2025年化學工程與技術(shù)專升本反應工程試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.對于一級反應，在間歇反應釜（CSTR）中，將反應物轉(zhuǎn)化率從x1提高到x2所需的時間是（）。A.(ln(1/x1)-ln(1/x2))/kB.(ln(x2)-ln(x1))/kC.(1/x2-1/x1)/kD.k*(ln(x2)-ln(x1))2.對于某一級反應，若在平推流反應器（PFR）中進行，為達到80%的轉(zhuǎn)化率，所需的空時τ為4小時。若改在等體積的間歇反應釜（CSTR）中進行，達到80%轉(zhuǎn)化率所需的反應時間約為（）。A.4小時B.2小時C.8小時D.16小時3.對于一個簡單的液相不可逆反應A→P，若反應在間歇釜中進行，反應速率為rA=kCA。若反應在CSTR中進行，反應速率為rA=kCA2。則該反應為（）級。A.0級B.1級C.2級D.3級4.與平推流反應器（PFR）相比，全混釜反應器（CSTR）的突出優(yōu)點是（）。A.對反應級數(shù)適應性更強B.實際操作更簡單，不易產(chǎn)生溝流現(xiàn)象C.單位體積反應器具有更高的生產(chǎn)速率D.對反應動力學數(shù)據(jù)要求更低5.在進行反應器選型時，如果反應的活化能較高，通常更傾向于考慮使用（）。A.間歇反應釜B.平推流反應器C.全混釜反應器D.空時較小的反應器6.對于液相反應A+B→P，若反應物A和B的初始濃度相等，反應為二級反應（rA=kCACB）。在等溫間歇釜中，反應物的轉(zhuǎn)化率為50%時，反應速率是初始反應速率的（）倍。A.1倍B.2倍C.0.5倍D.0.25倍7.在多相催化反應中，影響反應速率的主要因素除了催化劑本身的活性外，還包括（）。A.反應物和產(chǎn)物的濃度B.固體催化劑的比表面積C.反應溫度D.以上都是8.對于一個平行反應A→P和A→S，若希望提高產(chǎn)物P的選擇性（即提高P/S的摩爾比），在反應器類型上，通常不優(yōu)先考慮使用（）。A.間歇反應釜B.平推流反應器C.全混釜反應器D.催化劑選擇性好且具有特定孔結(jié)構(gòu)的固定床反應器9.空時（SpaceTime,τ）的定義是（）。A.反應器體積與反應物初始流量之比B.反應器體積與反應物初始濃度之比C.反應器體積與產(chǎn)物流量之比D.反應時間與反應器體積之比10.當反應物濃度較低時，對于n級反應（n≠1），其反應速率與反應物濃度的關(guān)系是（）。A.正比B.反比C.平方反比D.無關(guān)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.間歇反應釜（CSTR）的主要操作特點是反應器內(nèi)物料濃度均勻，且等于反應器出口物料濃度。2.平推流反應器（PFR）的理想化條件是反應器內(nèi)無返混，且反應物料始終處于反應器的入口狀態(tài)。3.對于恒容反應，反應物的轉(zhuǎn)化率等于反應物初始濃度與反應物濃度的比值。4.空間時間（τ）也稱為，其單位通常為小時（h）或分鐘（min）。5.影響反應選擇性的因素包括反應動力學、反應器類型、以及。6.催化劑的活性是指催化劑降低反應活化能的能力，通常用正反應活化能與逆反應活化能之差來衡量。7.在間歇釜中處理變?nèi)莘磻獣r，計算反應時間需要考慮反應過程中體積的變化。8.反應工程中，反應器選型需要綜合考慮反應動力學數(shù)據(jù)、經(jīng)濟性以及等因素。9.多相反應器中，傳遞過程（如擴散）對反應速率的影響有時甚至大于表面上的化學反應速率。10.對于一級反應，在等溫的CSTR中，反應時間與反應物初始濃度的平方根成正比。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述全混釜反應器（CSTR）和間歇反應釜（CSTR，注意與全混釜區(qū)分）在操作特性上的主要區(qū)別。2.為什么對于液相反應，在反應物初始濃度較高時，全混釜反應器（CSTR）的空時通常小于平推流反應器（PFR）達到相同轉(zhuǎn)化率所需的空時？3.簡述影響反應選擇性的主要因素有哪些？如何通過反應器操作條件的選擇來提高主反應的選擇性？四、計算題（每小題10分，共30分）1.某一級液相反應A→P在等溫間歇反應釜中進行。反應速率常數(shù)k=0.1h?1。若反應物A的初始濃度CA?=2mol/L，試計算反應物A轉(zhuǎn)化率達到80%時所需的理論反應時間t。假設反應過程體積不變。2.某二級液相反應A+B→P在等溫間歇反應釜中進行。反應速率常數(shù)k=1.0mol?1·L·h?1。若反應物A和B的初始濃度均為CA?=CB?=1mol/L，試計算反應物A轉(zhuǎn)化率達到75%時所需的理論反應時間t。3.某不可逆液相反應A→P在等溫的平推流反應器（PFR）中進行，反應動力學符合rA=kCA，其中k=0.5h?1?，F(xiàn)要求將反應物A的轉(zhuǎn)化率x=0.9。試計算所需的空時τ。若改用等體積的等溫全混釜反應器（CSTR）達到同樣的轉(zhuǎn)化率x=0.9，試計算所需的空時τ。比較兩種反應器的空時大小，并簡要說明原因。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.B6.B7.D8.C9.A10.A二、填空題1.出口2.無返混3.進料4.摩爾空時(SpaceTime)或空速(SpaceVelocity)5.溫度6.逆反應7.反應物消耗導致體積縮小8.反應選擇性9.相界10.濃度三、簡答題1.間歇反應釜（間歇釜）是分批操作，每次投料反應結(jié)束后排出料或進行分離，反應器內(nèi)濃度隨時間變化。全混釜反應器（CSTR）是連續(xù)操作，進料和出料同時進行，反應器內(nèi)濃度均勻且等于出口濃度，不隨時間變化。2.對于液相反應，當反應物初始濃度較高時，CSTR內(nèi)反應物濃度始終接近初始濃度，而PFR內(nèi)反應物濃度則隨反應進行而下降。對于相同轉(zhuǎn)化率x，CSTR內(nèi)反應物剩余濃度（1-x）CA?接近初始濃度CA?，其反應速率rA≈kCA?=k(1-x)CA?。PFR內(nèi)反應物平均濃度約為CA?(1-x)，反應速率rA≈kCA?(1-x)。由于(1-x)CA?>CA?(1-x)(對于x不為0時)，故CSTR達到相同轉(zhuǎn)化率所需的空時小于PFR。3.影響反應選擇性的主要因素有：反應動力學（副反應的存在）、反應溫度（不同反應對溫度的敏感度不同）、反應器類型（影響反應物濃度分布和停留時間分布）、催化劑（選擇性）以及反應物和產(chǎn)物的分離效果。通過反應器操作條件的選擇來提高主反應的選擇性，例如：對于溫度敏感的反應，可通過控制反應器溫度分布或選擇合適的絕熱/冷卻方式，使反應條件更有利于主反應；對于不同選擇性，可通過選擇合適的反應器類型，如PFR有利于高選擇性反應，CSTR則可能促進副反應。四、計算題1.解：間歇釜一級反應計算。rA=kCAdV/dt=-rA=-kCAV=V?,V=V?-V=V?(1-x),dCA/dt=-kCACA?→CA=CA?(1-x)∫(CA?~CA)dCA/(CA?-CA)=-k∫(0~t)dt[-ln(CA?-CA)|CA?~CA]=-ktln[(CA?-CA)/(CA?-CA?(1-x))]=ktln[(1-x)/x]=ktt=(1/x-1)/k=(1/0.8-1)/0.1h?1=(1.25-1)/0.1h=2.5/0.1h=25小時。答：所需理論反應時間t=25小時。2.解：間歇釜二級反應計算(CA?=CB?)。rA=kCA*CB=kCA2(因為CB=CA?-CA=CA)dV/dt=-rA=-kCA2V=V?,V=V?-V=V?(1-x),dCA/dt=-kCA2CA?→CA=CA?(1-x)∫(CA?~CA)1/(CA2)dCA=-k∫(0~t)dt[-1/CA|CA?~CA]=-kt[-1/(CA?(1-x))-(-1/CA?)]=-kt1/CA?-1/(CA?(1-x))=ktCA?(1-x)/[CA?*CA?(1-x)]-1/CA?=kt(1-x)/CA?-1/CA?=kt-x/CA?=ktx/CA?=-ktx=-kCA?tt=x/(-kCA?)=0.75/(-1.0mol?1·L·h?1*1mol/L)=-0.75h=0.75小時。答：所需理論反應時間t=0.75小時。3.解：PFR與CSTR計算比較(一級反應rA=kCA)。PFR：要求x=0.9,k=0.5h?1。dCA/dτ=-kCA∫(CA?~CA)1/(CA)dCA=-k∫(0~τ)dτ[ln(CA)|CA?~CA]=-kτln(CA)-ln(CA?)=-kτln(CA?/(CA?-CA))=kτCA=CA?(1-x)=1mol/L*(1-0.9)=0.1mol/Lln(1/(1-0.9))=0.5h?1*τln(1/0.1)=0.5τln(10)=0.5τ2.3026=0.5ττ_pfr=2.3026/0.5h=4.6052小時。CSTR：要求x=0.9,k=0.5