化学反应工程考试题

第一章 绪论
1.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指__反应动力学__。

2.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。

“三传”指的是质量传递、流量传递、动量传递
3. 一级连串反应在全混流釜式反应器中，则目的产
物P 的最大浓度_____、
_
_。

4. 一级连串反应在平推流反应器中，
则目的产物
P
的最大浓度
__、
____。

5. 一级连串反应在间歇式全混流反应器中，则目的
产物P
的最大浓度_ 、
_。

6. 一级连串反应在平推流反应器中，为提高目的产
物P 的收率，应__降低__。

7. 化学反应速率式为
，如用浓度表示的速率常数为，
用压力表示的速率常数为，则=__D__。

A.
B. C.
D.
8.反应，
，则反应级数n=__B___。

A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
9.反应A + B → C ，已知，则反应级数n=___B____。

A
S P
=max ,P C 22/1120
]1)/[(+K K C A =
opt τ2
11K K A
S P
=max ,P C
1
22
)(2
10K K K A K K
C -=
opt t 1
221)
/ln(K K K K -A S P
=max ,P C 1
22
)(2
10K K K A K K
C -=opt
t 1
221)/ln(K K K K -A
S P
12/k k β
αB
A C A C C K r =-C K P K P K C K β
α+-)(RT )()(βα+RT )
()(βα-RT )()(βα+-RT C 4H 2C 2H 4 + H 2
1
0.2-=s k 1
15.0-=s k
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
10.反应3A → P ，已知，则反应级数n=___A____。

A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
11.反应，已知，
则反应级数n=___C____。

A. 0
B. 1
C. 2
D. 3 12.反应
，已知，则反应级数
n=___C____。

A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
13.反应，已知，则反应级数
n=___C____。

A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
14.反应A + B → C ，已知，则反应级数n=___A____。

A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
15.下列属于平行反应的是___C___。

s l mol k ⋅=/15.
0CH 3COOH + CH 3CH 2OH CH 3COOC 2H 5 + H 2O
mol s l k /3.2⋅
=N 2 + 3H 2
2NH 3
mol s l k /81.0⋅=NaOH + HCl NaCl + H 2O mol
s l k /1.0⋅=s l mol k ⋅=/45.0
A. A + B → P
B.
C.
D.A + B
→ P = R + S
16.串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 的得率=___B____。

A. B.
C.
D.
17.串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性=___C___。

A.
B.
C.
D.
18.串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 的总收率=___A____。

A.
B.
C.
D.
19.如果平行反应
均为一级不可逆反应，若＞，
提高选择性应___B___。

A. 提高浓度
B. 提高温度
C. 降低浓度
⎩⎨
⎧→+→+R B P P
B
A A P(主)
S(副)P X A
A P P n n n n --000
A P P n n n -0
0S S P P n n n n --0
0R R P P n n n n --P S A
A P P n n n n --000
A P P n n n -0
0S S P P n n n n --0
0R R P P n n n n --P φA
A P P n n n n --00
A P P n n n -0
0S S P P n n n n --0
0R R P P n n n n -
-A
P(主)
S(副)主E 副E P S
D. 降低温度
20. 如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，
提高收率应___C____。

A. 提高浓度
B. 降低浓度
C. 提高温度
D. 降低温度
21.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时__D___。

A. B. C.
D.
22.一级连串反应在全混流釜式反应器中，则目的产
物P 的最大浓度___B___。

A.
B. C.
D.
23.一级连串反应在间歇式反应器中，则目的产物P
的最大浓度___A___。

A.
B. C.
D.
24. 一级连串反应在平推流管式反应器中，则目的
产物P 的最大浓度___A___。

A
P(主)
S(副)主E 副E P φ=opt τ1
212)/ln(K K K K -1
221)
/ln(K K K K -2
112)/ln(K K K K 2
11K K A
S K 1
2
P
=max ,P C 1
22
)(2
10K K K A K K
C -2
2/1120
]1)/[(+K K C A 1
22
)(1
20K K K A K K
C -2
2/1210
]1)/[(+K K C A A
S K 1
2
P
=max ,P C 1
22
)(2
10K K K A K K
C -2
2/1120
]1)/[(+K K C A 1
22
)(1
20K K K A K K
C -2
2/1210
]1)/[(+K K C A A
S K 1
2
P
=max ,P C
A.
B. C.
D.
25.一级连串反应A → P → S 在间歇式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的反应时间__D_____。

A.
B.
C.
D.
26. 一级连串反应A → P → S 在平推流管式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的反应时间___C____。

A.
B.
C.
D.
27.对于恒容的平推流管式反应器_平均停留时间_、_反应时间_、 空时__一致。

28.对于恒容的__平推流_____管式反应器平均停留时间、反应时间、空时一致。

29. 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。

30. 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。

31. 对于自催化反应，最合适的反应器为__全混流串平推流_____。

32.对于可逆的放热反应，使反应速率最大的反应温度
1
22
)(2
10K K K A K K
C -2
2/1120
]1)/[(+K K C A 1
22
)(1
20K K K A K K
C -2
2/1210
]1)/[(+K K C A =opt t 2
11K K 1
221)/ln(K K K K -2
112)/ln(K K K K 1
212)/ln(K K K K -=opt t 2
11
K K 1
221)/ln(K K K K -1
212)/ln(K K K K -2
112)/ln(K K K K =
opt T
_−(E 2−E 1)/Rln[(k 0E 1C A0(1−χA )/k ’0E 2(C R0+C A0χA ))]______。

33. 对于可逆的放热反应，达到化学反应平衡时的温度_−(E 2−E 1)/Rln[(k 0E 1C A0(1−χA )/k ’0(C R0+C A0χA ))]_______。

34.对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用___A____。

A. 平推流反应器
B. 全混流反应器
C. 循环操作的平推流反应器
D. 全混流串接平推流反应器
35.对于可逆放热反应，为提高反应速率应__C___。

A. 提高压力
B. 降低压力
C. 提高温度
D. 降低温度
36.对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随
增大而单调增大，则最适合的反应器为__A_____。

A. 平推流反应器
B. 全混流反应器
C. 多釜串联全混流反应器
D. 全混流串接平推流反应器
37. 对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随
增大而单调下降，则最适合的反应器为___B____。

=e
T A
P(主)
S(副)P
ϕA
C A
P(主)
S(副)P
ϕA C
A. 平推流反应器
B. 全混流反应器
C. 多釜串联全混流反应器
D. 全混流串接平推流反应器
38.对于可逆放热反应如何选择操作温度？
（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，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。

39.全混流反应器其E （t ）曲线的方差
___t −2____。

40.偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动，E （θ）曲线的方差
为_0—1______。

41.当流体在半径为R 的管作层流流动时，在径向存在流速分布，轴心处的流速以记，则距轴心处距离为r 的流速u 0[1−(r/R)2]_______。

42.当流体在半径为R 的管作层流流动时，管壁处的流速___0____。

43.流体在半径为R 的管作层流流动的停留时间分布密度函数E （t ）=_t ⁻2/2t 3______。

44.流体在半径为R 的管作层流流动的停留时间分布函数F （t ）=_1−(t ⁻/2t)2______。

=
2t σ2
θσ0u =r u =R u
45.脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为_E （t ）曲线______。

46.阶跃示踪法测定停留时间分布
对应曲线为_F （t ）曲线______。

47.非理想流动不一定是由__返混_____造成的。

48.非理想流动不一定是由返混造成的，但返混造成了___停留时间分布____。

49.为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种轴向返混与扩散过程的相似性，在__平推流_____的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并认为的假定该轴向返混过程可以用费克定律加以定量描述，所以，该模型称为_轴向分散模型______。

27.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数_uL/E X ______。

28.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就__愈小_____。

31.误差函数erf 的定义式为______________。

33.轴向分散模型的数学期望值_1+2/P e ______，方差
_2(1/P e )+8(1/P e )2______。

51.平推流流动的E （t ）曲线的方差
___A____。

A. 0
B. 0～1
C. 1
D. ＞1
52.全混流流动的E （t ）曲线的方差
____C___。

A. 0
B. 0～1
C. 1
D. ＞1
0C C A 0
C C A =e P =θ=2θσ=
2θσ=
2θσ
67.简述非理想流动轴向扩散模型的特点？
1）在管径向截面上流体具有均一的流速 2）在流动方向上流体存在扩散过程，该过程类似于分子扩散，符合Fick 定律 3）轴向混合系
数在管为定值 4）径向不存在扩散 5）管不存在死区或短路流 68.简述非理想流动轴向扩散模型的定义？
为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种返混与扩散过程的相似性，在平推流的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并人为的假定该轴向返混过程可以用Fick 定律加以定量描述，所以该模型称为“轴向扩散模型”
69.简述非理想流动多级混合模型的特点？
把实际的工业反应器模拟成有n 个容积相等串联的全混流区所组成，来等效的描述返混和停留时间分布对反应过程的影响。

19.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。

20.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__。

22.气—固相催化反应的扩散模数_______，它是表征扩
散影响的重要参数。

23.气—固相催化反应的扩散模数，它是表征扩散影响
的重要参数，数值平方的大小反映了_表面反应速率___与__扩散速率
=S φe
m S V D C k R
1-=
S φe m S V D C k R
1
-
_____之比。

24.气—固相催化反应的扩散模数的大小可判别扩散的影响程度，
愈大，则粒的浓度梯度就 _愈大_，反之，愈小，外浓度愈近于
__均一__。

26.催化剂的失活可能是由于某些化学物质的中毒引起的，关于中毒的两种极端情况是_均匀中毒_与_孔口中毒_。

43.气固催化反应的扩散模数
，其中L 为特征长度，
若颗粒为平片形则L=___C____。

A. 厚度/2
B. R
C. R/2
D. R/3
59.解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？
多孔物质催化剂的粒扩散较为复杂。

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，这种扩散称为分子扩散。

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，这种扩散称为努森扩散。

7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_非均相模型______。

8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的___一维____模型，和同时考虑径向混合和径向温差的__二维_____模型。

21简述固定床反应器的优缺点？
S φS
φS φe
m S V L D C k L /1
-=φ
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。

（1）催化剂在床层不易磨损（2）床层流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力（3）固定床中的传热较差（4）催化剂的更换必须停产进行
22.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相模型的特点？ 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。

拟均相模拟忽略了床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。

25.简述气—固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点？ 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。

拟均相二维模型是忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别，同时考虑流体在轴向和径向上的温度梯度和浓度梯度。

名词解释（本题满分30分）
0、收率：以Y 表示，其定义为Y=生成目的产物所消耗的关键组分的量（mol ）/进入反应系统的关键组分的量（mol ）
1平行反应：一种反应物同时形成多种产物，称为平行反应，如
2、全混流反应器多态：根据不同的操作参数，Q R 与Q C 的交点可能有三个、两个或一个，这种有多个交点的现象称为反应器的多态。

A
P(主)
S(副)
3宏观反应动力学：
4返混：又称逆向返混，不同年龄的质点之间的混合。

是时间概念上的混合。

5扩散有效因子：ζ=r p /r s =cat 粒子的实际反应速率/cat 部的浓度和温度与其外表面上的相等时的反应速率（s 指外表面状态下的情况） 6、全混流模型：反应物料以稳定流量流入反应器，在反应器中，刚进入的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合。

7、化学膨胀因子: δA 为组分A 转化1mol 时，反应物系增加或减少的量，称为化学膨胀因子，即δA =(1/γA )[(γA +γM )− (γA +γB )]=∑γi /γA
8,全混流反应器热不稳定性：如果某个短暂的扰动使反应器的温度产生微小的变化，当扰动消失后，如果反应温度将继续上升直到另一个平衡状态为止，称此反应器是不稳定的，或五自衡能力。

4、有如下平行反应
T
S
P A −→−−→−−→−3
2
1
,P 为目的产物，各反应均为一级不可
逆放热反应，反应活化能依次为312E E E ,0
j
k 为 j 反应的指前因子，
证明最佳温度
)
()(ln 210
213032
3E E k E E k R E E T op ---=
（10分）
2、某催化反应总反应为,R B A +→ 反应机理为： a. ()()A A ⇔+
b. ()()R B A +⇔
c. ()()+⇔B B
(1) 分别推导a,c 各为控制步骤时的均匀吸附动力学方程;(2) 写出b 为控制步骤时的均匀吸附动力学方程; （20分）
3、用脉冲示踪法在反应器入口输入示踪剂KMnO 4，并同时测其出口物料中示踪剂KMnO 4的浓度随时间的变化，测量数据如下：
t （min ） 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
40
KMnO 4浓度（g/l ）
0 2 6
12
12
10
5
2
1
0.5 0
试根据实验数据确定反应器中的平均停留时间及Pe 。

（10分）
1、某自催化反应,R A →反应速率式R A A c kc r =,某温度下k=1.5m3/(kmol.min),进口原料中含A 0.9 kmol/ m 3,含R 0.01 kmol/ m 3,原料的进料量为10 m 3/h ，要求A 的最终浓度降到0.01 kmol/ m 3，求（1）反应速率最大时，A 的浓度为多少？（2）采用全混流反应器时，反应器体积是多大？（3）采用平推流反应器时，反应器体积是多大？（4）为使反应器体积为最小，应如何组合全混流和平推流反应器？其最小体积为多少？
C A
r A 0 0.5
1.0
C A0
C A f
(1)显然，C A =0.5kmol/m 3时，速率达最大值。

()()
00 1.0A
A R A R A A A A r kC C kC C C C kC C ==+-=-⎡⎤⎣⎦解：。