析各种反应器操作方式的优劣？3.证明题证明题1.分批操作优化分析分批操作优化分析目标函数为反应器的平均生产速率目标函数为反应器的平均生产速率FRFR：，试证明满足单位时间产品产量最大所必须的条试证明满足单位时间产品产量最大所必须的条件件最优反应时间满足最优反应时间满足 。并画出平均生产速率。并画出平均生产速率最大图解法示意图。最大图解

27、法示意图。证明：证明：将上式对时间将上式对时间t t求导：求导：令令，则得，则得CRM A 0 D(topt)t 平均生产速率最大图解法示意图 2.设在全混流反应器中进行如下平行反应：设在全混流反应器中进行如下平行反应：A P P （主反应）主反应）A S S （副反应）副反应）试证明使目的产物试证明使目的产物P P收率收率Y YP P达最大时的最佳温度为：达最大时的最佳温度为：证明：证明：由全混流反应器的设计基础式由全混流反应器的设计基础式 得：得：(1)(1)由由(1)(1)得得 代入代入(2)(2)式：式：(3)(3)(2)(2)对对(3)(3)式求式求导导：令令即：即：将上两式代入将上

28、两式代入(4)(4)式整理得式整理得 将将(5)(5)式两边取对数整理得：式两边取对数整理得：(4)(5)3.3.设在全混流反应器中等温进行如下连串反应：设在全混流反应器中等温进行如下连串反应：，已知已知 ，若若t=0t=0时时 。试证明目的产物试证明目的产物P P的最大收率的最大收率Y YP,max P,max ，最大浓度为最大浓度为 证明：证明：根据全混流反应器设计基础式：根据全混流反应器设计基础式：所以目的所以目的产产物物P P的收率的收率(1)(1)将将(1)(1)式对式对求导求导:令：令：则：则：展开整理得：展开整理得：即：即：P P的最大收率的最大收率 P P的最大浓度的最大浓度(

29、2)(2)4.在两个串联全混流反应器中进行一级反应（如附图所示）在两个串联全混流反应器中进行一级反应（如附图所示），两釜温度相同，试证明当反应器大小相同时，两个反应，两釜温度相同，试证明当反应器大小相同时，两个反应器总的容积最小。器总的容积最小。C C0 0C C1 1C C2 2证明：总容积最小，相当于总的空时最小。证明：总容积最小，相当于总的空时最小。对对第一个反应器：第一个反应器：对对第二个反应器：第二个反应器：上两式相加得：上两式相加得：为使总空时最小：为使总空时最小：即：即：(1(1)(2(2)代入（代入（1 1）（）（2 2）式得：）式得：5.反应液依次进入一个全混釜式反应器和平推

30、流管式反应反应液依次进入一个全混釜式反应器和平推流管式反应器进行基元反应器进行基元反应A+BR+SA+BR+S。其中其中B B大大过量。现在提出了各大大过量。现在提出了各种提高产量的方法，其一是调换两个反应器的次序，试证种提高产量的方法，其一是调换两个反应器的次序，试证明这样做对转化率没有影响。明这样做对转化率没有影响。C0C0C1C2C1C2解解:因因B B是大大过量的，所以对是大大过量的，所以对A A是一级反应。对于原方案：是一级反应。对于原方案：对全混流釜式反应器：对全混流釜式反应器：对平推流管式反应器：对平推流管式反应器：由上两式得：由上两式得：对于新方案：对于新方案：对平推流管式反应器：对平推流管式反应器：对全混流釜式反应器：对全混流釜式反应器：由上两式得：由上两式得：可以看出两种方案的出口浓度相同，所以调换两个反可以看出两种方案的出口浓度相同，所以调换两个反应器的次序不影响转化率。不过上述结论仅仅适用于等容应器的次序不影响转化率。不过上述结论仅仅适用于等容一级反应，其他则不能得到上述结论。一级反应，其他则不能得到上述结论。