PAGEPAGE17《化學反應工程》課程綜合復習資料一、填空題：在一個完整的氣—固相催化反應的七大步驟中，屬于本征動力學范疇的三步為 、 和 。多級混合模型的唯一模型參數(shù)為 ，軸向擴散模型的唯一模型參數(shù)為 .對于單一反應在相同的處理量和最終轉化率條件選擇反應器時主要考慮 ;而于復合反應，選擇反應器時主要考慮的則是 。工業(yè)催化劑性能優(yōu)劣的三種最主要的性質是 、 和 。在均相反應動力學中，利用實驗數(shù)據(jù)求取化學反應速率方程式的兩種最主要的方法和 。反應級數(shù) （可/不可能）是0,基元反應的分子數(shù) 可能不可能）是0。完全混合反應器（全混流反應)內物料的溫度和濃度 ，并且 (大于/小于/等于）反應器出口物料的溫度和濃度。1 2 對于一個在全混流反應器里進行的放熱反應，一般可以出現(xiàn)三個定常態(tài)操作點M、M、M如下圖所示，其中和M3這兩點我們稱之為 的定常態(tài)操作點則稱為1 2 1 2 ,M、M、M中哪一個操作點？1 2 M3M3M2M1AT測定非理想流動的停留時間分布函數(shù)時，兩種最常見的示蹤物輸入方法為 和階躍示蹤。二、選擇題：對于瞬時收率和總收率，下列正確的說法有 （多項選擇）。A。對于平推流反應器，反應的瞬時收率與總收率相等;反應的瞬時收率與總收率相等；;對于全混流反應器，反應的瞬時收率與總收率之間是積分關系。某反應速率常數(shù)的單位為m3/(mol。hr)，該反應為 級反應。A。零級；B.一級；C。二級；D。不能確定.對于平行反應

A,n

1 1 ，活化能1 1

>E反應級數(shù)n 〈n,如果目的產物是R的話，我2 2 A,,n2 2

1 2 1 2們應該在 條件下操作。A。高溫、反應物A高濃度； 。高溫、反應物A低濃度；C.低溫、反應物A高濃度； D。低溫、反應物A低濃度。關于E函數(shù)和F函數(shù)，下面正確的是 。（多項選)A。F(t)B。F(t)

E(t)dt;0tE(t)dt；0C。E(t)dF(t)/dt；D. ()E(t)dt1。0E(t) et/t 是 。1t1A.平推流的E函數(shù)；B。全混流的E函數(shù)；C。平推流串聯(lián)全混流的E函數(shù)；D。全混流串聯(lián)平推流的E函數(shù)。多級混合流模型和軸向分散模型是兩種預測非理想流動對反應轉化率影響的數(shù)學模型關于兩種模下列觀點正確的是 。軸向分散模型適用于返混程度在零到無窮大的任何的情況；;;D。兩種模型可用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)對于反應ARS，目的產物是R，下述反應器中最適宜的是 .A.平推流反應器；B。全混流反應器；C。兩個串連在一起的等體積全混流反應器;D.平推流與全混流串聯(lián)在一起的反應器。關于理想反應器，下列描述不正確的是(多項選擇A。理想的間歇式反應器和全混流反應器的理想的內涵是一樣的,都是反應器內溫度和組成處處相同；B。理想的間歇式反應器和全混流反應器的理想的內涵是不一樣的,組成處處相同，但前者隨著時間的變化溫度和組成可能都發(fā)生變化，而后者則不隨時間變化;C。平推流和全混流反應器都是連續(xù)流動式反應器，前者的返混為零，后者為無窮大；D。平推流和全混流反應器都是連續(xù)流動式反應器，前者的返混為無窮大，后者為零。恒溫恒壓的氣相變容反應N3H2NH，原料中混入了一定量的Ar氣（與N和H的2 2 3 2 2轉化率為零時的初始總摩爾數(shù)比為1/2，N與H的比例為計量)，則膨脹率 為 。2 2 A.—0.5；B.-1/3; C.-1/6; D-5/6宏觀流體和微觀流體是流體凝集態(tài)的兩種極端形式，流體的凝集態(tài)不同對反應結果一般有顯的影響，但對于 是例.一級不可逆反應；零級不可逆反應；C?；磻籇。非基元反應關于E函數(shù)和F函數(shù)，下面不正確的是 。(t)E(t)dt； B. (t)tE(t)dt；0 0C. E(t)d(t)/dt； D。()E(t)dt10對于一級恒容和一級變容不可逆反應，下面敘述正確的是 。A。在同一平推流反應器內、在同樣條件下進行反應，反應的轉化率是一樣的;在同一全混流反應器內、在同樣條件下進行反應，反應的轉化率是一樣的；C。在同一間歇式反應器內、在同樣條件下進行反應,反應的轉化率是一樣的;D。在同一平推流反應器或間歇式反應器內、在同樣條件下進行反應，反應的轉化率是一樣的。1E(t) et/t是 。1tA.平推流的E函數(shù)； B.全混流的E函數(shù);C。平推流串聯(lián)全混流的E函數(shù)； D.全混流串聯(lián)平推流的E函數(shù)對于瞬時收率和總收下列正確的判斷有 (多項選)A。對于平推流反應器，反應的瞬時收率與總收率相等；B。對于全混流反應器,反應的瞬時收率與總收率相等；C.對于平推流反應器,反應的瞬時收率與總收率之間是積分關系；D。對于全混流反應器，反應的瞬時收率與總收率之間是積分關系；關于基元反應的認,正確的是 。A。分子數(shù)可以是任意的整數(shù)；B.基元反應的計量系數(shù)與對應物種的反應級數(shù)之間存在一一對應關系；C?；磻狝R和2A2R意義是一樣的；D?；磻目偡磻墧?shù)可能是小數(shù)。對于一個串聯(lián)反目的產物是中間產物，下述反應器中最適宜的反應器是 。A.全混流反應器；B。平推流反應器；C.兩個串連在一起的等體積全混流反應器；D。平推流與全混流串聯(lián)在一起的反應器。對于化學反應的認識，下面正確的是 ?；瘜W反應的轉化率、目的產物的收率僅與化學反應本身和使用的催化劑有關系；器內流體的流動方式有關；反應器僅僅是化學反應進行的場所，與反應目的產物的選擇性無關；.恒溫恒壓的氣相變容反應N 3H 2NH，原料中混入了一定量的Ar氣（與N和H的2 2 3 2 2轉化率為零時的初始總摩爾數(shù)比為1/2，N與H的比例為計量比則膨脹率 為 。2 2 A. —0.5；B. —1/3；C. —1/6；D. -5/6。關于指前因子和活化能描述正確的是 。A。指前因子理論上與溫度無關,活化能的取值永遠都是正的,活化能大、溫度低，反應速率對溫度的變化更敏感；B。指前因子理論上與溫度有關，但與指數(shù)項相比其隨溫度的變化可以忽略，活化能的取值永遠都是正的，活化能大、溫度低,反應速率對溫度的變化更敏感；C。指前因子理論上與溫度有關，活化能的取值不可能永遠都是正的，活化能小、溫度高，反應速率對溫度的變化更敏感.多級混合流模型和軸向分散模型是兩種預測非理想流動對反應轉化率影響的數(shù)學模型關于兩種模下列觀點正確的是 .A。軸向分散模型適用于返混程度在零到無窮大的任何的情況；BC。兩種模型可用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)；D.兩者不能共用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)。三、計算題:時間，minCA，mol/L1.時間，minCA，mol/L051015202530350411105420現(xiàn)有某液相反應物A在該反應器中進行分解反應，速率方程為:r kCA A

， k=0.30用多級混合流模型預測時，該反應器的出口轉化率為多少？A02。液體反應物A(C ＝1mol/L）通過兩個串聯(lián)的全混流反應器發(fā)生某不可逆反應，第一個反器出口的濃度為0.5mol/L，兩個反應器的體積比V2/V1=2，反應級數(shù)為2，反應速度方程如:A0r kCA A

2 。min)求第二個反應器出口的濃度。3.某液相不可逆反應A→R在一理想的間歇式反應器中進行A的濃度CA:時間,min0246810CA mol/L10。910。820。740.670.61請用積分法確定該反應的速率方程（可用下面的圖面作圖).4。用一個2升的全混流反應器來確定某反應A R的動力學方程的液相溶液分別以不同的率和不同的初始濃度加入反應器，并測定A的出口濃度，得到如下表所示的數(shù)據(jù)：v0L/minCA0mmol/LCAmmol/L0。449.1418。340.564。4023。601103。2041。142153。2068。102180.8075。72假設反應速率只與A有關,求反應速率方程式。如需作圖,請使用下面的坐標圖。5.某一級液相反應AR在一個全混流反應器中進行，轉化率為90％，如果再串聯(lián)一個同樣的全混流反應器，使轉化率仍維持在90％，試問處理量增加多少？60.37min—1t和2分別為17min和0.25.求用多級混合流模型預測的轉化率。7。純組分A發(fā)生下述平行反應,r=2C mol/(L.min)P P AR A rR S （目的產物）rS=CA2 mol/(L.min)A2mol/L,反應在恒溫的條件下進行，試確定在全混流反應器中目的產物S達到的最大濃度。四、推導題：AA0假設含反應物A的新鮮原料進入體積為V的全混流反應器進行反,其組成為C ，空時為出口轉化率為XA,出口處的反應速率為—r,請推導全混流反應器的設計方:AA0A。 XA。C rA0 A《化學反應工程》課程綜合復習資料參考答案一、填空:和脫附。多級混合模型的唯一模型參數(shù)為串聯(lián)的全混區(qū)的個數(shù)N，軸向擴散模型的唯一模型參數(shù)為uLPe＝E 。z對于單一反應，在相同的處理量和最終轉化率條件下，選擇反應器時主要考慮 反應器的小，而對于復合反應，選擇反應器時主要考慮的則是目的產物的收率。工業(yè)催化劑性能優(yōu)劣的三種最主要的性質是活性 、選擇性和穩(wěn)定性。在均相反應動力學,利用實驗數(shù)據(jù)求取化學反應速率方程式的兩種最主要的方法積分法和 微分法 。反應級數(shù)可能(/不可能）0,基元反應的分子數(shù)不可能（/不可能）。完全混合反應器（全混流反應器）內物料的溫度和濃度均一，并且等于（大于/小于等于）.1 2 對于一個在全混流反應器里進行的放熱反應，一般可以出現(xiàn)三個定常態(tài)操作點M、M、M如下圖所示，其中和M3,M2則稱為1 2 2 3 不穩(wěn)定的定常態(tài)操作點。實際操作我們一般選擇M1MM中哪一個操作點？M 。2 3 M3M3M2M1AT測定非理想流動的停留時間分布函數(shù)時，兩種最常見的示蹤物輸入方法為脈沖法和階躍法.二、選擇:對于瞬時收率和總收率，下列正確的說法有 BC （多項選擇）。A;B.對于全混流反應器，反應的瞬時收率與總收率相等；C。對于平推流反應器,反應的瞬時收率與總收率之間是積分關系；D。對于全混流反應器,反應的瞬時收率與總收率之間是積分關系；某反應速率常數(shù)的單位為m3/(mol.hr)，該反應為 C 級反應。A。零級；B.一級；C。二級；D。不能確定。A,nRnnR對于平行反應nnR

1 1 1

,

1〉E

，反應級數(shù)2

〈，如果目的產物是的話，我1 2A,,nS2 2 2們應該在B條件下操作。A。高溫、反應物A高濃度； 。高溫、反應物A低濃度；C。低溫、反應物A高濃度； D.低溫、反應物A低濃度關于E函數(shù)和F函數(shù)，下面正確的是BCD 。（多項選擇）A。F(t)

E(t)dt；0B. F(t)

tE(t)dt；0C。E(t)dF(t)/dt;D. ()E(t)dt101E(t) et/t是BtA。平推流的E函數(shù)；B。全混流的E函數(shù);C。平推流串聯(lián)全混流的E函數(shù)；D。全混流串聯(lián)平推流的E函數(shù)多級混合流模型和軸向分散模型是兩種預測非理想流動對反應轉化率影響的數(shù)學模型,兩種模型，下列觀點正確的是D。軸向分散模型適用于返混程度在零到無窮大的任何的情況；在返混程度較小時，多級混合流模型的模擬結果更接近實際；兩者不能共用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)兩種模型可用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)；ARS,目的產物是RA平推流反應器；;C。兩個串連在一起的等體積全混流反應器；D。平推流與全混流串聯(lián)在一起的反應器,下列描述不正確的是AD（多項選擇）處相同；B。理想的間歇式反應器和全混流反應器的理想的內涵是不一樣的，雖然都是反應器內溫度和組成處處相同,但前者隨著時間的變化溫度和組成可能都發(fā)生變化，而后者則不隨時間變化；C。平推流和全混流反應器都是連續(xù)流動式反應器，前者的返混為零，后者為無窮大D.平推流和全混流反應器都是連續(xù)流動式反應器，前者的返混為無窮大，后者為零；恒溫恒壓的氣相變容反應N 3H 2NH，原料中混入了一定量的Ar氣（與N和H的2 2 3 2 2轉化率為零時的初始總摩爾數(shù)比為1/2，N與H的比例為計量)，則膨脹率 為。2 2 A.—05； B.-1/3； C。-1/6； D。-5/6宏觀流體和微觀流體是流體凝集態(tài)的兩種極端形式流體的凝集態(tài)不對反應結果一般有明的影響，但對于A 是例.A。一級不可逆反應；B.零級不可逆反應；C?；磻?；D。非基元反應關于E函數(shù)和F函數(shù),下面不正確的是A .A。(t)E(t)dt; B. (t)tE(t)dt；0 0C. E(t)d(t)/dt； D。()E(t)dt10CA。在同一平推流反應器內、在同樣條件下進行反應，反應的轉化率是一樣的；在同一全混流反應器內、在同樣條件下進行反應，反應的轉化率是一樣的；在同一間歇式反應器內、在同樣條件下進行反應，反應的轉化率是一樣的；1在同一平推流反應器或間歇式反應器內、在同樣條件下進行反應，反應的轉化率是一樣的。1E(t) et/t是BtA。平推流的E函數(shù)； 。全混流的E函數(shù)；C。平推流串聯(lián)全混流的E函數(shù)； D。全混流串聯(lián)平推流的E函數(shù)對于瞬時收率和總收率，下列正確的判斷有BC （多項選。對于平推流反應器，反應的瞬時收率與總收率相等；B。對于全混流反應器,反應的瞬時收率與總收率相等；C。對于平推流反應器反應的瞬時收率與總收率之間是積分關系；D.對于全混流反應器，反應的瞬時收率與總收率之間是積分關系；B。A。分子數(shù)可以是任意的整數(shù)；BC?；磻狝R和2A2R意義是一樣的；D.基元反應的總反應級數(shù)可能是小數(shù)。 下述反應器中最適宜的反應器是A。全混流反應器；B。平推流反應器;C。兩個串連在一起的等體積全混流反應器D.平推流與全混流串聯(lián)在一起的反應器,BDA?；瘜W反應的轉化率、目的產物的收率僅與化學反應本身和使用的催化劑有關系;B.;C。反應器僅僅是化學反應進行的場所，與反應目的產物的選擇性無關;D.反應器的類型可能直接影響到一個化學反應的產物分布恒溫恒壓的氣相變容反應N23H22NH3，原料中混入了一定量的Ar氣（N2H2的1/2，N2與H2)，則膨脹率為A.—05；B.-1/3;C?！?/6；D。-5/6關于指前因子和活化能描述正確的是B指前因子理論上與溫度無關，活化能的取值永遠都是正的,溫度的變化更敏感；B,反應速率對溫度的變化更敏感；C。指前因子理論上與溫度有關，活化能的取值不可能永遠都是正的，活化能小、溫度高,反應速率對溫度的變化更敏感；C。A。軸向分散模型適用于返混程度在零到無窮大的任何的情況；B.C;D.兩者不能共用同一套示蹤實驗數(shù)據(jù)三、計算題：1。在一反應器入口輸入理想脈沖示蹤物后，不同時間檢測出口示蹤物的濃度C，結果如下所示：時間，min05101520253035CA mol/L，0411105420現(xiàn)有某液相反應物A在該反應器中進行分解反應，速率方程為:r kCA A

, k=。30min-1,若用多級混合流模型預測時，該反應器的出口轉化率為多少?解：根據(jù)脈沖示蹤數(shù)據(jù)可得：tC(t)t

tC(t)iiit i iiiiC(t)t

C(t)

(等時間間隔）＝15mini i i2t

t2C(tiiii

)ti

t

tC(ti ii

t2(等時間間隔45。83min2C(ti

)ti

C(t)i22t2

＝0.204t2故：N 12C

1 4.900.2041則:xA

1

CA 1A0

(1

ktN)N

0.959A02.液體反應物A（C ＝1mol/L)通過兩個串聯(lián)的全混流反應器發(fā)生某不可逆反第一個反應器出A0口的濃度為0.5mol/L，兩個反應器的體積比V2/V1=2，反應級數(shù)為2,已知反應速度方程為：r kCA A

2 。min)求第二個反應器出口的濃度。解:全混流反應器的設計方程:

C CA0 A得:

V C 11

rAC C

10.51v 0

A0 A1rA1

A0 kC 2A1

k0.52所以：21同理：

V 2

C A1

A2

C CA1 A22 v r0 A2

kC 2A2

C CA1 A22 C 2A22 2由： V 得：2k2 2 V 2 11 1故：C C故：A1 A24C 2A2A2解得：C ＝025mol/LA23。某液相不可逆反應A→R在一理想的間歇式反應器中進行，實驗測得反應物A的濃度CA在不同反應時間的數(shù)據(jù)如下：時間，min0246810CA mol/L10。910。820.740。670.61請用積分法確定該反應的速率方程.解：假設為一級反應，則應滿足：ktln(C )ACA0根據(jù)已知數(shù)據(jù)知CA0為1mol/L，計算得如下數(shù)據(jù):時間t(min)：0 2 4 6 8 10Cln(CA):0 009 。20 030 0.40 。49A0作圖:0.50.40.30.50.40.30.20.10.00246810CAA/CAn-t,min得到一條直線，故一級反應的假設正確。又根據(jù)k=斜率＝0。05min—1，得速率方程為:r 0.05CA

mol/(L。min)2AR,A并測定A的出口濃度，得到如下表所示的數(shù)據(jù)：v0L/minCA0mmol/LCAmmol/L0.449.1418.340.564。4023.601103.2041。142153。2068.102180。8075.72假設反應速率只與A有關,求反應速率方程式。如需作圖,請使用下面的圖面.解：根據(jù)全混流反應器的設計方程：

C C A0 A得：rA

rAC C A0 A由已知數(shù)據(jù)可得下表：，minr AC A0AlnCAln(-rA）2.52.521。。。32。40。04170.2210.162.913.163.72。224.332.513.024。135。145.35假設－rA=kCAn,得：ln（—rA）=lnk+nlnCAA以A

做圖，得一直線。由截距＝lnk =。3，:k=0.037。min)；另外，斜率＝n=故速率方程為：=0.037C2 mmol/（L.min）A AAR在一個全混流反應器中進行，轉化率為90%90%，試問處理量增加多少？解:當反應在一個全混流反應器內進行時，根據(jù)全混流反應器的設計方程，有：1xA

1 ……………….(1)1k1當兩個等體積全混流反應器串聯(lián)時,轉化率不變，則有:11x 1A

………………。.（2）k )22根據(jù)式(1），得k =9；根據(jù)式得k4.32。101