化学反应工程基本概念

第一章
1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题）的科学。

2。

所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。

3。

化学反应器的数学模型包括 （动力学方程式、 物料横算式子、 热量衡算式、 动量衡算式 和 参数计算式）
4. 所谓控制体积是指 （能把反应速率视作定值的最大空间范围）.
5。

模型参数随空间而变化的数学模型称为 （ 分布参数模型）。

6。

模型参数随时间而变化的数学模型称为 （非定态模型）.
7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 （累积量=输入量-输出量)。

第二章
1. 均相反应是指 （在均一的液相或气相中进行的反应).
2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a ）r A .
3。

着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量）。

4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为（ Xp/Xa ）。

5。

化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方
程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =［ (RT)的a+B 次方］k P 。

6。

对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为 (P+S)—（A+B))/A 。

7。

膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率).
8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率） 对温度变化的敏感程度.
9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率） 对浓度变化的敏感程度。

10。

对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应）。

11。

平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 （A 的浓度）
无关，仅是 (A 的浓度) 的函数.
12。

如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应,若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到
温度).
13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中,为提高目的产物P 的收率,应(降
低)k 2/k 1。

14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量)
15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为（生成的物质的量/反应的A 的物质的量)
16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S
的物质的量)
17。

由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S,速率方程为：
r A =－dC A /dt=kC A C b 。

求: （1)当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式
（2）当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式
18。

反应A → B 为n 级不可逆反应。

已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需12.6min,而在340K 时达到同样的转化率仅需3.20min ，求该反应的活化能E.
第三章
1. 理想反应器是指(理想混合反应器 平推流反应器）.
2。

全混流反应器的空时τ是 （反应器容积） 与(进料的体积流量)之比.
3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ∆ ｝。

4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - }
5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为｛ G r Q Q = }。

6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT
> ｝。

7. 全混流反应器的返混 （无限大）.
8. 平推流反应器的返混为 （为零)。

9. 平推流是指 （反应物料以一致的方向向前移动)。

10。

全混流是指 （刚进入反应器的新鲜物料与已存在的反应器中的物料能达到瞬间的完全
混合)。

11。

平推流的特征为 (所有物料颗粒在反应器中的停留时间相同不存在反混）。

12。

全混流的特征为 (反应器中各处浓度温度相等 且都与出口处一致 反混无限大)。

13. 如果将反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为 (循环反
应器).
14. 对循环反应器，当循环比β→0时为 （平推流） 反应器，而当β→∞时则相当于(全
混釜）反应器。

15。

对于反应级数n ＜0的反应,为降低反应器容积，应选用 （全混流） 反应器为宜.
16. 对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积,应选用 (平推流） 反应器为宜.
17。

对于可逆放热反应如何选择操作温度？
答：对于放热反应要使反应速率尽可能保持最大必须随转化率的提高，按最优温度曲线
相应降低温度，这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提
高，净反应速率出现一极大值；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。

18。

对于反应，r R ＝k 1C A 2，E 1；r S ＝k 2C A ，E 2,当E 1＞E 2时如何选择操作温度可以提高产物的
收率？
答：对于平行反应A
RT E E A RT E RT
E S R R C e k k C e k e k r r S 12212010/20/10---===，所以，当1E ＞2E 时应尽可能提
高反应温度，方可提高R 的选择性,提高R 的收率。

19。

在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A → 2R ，
r A ＝kC A kmol/m 3·h
k=9.52×109exp ［-7448。

4/T] h —1
C A 0＝2.3 kmol/m 3，M R ＝60，C R 0＝0，若转化率x A ＝0。

7，装置的生产能力为50000
kg 产物R/天。

求50℃等温操作所需反应器的有效容积?（用于非生产性操作时间t 0=0.75 h ）
解:)/(22.3230m kmol x C C A A R ==
A x A A x A
A A x k x dx k kC dx C t A A -=-==⎰⎰11ln 111000 92.0502734.7448ex p 1052.99=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯=k )(31.17.011ln 92.01h t =-=
24500000=+t t M VC R R )(2.226022.32406.2500003m V =⨯⨯⨯=
20. 应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应,假定各
釜的容积和操作温度都相同,已知此时的速率常数k=0.92h -1,原料液的进料速度
v 0＝10m 3/h ，要求最终转化率x A ＝0。

9,试求V 1、V 2和总容积V 。

解：对于一级不可逆反应应有
21010111)1(1)1(1)1(A A A A A A A x kC x kC x x r -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=∂-∂ 代入⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡----=∂-∂+-i A i A i A i
A i A i A r r x x x r ,1,1,,,,111
)1( 得 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡----=-)1(1)1(11)1(1102001210A A A A A A A A x kC x kC x x x kC
整理得 022121=+-A A A x x x
∵9.02=A x ， ∴6838.01=A x ∴
)(35.2)6838.01(92.06838.0)1(111h x k x A A =-=-=τ
)(5.233101m v V ==τ
)(35.2)9.01(92.06838.09.0)1(2122h x k x x A A A =--=--=τ
)(5.233202m v V ==τ
总容积)(47321m V V V =+=
21。

用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知在操作温度下
k ＝0。

92m 3/（kmol.h ），C A 0＝2.30kmol/m 3，v 0＝10m 3/h ，要求出口x A =0.9，计
算该操作最优容积比V 1/V 2和总容积V 。

解：3
1202120111)1(2])1(1[)1(A A A A A A A x kC x kC x x r -=-∂∂=∂-
∂
代入]11[1)1(1,2,0,1,1,1,A A A A A A r r x x x r ----=∂-
∂
])1(1)1(1[1)1(2
21,2021,201,3
1,20A A A A A A A x kC x kC x x kC ---=-
741.00
99.001.33112131==-+-A A A A x x x x
∴ h x kC x x A A A A 22.5)741.01(3.292.1741.0)1(2210011=-⨯⨯=--=τ
h x kC x x A A A A 51.7)9.01(3.292.0741.09.0)1(2220122=-⨯⨯-=--=τ 695.051.722.52121===ττV V
总容积
021v V V V ⨯=+=τ ∴ 3
3.127)22.551.7(10m V =+⨯=
22。

在平推流反应器中进行等温一级反应,出口转化率可达0.85.现将反应转移至一个等体积的全混流反应器中进行，操作条件完全不变，试问出口转化率将为多少？
解 ： 0011000010212
1
111ln()(1)1(1)
11ln()(1)10.85
0.655
xA xA A A A A A A A A A A A A A A A A A A dx dx V C C v KC KC x K x C C x KC K x x K x K x x x ττττ=
===---==-==--==⎰⎰
23。

等温间歇反应器反应时间与反应物浓度的关系在间歇反应器中进行等温二级反应A →
B,r A =0.01C A 2mol/(l 。

s ），当C A0为1mol/l 时，求反应至C A ＝0.01mol/l 所需时间。

解： 00.0102010.01111()99000.010.011A A A x C A A A A C A A A dx dC dC C r r C s τ==-=---=-=⎰
⎰⎰
24. 液相反应A →R 在一全混釜中进行，C A0＝1mol/l ，反应速率常数k ＝1l/（mol.s ），求：
1） 平均停留时间为1s 时该反应器的x A ；
2） 若v 0＝1l/s,x A ＝0。

56，求反应器的体积。

第四章
1. 停留时间分布的密度函数在t ＜0时，E （t ）=(0）.
2。

停留时间分布的密度函数在t ≥0时，E(t ）(>0)。

3。

当t=0时,停留时间分布函数F （t)=（0）.
4。

当t=∞时,停留时间分布函数F （t ）=（1）.
5. 停留时间分布的密度函数E （θ）={ t ｝E （t ）。

6。

表示停留时间分布的分散程度的量σθ2＝[ 1/（t*t) ］σt 2。

7。

根据示踪剂的输入方式不同，测定停留时间分布的方法主要分为（脉冲示踪法)和(阶跃
示踪法）。

8。

平推流反应器的E(t)=( 0 t<T)、（无穷 t=T)。

9. 平推流反应器的F(t ）=(0 t<T)、（1 t=T ）。

10. 全混流反应器的E （t ）＝（ /1
t r e τ- ）.
11。

E(t ）dt 的物理意义是（停留时间在A 到之间粒子的分率）。

12。

F （t ）的物理意义是 （ 表示物料中停留时间小于t （包括t ）的粒子所占的分率 ）。

13。

脉冲示踪法测定的停留时间分布曲线为 ( E(t ）曲线） 。

14. 阶跃示踪法测定的停留时间分布曲线为 (F(t ）曲线)。

15. 以分子尺度粒子作为独立运动单元来进行混合的流体称为 （微观流体）。

16。

以分子集团粒子作为独立运动单元来进行混合的流体称为 (宏观流体).
17。

当反应级数n＜1时,宏观流体具有比微观流体（低) 的出口转化率。

18. 当反应级数n ( 〉)1时,宏观流体具有比微观流体高的出口转化率.
19。

停留时间分布密度函数E（t）的含义？
答：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t到t+dt之间的流体的质点所占的分率为
E(t）dt。

⎰∞=
0.1
)(dt
t
E。

20。

停留时间分布函数F（t）的含义？
答：在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在出
口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F(t）。

⎰=t dt t E
t
F
)(
)(
.
第五章
1。

工业催化剂所必备的三个主要条件是:（活性好、选择性高、寿命长)。

2。

气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠 (范德华力）结合的，而化学吸附是靠（化学键力）结合的.
3.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是(多）分子层的，而化学吸附是（单）分子层的。

4.气体在固体表面上发生吸附时，描述在一定温度下气体吸附量与压力的关系式称为
(吸附等温方程)。

5。

在气—固相催化反应中，反应速率一般是以单位催化剂的重量为基准的，如反应A→B，
A的反应速率的定义为（
1
A
A
dn
r
W dt
-
-=⨯）。

6. 对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂，当孔径较大时，扩散阻力是由（分子间碰撞）所
致.
7. 对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当孔径较大时，扩散阻力是由分子间碰撞所致，
这种扩散通常称为（分子扩散)。

8. 对于多孔性的催化剂,分子扩散很复杂，当微孔孔径在约0。

1um时，分子与孔壁的碰撞
为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为（努森扩散）。

9. 等温催化剂的有效系数η为催化剂粒子的（实际反应速率）与催化剂内部的（浓度和温
度与其表面上的相等时的反应速率）之比。

10. 气—固相催化反应的内扩散模数φs＝
[］，它是表征内扩散影响的重要参
数。

11。

气-固相催化反应的内扩散模数φs是表征内扩散影响的重要参数，其数值平方的大小反映了（表面反应速率）与 (内不扩散速率) 之比.
12. 气—固相催化反应的内扩散模数φs的大小可判别内扩散的影响程度,φs愈大，则粒内的
浓度梯度就(愈大）,反之，φs愈小，内外浓度愈近于（均一) 。

13。

根据气-固相非催化反应的缩核模型，一般而言，强化这种反应过程的主要措施是_升高温度_____________和_加大物料流率____________________.
14。

气—固相催化反应的动力学步骤？
答：1反应物从气流主体向催化剂的外表面和内孔扩散2）反应物在催化剂表面上吸附3）吸附的反应物转化成反应的生成物 4）反应生成物从催
化剂表面上脱附下来5）脱附下来的生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散。

15。

简述朗缪尔（Langmuir)等温吸附方程的基本特点？
答：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；
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.
16。

解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？
答：多孔物质催化剂的粒内扩散较为复杂。

当微孔孔径较大时，分子扩散阻力是由于分子间的碰撞所致，这种扩散为分子扩散。

当微孔孔径小于分子的自由程0.1um时,分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞，而成为扩散阻力的主要因素，这种扩散为努森扩散.
17。

一氧化碳与水蒸气在铁催化剂上的总反应为：
CO + H2O→ H2 + CO2
假设反应按如下步骤进行：
CO + σ→ COσ⑴
COσ + H2O →H2 + CO2σ⑵
CO2σ→ CO2 + σ⑶
试根据朗缪尔(Langmuir）吸附等温线分别推导⑴或⑵或⑶为控制步骤时的反应速率式。

第六章
1. 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）。

2。

目前描述固定床反应器的数学模型可分为(拟均相) 和（非均相)的两大类。

3。

描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间(温度）与(浓度) 的差别。

4。

忽略固定床内粒子与流体之间温度与浓度的差别的反应器的数学模型称之为（拟均相模型）。

5。

考虑固定床内粒子与流体之间温度与浓度的差别的反应器的数学模型称之为(非均相模型)。

6. 根据浓度和温度是否在轴向和径向上变化的流动模式，描述固定床反应器的
拟均相模型可分为(一维）模型和（二维) 模型。

7。

固定床拟均相模型是指(忽视床层中粒子与流体间温度与浓度的差别）。

8。

固定床一维模型是指（考虑流体在轴向和径向上的温度梯度和浓度梯度忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别).
9. 以催化剂用量最少为目标的多层绝热床优化的原则是什么？。