河南科技学院 《反应工程》 期末复习题
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r g
二．讨论题 1、一间歇釜式反应器中进行一级不可逆反应，在相同的操作 时间下采用大釜比用小釜所达到的转化率要高。这种说法是 否正确？ 答：这种说法不正确。 由于操作时间相同，由 (一级反应)知， 反应的转化率与反应器的体积无关，只与反应时间有关。
2、平行反应
A P,
rP k1c A
设甲醇的转化率为为XA，甲醇的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇，甲醛和二氧 化碳摩尔数nA，np，nC，分别为 nA=nA0(1－XA)=7.672mol np= nA0YP=18.96mol nC= nA0(XA－YP)=0.7672 mol 综上所述反应的化学计量式水（nW）,氧气（nO，和氮气（nN）的摩尔数为 nW= nW0+ nP+2 nC=38.30 mol nO= nO0－1/2 np－3/2nC=0.8792mol nN=nN0=43.28mol 所以，反应器出口气体组成为 ....
B、对于可逆放热反应(温度一定) ，反应速率随 XA的变化升 高而升高
C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top
D、对于可逆放热反应，不存在最佳温度Top
• 1. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指传 质， ， 。 • 2. 一级连串反应，在平推流反应器中，为提高目的产物的 收率，应 k2/k1。（增高或降低）。 • 3. 停留时间分布的两个函数间的关系是 , 停留时 间在0～∞间的物料占总物料的分率应为 。 • 4. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时为 反 应器，而当∞时则相当于 反应器。 • 5. 若一级反应的反应速率rA采用kmol/（m3· s）为单位， 浓度采用kmol/m3为单位，则k的单位为 ，若反应速 率以kmol/(kg· s)表示，则k的单位为 。
解：（1）全混流反应器
（2）两个等体积全混反应器串联
由于Vr1=Vr2 所以由上二式得： XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1= 0.8245 ，所以：
3.14 等温下进行1.5级液相不可逆反应： A→B+C，反应 速率常数等于 ，A的浓度为2 kmol/m3 的溶液 进入反应装置的流量为1.5 m3/h 。试分别计算下列情况下 A的转化率达95％时所需的反应体积： （1）一个连续釜式反应器； （2）两个等体积的连续釜串连釜式反应器； （3）保证总反应体积最小的前提下，两个连续釜式反 应器并联。
8、下列叙述正确的是（
）
A、对于可逆吸热反应，反应速率随 XA的变化升高而升高 B、对于可逆放热反应，反应速率随 XA的变化升高而升高
C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top
D、对于可逆放热反应，存在最佳温度Top 9、下列叙述正确的是（ ）
A、对于可逆吸热反应(温度一定)，反应速率随 XA的变化升 高而降低
浓度的影响与主、副反应级数有关 ＝ ，与浓度无关 >，浓度增高，瞬时选择性增加 < ，浓度增高，瞬时选择性降低
温度的影响与主副反应活化能有关 E主＝E副 ，与温度无关 E主>E副，温度增高，瞬时选择性增加 E主< E副，温度增高，瞬时选择性降低
三．计算题 1．有一级不可逆反应A → P，在85℃时反应速率常数 为 ，若日产400Kg的产品P,A和P的密度均为 1.25Kg/l,今拟在间歇釜式反应器中进行，若辅助操作时间为 0.5 h,最终转化率为95%，求:①每批操作所需反应时间？② 若装填系数为0.75，求反应器的体积？
3.2
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：
以生产乙二醇，产量为20kg/h ，使用15％（质量分率）的NaHCO3水溶 液及30％（质量分率）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇与碳酸 氢钠的摩尔比为1:1，混合液的密度为1.02kg/L 。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠 均为1级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L/(mol*h)，要求转化率达到95 ％。 （1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积； （2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化 剂进行试验，测得正反应活化能为9.629×104J/mol，如果 不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温 度为550℃时的速率比反应温度为400℃时的反应速率大多少 倍？ 解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相 同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可用反应速 率常数之比来描述反应速率之比。 r550/r400=k550/k400=Aexp(－E/RT550)/ Aexp(－ E/RT400) =exp[E/R(1/T400－1/T550)]=23(倍)
解：（1）氯乙醇，碳酸氢钠和乙二醇的分子量分别为80.5，84， 62 每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h 每小时需氯乙醇：0.3226×80.5/0.95×30%=91.11 kg/h 每小时需碳酸氢钠：0.3226×84/0.95×15%=190.2kg/h 原料体积流量：Q0=（91.11+190.2）/1.02=275.8l/h 氯乙醇初始浓度： CA0=0.3226×1000/0.95×275.8=1.231mol/l 反应时间： t= CA0 =2.968h 反应体积： Vt= Q0（t+t'）=956.5 L （2）反应器的实际体积： V= Vt/j=1275 L
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为 S=Y/X=0.692/0.720=0.9611=96.11% (2)进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料为 100mol时，则反应器的进料组成为 组分 摩尔分率yi0摩尔数ni0（mol） CH3OH0.27427.4空气 0.547954.79（O2：11.51，N2：43.28） 水 0.178117.81总计 1100
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11. 脉冲法测定停留时间分布对应曲线为 A. E(t) 曲线 B. F(t)曲线 C. I(t)曲线 D. y(t)曲线 12. 全混流流动E(t)曲线的方差= A. 0 B. 0~1 C. 1 D. >1 15. 一级连串反应在间歇式反应器中进行，则目 标产物P存在最大浓度，其最大浓度时的反应时 间应该为?
rQ k 2 c A
AA Q
k1c 1 A S k k1c A A k 2c A 1 2 A cA k1
分析：温度和浓度对瞬时选择性的影响
S 1 A E E2 1 2 exp 1 A c A A1 RT
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6. 计算转化率起始状态的选择，正确的是（ ） A. 连续反应器，选择反应器出口处原料的状态 B. 连续反应器，选择反应器进口处原料的状态 C. 间歇反应器，选择反应结束时的状态 D. 数个反应器串联，往往以进入第二个反应器的原料组成为计算基准 7. 全混流反应釜最多可以有 个定常操作点 A.1 B. 2 C. 3 D. 4 8. 对于反应速率随转化率变化存在一个极大值的化学反应，最合适的 反应器为 A. 管式反应器 B. 釜式反应 C. 循环操作的管式反应器 D. 釜式反应串联管式反应器 9. 不是理想吸附的基本假定的是（ ） A. 吸附位具有相同的能量 B. 属单层吸附 C. 被吸附分子间的作用力可略去不计 D. 属多层吸附
6、正常动力学，转化速率 -RA随XA增加而降低。 A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体 积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体 积。 7、反常动力学，转化速率-RA随XA增加而增加。 A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体 积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积大于串联釜的总体 积。
4．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调增加时， 收率顺序： A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜 B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜 C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联 D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜
5．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调下降时， 收率顺序： A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜 B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜 C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联 D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜
《化学反应工程》
一．选择题 1可逆放热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而 ( ) Ａ．降低 Ｂ.升高 Ｃ.A、B均可能 Ｄ.同可逆吸热 反应 2．可逆吸热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而 ( ) Ａ．降低 Ｂ.升高 Ｃ.A、B均可能 Ｄ.同可逆吸热 反应 3.不可逆反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而 ( ) Ａ．降低 Ｂ.升高 Ｃ.A、B均可能 Ｄ.同可逆吸热 反应 ．
2.12 甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为：
原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1:4，若是这个反应对各反应物均为1级。已 知 。 试求： （1）反应在恒容下进行，系统的初始总压为0.1013MPa，当反应器出口的 CH4转化率为80％时，CO2,H2 的生成速率是多少？ （2）反应在恒压下进行，其他条件如（1）， 的生成速率又是多少？
解：（1）由题意可将反应速率表示为 A+2B→C +4D rC=kCACB 对于恒容过程，则有 CA=CA0(1－XA) CB-=CB0－2CA0XA CA0=PA0/RT=2.382×10-3mol/l CB0=4CA0=9.528×10-3 mol/l 当XA=0.8时 CA= CA0(1－XA)=4.764×10-4 mol/l CB-=CB0－2CA0XA=5.717×10-3 mol/l RC=rC=kCACB=5.447×10-6mol/（l?S） RD=4rC=2.179×10-5 mol/（l?S） （2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求出总摩尔的变化数 δA=∑t/A=（1+4－1－2）/1=2 反应物A的原始分率： yA0=1/(1+4)=0.2 由（2.52）式可得转化率为80%时的浓度： CA=CA0(1－XA)/(1+δA yA0 XA)=3.609×10-4mol/l CB-=（CB0－2CA0XA）/(1+δA yA0 XA)=4.331×10-3 mol/l rC= kCACB=3.126×10-6mol/(l.s) RC=rC=3.126×10-6mol/(l.s)
答：① t=
=
=86.8 min =1.45 h ② 每批产量：400[(24/（t0+t）]=400/[24/(0.5 + 1.45)]= 32.5Kg 每批物料的投放量： 32.5/1.25/0.95=27.37 L 反应器的实际体积 Vr=27.37/0.75=36.49 L
1．在银催化剂上进行甲的醇反应： 2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O 2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4： 1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%。甲醇的收率为 69.2%。试计算（1）反应的选择性；（2）反应器出口气体 的组成。
• 6. 如果将管式反应器出口的产物部分返回 到入口处与原始物料混合，这类反应器为 的管式反应器。 • 7. 全混流反应器稳定的定常态操作点的判 dq 据为 qg qr 、 dq 。 dT dT • 8. 停留时间分布可由两个函数定量描述， 它们是 和 。 • 9. 工业反应器有三种操作方式，包 括： ， ， 。 • 10. 气体在固体表面的吸附中物理吸附靠 结合的，而化学吸附是靠Fra Baidu bibliotek结合的。
二．讨论题 1、一间歇釜式反应器中进行一级不可逆反应，在相同的操作 时间下采用大釜比用小釜所达到的转化率要高。这种说法是 否正确？ 答：这种说法不正确。 由于操作时间相同，由 (一级反应)知， 反应的转化率与反应器的体积无关，只与反应时间有关。
2、平行反应
A P,
rP k1c A
设甲醇的转化率为为XA，甲醇的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇，甲醛和二氧 化碳摩尔数nA，np，nC，分别为 nA=nA0(1－XA)=7.672mol np= nA0YP=18.96mol nC= nA0(XA－YP)=0.7672 mol 综上所述反应的化学计量式水（nW）,氧气（nO，和氮气（nN）的摩尔数为 nW= nW0+ nP+2 nC=38.30 mol nO= nO0－1/2 np－3/2nC=0.8792mol nN=nN0=43.28mol 所以，反应器出口气体组成为 ....
B、对于可逆放热反应(温度一定) ，反应速率随 XA的变化升 高而升高
C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top
D、对于可逆放热反应，不存在最佳温度Top
• 1. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指传 质， ， 。 • 2. 一级连串反应，在平推流反应器中，为提高目的产物的 收率，应 k2/k1。（增高或降低）。 • 3. 停留时间分布的两个函数间的关系是 , 停留时 间在0～∞间的物料占总物料的分率应为 。 • 4. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时为 反 应器，而当∞时则相当于 反应器。 • 5. 若一级反应的反应速率rA采用kmol/（m3· s）为单位， 浓度采用kmol/m3为单位，则k的单位为 ，若反应速 率以kmol/(kg· s)表示，则k的单位为 。
解：（1）全混流反应器
（2）两个等体积全混反应器串联
由于Vr1=Vr2 所以由上二式得： XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1= 0.8245 ，所以：
3.14 等温下进行1.5级液相不可逆反应： A→B+C，反应 速率常数等于 ，A的浓度为2 kmol/m3 的溶液 进入反应装置的流量为1.5 m3/h 。试分别计算下列情况下 A的转化率达95％时所需的反应体积： （1）一个连续釜式反应器； （2）两个等体积的连续釜串连釜式反应器； （3）保证总反应体积最小的前提下，两个连续釜式反 应器并联。
8、下列叙述正确的是（
）
A、对于可逆吸热反应，反应速率随 XA的变化升高而升高 B、对于可逆放热反应，反应速率随 XA的变化升高而升高
C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top
D、对于可逆放热反应，存在最佳温度Top 9、下列叙述正确的是（ ）
A、对于可逆吸热反应(温度一定)，反应速率随 XA的变化升 高而降低
浓度的影响与主、副反应级数有关 ＝ ，与浓度无关 >，浓度增高，瞬时选择性增加 < ，浓度增高，瞬时选择性降低
温度的影响与主副反应活化能有关 E主＝E副 ，与温度无关 E主>E副，温度增高，瞬时选择性增加 E主< E副，温度增高，瞬时选择性降低
三．计算题 1．有一级不可逆反应A → P，在85℃时反应速率常数 为 ，若日产400Kg的产品P,A和P的密度均为 1.25Kg/l,今拟在间歇釜式反应器中进行，若辅助操作时间为 0.5 h,最终转化率为95%，求:①每批操作所需反应时间？② 若装填系数为0.75，求反应器的体积？
3.2
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：
以生产乙二醇，产量为20kg/h ，使用15％（质量分率）的NaHCO3水溶 液及30％（质量分率）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇与碳酸 氢钠的摩尔比为1:1，混合液的密度为1.02kg/L 。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠 均为1级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L/(mol*h)，要求转化率达到95 ％。 （1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积； （2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化 剂进行试验，测得正反应活化能为9.629×104J/mol，如果 不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温 度为550℃时的速率比反应温度为400℃时的反应速率大多少 倍？ 解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相 同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可用反应速 率常数之比来描述反应速率之比。 r550/r400=k550/k400=Aexp(－E/RT550)/ Aexp(－ E/RT400) =exp[E/R(1/T400－1/T550)]=23(倍)
解：（1）氯乙醇，碳酸氢钠和乙二醇的分子量分别为80.5，84， 62 每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h 每小时需氯乙醇：0.3226×80.5/0.95×30%=91.11 kg/h 每小时需碳酸氢钠：0.3226×84/0.95×15%=190.2kg/h 原料体积流量：Q0=（91.11+190.2）/1.02=275.8l/h 氯乙醇初始浓度： CA0=0.3226×1000/0.95×275.8=1.231mol/l 反应时间： t= CA0 =2.968h 反应体积： Vt= Q0（t+t'）=956.5 L （2）反应器的实际体积： V= Vt/j=1275 L
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为 S=Y/X=0.692/0.720=0.9611=96.11% (2)进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料为 100mol时，则反应器的进料组成为 组分 摩尔分率yi0摩尔数ni0（mol） CH3OH0.27427.4空气 0.547954.79（O2：11.51，N2：43.28） 水 0.178117.81总计 1100
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11. 脉冲法测定停留时间分布对应曲线为 A. E(t) 曲线 B. F(t)曲线 C. I(t)曲线 D. y(t)曲线 12. 全混流流动E(t)曲线的方差= A. 0 B. 0~1 C. 1 D. >1 15. 一级连串反应在间歇式反应器中进行，则目 标产物P存在最大浓度，其最大浓度时的反应时 间应该为?
rQ k 2 c A
AA Q
k1c 1 A S k k1c A A k 2c A 1 2 A cA k1
分析：温度和浓度对瞬时选择性的影响
S 1 A E E2 1 2 exp 1 A c A A1 RT
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6. 计算转化率起始状态的选择，正确的是（ ） A. 连续反应器，选择反应器出口处原料的状态 B. 连续反应器，选择反应器进口处原料的状态 C. 间歇反应器，选择反应结束时的状态 D. 数个反应器串联，往往以进入第二个反应器的原料组成为计算基准 7. 全混流反应釜最多可以有 个定常操作点 A.1 B. 2 C. 3 D. 4 8. 对于反应速率随转化率变化存在一个极大值的化学反应，最合适的 反应器为 A. 管式反应器 B. 釜式反应 C. 循环操作的管式反应器 D. 釜式反应串联管式反应器 9. 不是理想吸附的基本假定的是（ ） A. 吸附位具有相同的能量 B. 属单层吸附 C. 被吸附分子间的作用力可略去不计 D. 属多层吸附
6、正常动力学，转化速率 -RA随XA增加而降低。 A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体 积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体 积。 7、反常动力学，转化速率-RA随XA增加而增加。 A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体 积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积大于串联釜的总体 积。
4．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调增加时， 收率顺序： A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜 B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜 C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联 D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜
5．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调下降时， 收率顺序： A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜 B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜 C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联 D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜
《化学反应工程》
一．选择题 1可逆放热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而 ( ) Ａ．降低 Ｂ.升高 Ｃ.A、B均可能 Ｄ.同可逆吸热 反应 2．可逆吸热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而 ( ) Ａ．降低 Ｂ.升高 Ｃ.A、B均可能 Ｄ.同可逆吸热 反应 3.不可逆反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而 ( ) Ａ．降低 Ｂ.升高 Ｃ.A、B均可能 Ｄ.同可逆吸热 反应 ．
2.12 甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为：
原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1:4，若是这个反应对各反应物均为1级。已 知 。 试求： （1）反应在恒容下进行，系统的初始总压为0.1013MPa，当反应器出口的 CH4转化率为80％时，CO2,H2 的生成速率是多少？ （2）反应在恒压下进行，其他条件如（1）， 的生成速率又是多少？
解：（1）由题意可将反应速率表示为 A+2B→C +4D rC=kCACB 对于恒容过程，则有 CA=CA0(1－XA) CB-=CB0－2CA0XA CA0=PA0/RT=2.382×10-3mol/l CB0=4CA0=9.528×10-3 mol/l 当XA=0.8时 CA= CA0(1－XA)=4.764×10-4 mol/l CB-=CB0－2CA0XA=5.717×10-3 mol/l RC=rC=kCACB=5.447×10-6mol/（l?S） RD=4rC=2.179×10-5 mol/（l?S） （2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求出总摩尔的变化数 δA=∑t/A=（1+4－1－2）/1=2 反应物A的原始分率： yA0=1/(1+4)=0.2 由（2.52）式可得转化率为80%时的浓度： CA=CA0(1－XA)/(1+δA yA0 XA)=3.609×10-4mol/l CB-=（CB0－2CA0XA）/(1+δA yA0 XA)=4.331×10-3 mol/l rC= kCACB=3.126×10-6mol/(l.s) RC=rC=3.126×10-6mol/(l.s)
答：① t=
=
=86.8 min =1.45 h ② 每批产量：400[(24/（t0+t）]=400/[24/(0.5 + 1.45)]= 32.5Kg 每批物料的投放量： 32.5/1.25/0.95=27.37 L 反应器的实际体积 Vr=27.37/0.75=36.49 L
1．在银催化剂上进行甲的醇反应： 2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O 2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4： 1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%。甲醇的收率为 69.2%。试计算（1）反应的选择性；（2）反应器出口气体 的组成。
• 6. 如果将管式反应器出口的产物部分返回 到入口处与原始物料混合，这类反应器为 的管式反应器。 • 7. 全混流反应器稳定的定常态操作点的判 dq 据为 qg qr 、 dq 。 dT dT • 8. 停留时间分布可由两个函数定量描述， 它们是 和 。 • 9. 工业反应器有三种操作方式，包 括： ， ， 。 • 10. 气体在固体表面的吸附中物理吸附靠 结合的，而化学吸附是靠Fra Baidu bibliotek结合的。