化学反应工程习题+解答修正版
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4.对于可逆放热反应如何选择操作温度？
答：1）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； 2）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；3）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。
1. 该反应在全混流反应器中进行，以AlCl3为催化剂，反应温度20℃，液料的体积流速为0.5 m3/h，丁二烯和丙烯酸甲酯的初始浓度分别为 96.5 mol/m3， 184 mol/m3，催化剂的浓度为 6.63 mol/m3。速率方程 ，式中k=1.15×10-3m3/mol·ks，若要求丁二烯转化率为40%。求：1）反应器的体积V； 2）容积效率η。
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. _______吸附等温方程式是假定吸附热是随着表面覆盖度的增加而随幂数关系减少的。（Freundlich）
6._______吸附等温方程式是按吸附及脱附速率与覆盖率成指数函数的关系导出的。（Temkin）
3.简述非催化气固反应缩核模型的特点？
答：非催化气固反应缩核模型是反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进，但粒子体积不变，如硫化矿的焙烧，氧化铁的还原等。
4.简述气—液反应的宏观过程：A（g） + bB（l）→ 产物（l）？
答：1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；
2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；
2.简述分批式操作的完全混合反应器？
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，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。
3.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？
第五章 非均相反应动力学
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_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。（范德华力、化学键力）
3.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是_______分子层的。（多、单）
3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；
4）气相产物向气相主体扩散。
5．简述非催化气固反应缩粒模型的特点？
答：非催化气固反应缩粒模型是固体粒子的粒径随反应的进行向不断缩小，如煤炭的燃烧造气，从焦碳与硫磺蒸汽制造二硫化碳。
解：（1）进料速度v0
解：（1）进料速度v0
（2）反应器有效容积V
(3)
第四章 非理想流动
1.简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？
答：通过物理示踪法来测反应器物料的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。
4.全混流反应器的空时τ是_______与_______之比。（反应器的有效容积、进料流体的容积流速）
5.全混流反应器的容积效率η为_______与_______之比。(反应时间t，空时て)
8.全混流反应器的定常态操作点的判据为_______。（移热速率等Leabharlann Baidu放热速率）
9.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_______、_______。（Qr=Qg，dQr/dT>dQg/dT）
将上式积分得,
第三章 理想反应器
1.理想反应器是指理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器。
2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_______反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按_______反应器处理。（理想混合反应器、平推流）
3.分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_______、_______为目标进行优化的。（平均生产流速YR最大、生产经费最低）
13.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的粒度（直径 ），在恒定的_______下测转化率，看二者的变化关系。（ ）
14.催化剂回转式反应器是把催化剂夹在框架中快速回转，从而排除_______影响和达到气相_______及反应器_______的目的。（外扩散、完全混合、等温）
15.流动循环（无梯度）式反应器是指消除_______、_______的存在，使实验的准确性提高。（温度梯度、浓度梯度）
1.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。
2.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。
而在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E。
解：
即
达20%时，
式中M为常数
∴
E=29.06（kJ/mol）
3考虑下述连串反应: ，已知上述反应中每一步均为一级反应， ， ，试求A、B和C的浓度随间变化的函数式。
解: 对于反应物A，应有:
积分得
对于B,应有
将上式两端乘以 可得
即
7.固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于_______方程。（BET）
8.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_______。（ ）
9.对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和_______的影响。（内扩散、外扩散）
10.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变催化剂装量和进料流量，但保持_______不变。（ ）
11.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变_______和_______，但保持 不变。（催化剂装量、进料流量）
12.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的_______，在恒定的 下测_______，看二者的变化关系。[粒度（直径 ）、转化率]
2.简述建立非理想流动的流动模型的步骤？
答：1）通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布； 2）根据所得的有关E（t）或F（t）的结果通过合理的简化提出可能的流动模型，并根据停留时间分布的实验数据来确定所提出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； 4）通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性。
18. 对于反应级数n＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。（全混流）
19. 对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。（平推流）
20. 对于自催化反应，最合适的反应器为_______。（全混流串平推流）
1.简述理想反应器的种类？
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。所谓完全混合流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，所有的物料在器内具有相同的停留时间。
解：1） A + B → C
对于全混流反应器 ∵
∴
∵
∴
2）在分批式反应器内的反应时间为
2. 在全混流反应器中一级不可逆反应，液相反应A → 2R， kmol/m3·h，k=9.52×109exp[-7448.4/T] h-1， 2.3 kmol/m3， 60， 0，若转化率 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和它的容积效率 ？（用于非生产性操作时间t0=0.75 h）
第二章 均相反应动力学
1.由A和B进行均相二级不可逆反应 A+ B = S，速率方程： = 。
求： （1）当 时的积分式
（2）当 时的积分式
解：（1）CA与CB之比保持恒定
所以
积分得
写成转化率时
（2）
式中：
积分得
2.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12.6分钟，
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，所以三者相等。
15.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。（平推流、全混流）
16. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时反应器内返混为_______，而当β→∞时则反应器内返混为_______。（零、最大）
17. 对于绝热操作的放热反应，最合适的反应器类型为_______。（全混流串平推流）
10.全混流反应器的返混_______。（最大）
11.平推流反应器的返混为_______。（为零）
12.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。（平均停留时间、反应时间、空时）
13.对于恒容的_______管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。（平推流）
14.如果将平推流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_______的平推流反应器。（循环操作）
答：1）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； 2）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；3）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。
1. 该反应在全混流反应器中进行，以AlCl3为催化剂，反应温度20℃，液料的体积流速为0.5 m3/h，丁二烯和丙烯酸甲酯的初始浓度分别为 96.5 mol/m3， 184 mol/m3，催化剂的浓度为 6.63 mol/m3。速率方程 ，式中k=1.15×10-3m3/mol·ks，若要求丁二烯转化率为40%。求：1）反应器的体积V； 2）容积效率η。
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. _______吸附等温方程式是假定吸附热是随着表面覆盖度的增加而随幂数关系减少的。（Freundlich）
6._______吸附等温方程式是按吸附及脱附速率与覆盖率成指数函数的关系导出的。（Temkin）
3.简述非催化气固反应缩核模型的特点？
答：非催化气固反应缩核模型是反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进，但粒子体积不变，如硫化矿的焙烧，氧化铁的还原等。
4.简述气—液反应的宏观过程：A（g） + bB（l）→ 产物（l）？
答：1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；
2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；
2.简述分批式操作的完全混合反应器？
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，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。
3.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？
第五章 非均相反应动力学
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_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。（范德华力、化学键力）
3.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是_______分子层的。（多、单）
3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；
4）气相产物向气相主体扩散。
5．简述非催化气固反应缩粒模型的特点？
答：非催化气固反应缩粒模型是固体粒子的粒径随反应的进行向不断缩小，如煤炭的燃烧造气，从焦碳与硫磺蒸汽制造二硫化碳。
解：（1）进料速度v0
解：（1）进料速度v0
（2）反应器有效容积V
(3)
第四章 非理想流动
1.简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？
答：通过物理示踪法来测反应器物料的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。
4.全混流反应器的空时τ是_______与_______之比。（反应器的有效容积、进料流体的容积流速）
5.全混流反应器的容积效率η为_______与_______之比。(反应时间t，空时て)
8.全混流反应器的定常态操作点的判据为_______。（移热速率等Leabharlann Baidu放热速率）
9.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_______、_______。（Qr=Qg，dQr/dT>dQg/dT）
将上式积分得,
第三章 理想反应器
1.理想反应器是指理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器。
2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_______反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按_______反应器处理。（理想混合反应器、平推流）
3.分批式完全混合反应器操作的优化分析是以_______、_______为目标进行优化的。（平均生产流速YR最大、生产经费最低）
13.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的粒度（直径 ），在恒定的_______下测转化率，看二者的变化关系。（ ）
14.催化剂回转式反应器是把催化剂夹在框架中快速回转，从而排除_______影响和达到气相_______及反应器_______的目的。（外扩散、完全混合、等温）
15.流动循环（无梯度）式反应器是指消除_______、_______的存在，使实验的准确性提高。（温度梯度、浓度梯度）
1.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。
2.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。
而在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E。
解：
即
达20%时，
式中M为常数
∴
E=29.06（kJ/mol）
3考虑下述连串反应: ，已知上述反应中每一步均为一级反应， ， ，试求A、B和C的浓度随间变化的函数式。
解: 对于反应物A，应有:
积分得
对于B,应有
将上式两端乘以 可得
即
7.固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于_______方程。（BET）
8.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_______。（ ）
9.对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和_______的影响。（内扩散、外扩散）
10.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变催化剂装量和进料流量，但保持_______不变。（ ）
11.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变_______和_______，但保持 不变。（催化剂装量、进料流量）
12.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的_______，在恒定的 下测_______，看二者的变化关系。[粒度（直径 ）、转化率]
2.简述建立非理想流动的流动模型的步骤？
答：1）通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布； 2）根据所得的有关E（t）或F（t）的结果通过合理的简化提出可能的流动模型，并根据停留时间分布的实验数据来确定所提出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； 4）通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性。
18. 对于反应级数n＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。（全混流）
19. 对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。（平推流）
20. 对于自催化反应，最合适的反应器为_______。（全混流串平推流）
1.简述理想反应器的种类？
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。所谓完全混合流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，所有的物料在器内具有相同的停留时间。
解：1） A + B → C
对于全混流反应器 ∵
∴
∵
∴
2）在分批式反应器内的反应时间为
2. 在全混流反应器中一级不可逆反应，液相反应A → 2R， kmol/m3·h，k=9.52×109exp[-7448.4/T] h-1， 2.3 kmol/m3， 60， 0，若转化率 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和它的容积效率 ？（用于非生产性操作时间t0=0.75 h）
第二章 均相反应动力学
1.由A和B进行均相二级不可逆反应 A+ B = S，速率方程： = 。
求： （1）当 时的积分式
（2）当 时的积分式
解：（1）CA与CB之比保持恒定
所以
积分得
写成转化率时
（2）
式中：
积分得
2.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12.6分钟，
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，所以三者相等。
15.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。（平推流、全混流）
16. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时反应器内返混为_______，而当β→∞时则反应器内返混为_______。（零、最大）
17. 对于绝热操作的放热反应，最合适的反应器类型为_______。（全混流串平推流）
10.全混流反应器的返混_______。（最大）
11.平推流反应器的返混为_______。（为零）
12.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。（平均停留时间、反应时间、空时）
13.对于恒容的_______管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。（平推流）
14.如果将平推流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_______的平推流反应器。（循环操作）