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《化學(xué)反應(yīng)工程》試題 一、填空題 1. 質(zhì)量傳遞 、 熱量傳遞 、 動(dòng)量傳遞 和化學(xué)反應(yīng) 稱為三傳一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表達(dá)式為 輸入-輸出=累積 。 3. 著眼組分A轉(zhuǎn)化率xA的定義式為 xA=(nA0-nA)/nA0 。 4. 總反應(yīng)級(jí)數(shù)不可能大于 3 。 5. 反應(yīng)速率-rA=kCACB的單位為kmol/(m3h)，速率常數(shù)k的因次為 m3/(kmolh ) 。 6. 反應(yīng)速率-rA=kCA的單位為kmol/kgh，速率常數(shù)k的因次為 m3/kgh 。 7. 反應(yīng)速率的單位為mol/Ls，速率常數(shù)k的因次為 (mol)1/2L-1/2s 。 8. 反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T的關(guān)系為，其活化能為 83.14kJ/mol 。 9. 某反應(yīng)在500K時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)k是400K時(shí)的103倍，則600K時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)k時(shí)是400K時(shí)的 105 倍。 10. 某反應(yīng)在450℃時(shí)的反應(yīng)速率是400℃時(shí)的10倍，則該反應(yīng)的活化能為（設(shè)濃度不變） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反應(yīng)2SO2+O2==2SO3的膨脹因子等于 -0.5 。 12. 非等分子反應(yīng)N2+3H2==2NH3的膨脹因子等于 –2/3 。 13. 反應(yīng)N2+3H2==2NH3中（）= 1/3 （）= 1/2 14. 在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)物初濃度為CA0，轉(zhuǎn)化率為xA，當(dāng)反應(yīng)器體積增大到n倍時(shí)，反應(yīng)物A的出口濃度為 CA0(1-xA)n ，轉(zhuǎn)化率為 1-(1-xA)n 。 15. 在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)物初濃度為CA0，轉(zhuǎn)化率為xA，當(dāng)反應(yīng)器體積增大到n倍時(shí)，反應(yīng)物A的出口濃度為，轉(zhuǎn)化率為。 16. 反應(yīng)活化能E越 大 ，反應(yīng)速率對(duì)溫度越敏感。 17. 對(duì)于特定的活化能，溫度越低溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響越 大 。 18. 某平行反應(yīng)主副產(chǎn)物分別為P和S，選擇性SP的定義為 (nP-nP0)/ (nS-nS0) 。 19. 某反應(yīng)目的產(chǎn)物和著眼組分分別為P和A其收率ΦP的定義為 (nP-nP0)/ (nA0-nA) 。 20. 均相自催化反應(yīng)其反應(yīng)速率的主要特征是隨時(shí)間非單調(diào)變化，存在最大的反應(yīng)速率 。 21. 根據(jù)反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常采用的方法有 速率控制步驟 、 擬平衡態(tài) 。 22. 對(duì)于連續(xù)操作系統(tǒng)，定常態(tài)操作是指 溫度及各組分濃度不隨時(shí)間變化 。 23. 返混的定義： 不同停留時(shí)間流體微團(tuán)間的混合 。 24. 平推流反應(yīng)器的返混為 0 ；全混流反應(yīng)器的返混為 ∞ 。 25. 空時(shí)的定義為 反應(yīng)器有效體積與進(jìn)口體積流量之比 。 26. 針對(duì)著眼組分A的全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程為。 27. 不考慮輔助時(shí)間，對(duì)反應(yīng)級(jí)數(shù)大于0的反應(yīng)，分批式完全混合反應(yīng)器優(yōu)于全混流反應(yīng)器。 28. 反應(yīng)級(jí)數(shù)>0時(shí)，多個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果 優(yōu)于全混流反應(yīng)器。 29. 反應(yīng)級(jí)數(shù)<0時(shí)，多個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果 差于 全混流反應(yīng)器。 30. 反應(yīng)級(jí)數(shù)>0時(shí)，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果 優(yōu)于 全混流反應(yīng)器。 31. 反應(yīng)級(jí)數(shù)<0時(shí)，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果差于 全混流反應(yīng)器。 32. 對(duì)反應(yīng)速率與濃度成正效應(yīng)的反應(yīng)分別采用全混流、平推流、多級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器其反應(yīng)器體積的大小關(guān)系為 全混流＞多級(jí)串聯(lián)全混流＞平推流 ； 33. 通常自催化反應(yīng)較合理的反應(yīng)器組合方式為 全混流 + 平推流 。 34. 相同轉(zhuǎn)化率下，可逆放熱反應(yīng)的平衡溫度 高于 最優(yōu)溫度。 35. 主反應(yīng)級(jí)數(shù)大于副反應(yīng)級(jí)數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇 平推流 反應(yīng)器。 36. 主反應(yīng)級(jí)數(shù)小于副反應(yīng)級(jí)數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇 全混流 反應(yīng)器。 37. 要提高串聯(lián)反應(yīng)中間產(chǎn)物P收率，優(yōu)先選擇 平推流 反應(yīng)器。 38. 主反應(yīng)級(jí)活化能小于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用 低 溫操作。 39. 主反應(yīng)級(jí)活化能大于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用 高 溫操作。 40. 停留時(shí)間分布密度函數(shù)的歸一化性質(zhì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 41. 定常態(tài)連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，F(xiàn)(0)= 0 ；F(∞)= 1 。 42. 定常態(tài)連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，F(xiàn)(t)與E(t)的關(guān)系。 43. 平均停留時(shí)間是E(t)曲線的 分布中心 ；與E(t)的關(guān)系為。 44. 方差表示停留時(shí)間分布的 分散程度 ；其數(shù)學(xué)表達(dá)式為。 45. 采用無(wú)因次化停留時(shí)間后，E(θ)與E(t) 的關(guān)系為。 46. 采用無(wú)因次化停留時(shí)間后，F(xiàn)(θ)與F(t) 的關(guān)系為 F(θ)=F(t) 。 47. 無(wú)因次方差與方差的關(guān)系為。 48. 平推流反應(yīng)器的= 0 ；而全混流反應(yīng)器的= 1 。 49. 兩種理想流動(dòng)方式為 平推流 和 全混流 。 50. 非理想流動(dòng)的數(shù)值范圍是 0~1 。 51. 循環(huán)操作平推流反應(yīng)器循環(huán)比越 大 返混越大。 52. 循環(huán)操作平推流反應(yīng)器當(dāng)循環(huán)比β= 0 時(shí)為平推流；當(dāng)β= ∞ 時(shí)為全混流。 53. 停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，常用的示蹤方法為 脈沖示蹤 和 階躍示蹤 。 54. 脈沖示蹤法根據(jù)檢測(cè)到的濃度變化曲線可以直接得到 E(t) 曲線。 55. 階躍示蹤法根據(jù)檢測(cè)到的濃度變化曲線可以直接得到 F(t) 曲線。 56. 采用脈沖示蹤法測(cè)得的濃度CA(t)與E(t)的關(guān)系式為 E(t)= CA(t)/C0 。 57. 采用階躍示蹤法測(cè)得的濃度CA(t)與F(t)的關(guān)系式為 F(t)= CA(t)/ CA0 。 58. N個(gè)等體積全混釜串聯(lián)的停留時(shí)間分布的無(wú)因次方差= 1/N 。 59. 多級(jí)全混釜串聯(lián)模型當(dāng)釜數(shù)N= 1 為全混流，當(dāng)N= ∞ 為平推流。 60. 全混流的E(t)=；F(t)=。 61. 平推流的E(t)=0 當(dāng)、=∞當(dāng) ；F(t)= 0 當(dāng)、=1當(dāng)。 62. 軸向分散模型中，Pe準(zhǔn)數(shù)越 小 返混越大。 63. 軸向分散模型中Peclet準(zhǔn)數(shù)的物理意義是 代表了流動(dòng)過(guò)程軸向返混程度的大小 。 64. 對(duì)于管式反應(yīng)器，流速越 大 越接近平推流；管子越 長(zhǎng) 越接近平推流。 65. 為使管式反應(yīng)器接近平推流可采取的方法有 提高流速 和 增大長(zhǎng)徑比 。 66. 對(duì)于 平推流 反應(yīng)器，宏觀流體與微觀流體具有相同的反應(yīng)結(jié)果。 67. 工業(yè)催化劑所必備的三個(gè)主要條件：選擇性高 、活性好 和 壽命長(zhǎng) 。 68. 化學(xué)吸附的吸附選擇性要 高于 物理吸附的吸附選擇性。 69. 化學(xué)吸附的吸附熱要 大于 物理吸附的吸附熱。 70. 化學(xué)吸附常為 單 分子層吸附，而物理吸附常為 多 分子層吸附。 71. 操作溫度越高物理吸附 越弱 ，化學(xué)吸附 越強(qiáng) ； 72. 在氣固相催化反應(yīng)中動(dòng)力學(xué)控制包括 表面吸附 、 表面反應(yīng) 和 表面脫附 。 73. 氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)指消除 內(nèi)外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的 影響測(cè)得的動(dòng)力學(xué)。 74. 氣固相催化反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)與宏觀動(dòng)力學(xué)的主要區(qū)別是 前者無(wú)內(nèi)外擴(kuò)散的影響。 75. 在氣固相催化反應(yīng)中測(cè)定本征動(dòng)力學(xué)可以通過(guò)提高氣體流速 消除外擴(kuò)散、通過(guò) 減小催化劑顆粒粒度 消除內(nèi)擴(kuò)散。 76. 固體顆粒中氣體擴(kuò)散方式主要有 分子擴(kuò)散 和 努森擴(kuò)散 。 77. 固體顆粒中當(dāng)孔徑 較大時(shí) 以分子擴(kuò)散為主，而當(dāng)孔徑 較小時(shí) 以努森擴(kuò)散為主。 78. 氣固相催化串聯(lián)反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會(huì)使中間產(chǎn)物的選擇性 下降 。 79. 氣固相催化平行反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會(huì)使高級(jí)數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性 下降 。 80. Thiele模數(shù)的物理意義 反映了表面反應(yīng)速率與內(nèi)擴(kuò)散速率之比 。 81. 催化劑的有效系數(shù)為催化劑粒子實(shí)際反應(yīng)速率/催化劑內(nèi)部濃度和溫度與外表面上的相等時(shí)的反應(yīng)速率。 82. 催化劑粒徑越大，其Thiele模數(shù)越 大 ，有效系數(shù)越 小 ； 83. 氣固相非催化反應(yīng)縮核模型中氣相反應(yīng)物A的反應(yīng)歷程主要有三步，分別是 氣膜擴(kuò)散 、 灰層擴(kuò)散 和 表面反應(yīng) 。 84. 自熱式反應(yīng)是指 利用反應(yīng)自身放出的熱量預(yù)熱反應(yīng)進(jìn)料 。 85. 固定床反應(yīng)器的主要難點(diǎn)是 反應(yīng)器的傳熱和控溫問(wèn)題 。 86. 多段絕熱固定床的主要控溫手段有 段間換熱 、原料氣冷激 和 惰性物料冷激 。 87. 固定床控制溫度的主要目的是 使操作溫度盡可能接近最優(yōu)溫度線 。 88. 固體顆粒常用的密度有堆密度、顆粒密度和真密度，三者的關(guān)系是 真密度＞顆粒密度＞堆密度。你們 89. 對(duì)于體積為VP外表面積為aP的顆粒其體積當(dāng)量直徑為、面積當(dāng)量直徑為 、比表面當(dāng)量直徑為。 90. 固定床最優(yōu)分段的兩個(gè)必要條件是 前一段出口反應(yīng)速率與下一段進(jìn)口相等 和 每一段的操作溫度線跨越最優(yōu)溫度線。 二、計(jì)算分析題 1. 在恒容條件下，反應(yīng)A+2B==R，原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3，計(jì)算當(dāng)CB =20 kmol/m3時(shí)，計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA、xB及各組分的濃度。 解：在恒容條件下：xB=( CB0- CB )/ CB0=0.8 由CA0- CA =( CB0- CB )/2得到：CA =60 kmol/m3 xA=( CA0- CA )/ CA0=0.4 2. 在恒壓條件下，反應(yīng)A+2B==R，原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3，計(jì)算當(dāng)CB = 20 kmol/m3時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA、xB及各組分的濃度。 解：δB=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5 n=n0(1+ yB0δB xB) = n0(1-0.5 xB) 在恒壓條件下：V=V0 n/n0= V0(1-0.5xB) CB =nB/V= nB0(1- xB)/[V0(1-0.5xB)]= CB0(1- xB)/ (1-0.5xB) xB=8/9 nA0- nA =( nB0- nB )/2 xA=( nA0- nA )/ nA0=( nB0- nB )/(2 nA0)= ( nB0- nB )/(2 nB0)=0.5 xB=4/9 3. 串聯(lián)-平行反應(yīng)A+B==R，A+R==S，原料中各組分的濃度為CA0=2.0mol/L，CB0=4.0 mol/L，CR0=CS0=0，在間歇反應(yīng)器中恒容操作一定時(shí)間后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5 mol/L，計(jì)算此時(shí)組分B和S的濃度。 解：在恒容條件下：ΔCA1= CB0-CB；ΔCA2= CS ；CR= (CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2 得到：CS=( CA0-CA- CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol/L CB = CB0- CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4 mol/L 4. 在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫2級(jí)、1級(jí)、0級(jí)均相反應(yīng)，分別求出轉(zhuǎn)化率由0至0.9所需的時(shí)間與轉(zhuǎn)化率由0.9至0.99所需時(shí)間之比。 解：在間歇反應(yīng)器中： 0級(jí)反應(yīng)：， 1級(jí)反應(yīng)：， 2級(jí)反應(yīng)：， 5. 在等溫恒容條件下進(jìn)行下列氣相反應(yīng)：A→2R其反應(yīng)速率方程為，試推導(dǎo)： （1） 以A組分轉(zhuǎn)化率xA表示的反應(yīng)速率方程； （2） 以總壓P表示的速率方程。 假定原料組分為50%A和50%惰性氣體，氣體為理想氣體。 解：（1） （2）δA=(2-1)/1=1 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0δA xA) = n0(1+0.5 xA) xA=2n/n0-2=2P/P0-2 6. 在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫二級(jí)反應(yīng)A==B，反應(yīng)速率：當(dāng)CA0分別為1、5、10mol/L時(shí)，分別計(jì)算反應(yīng)至CA=0.01mol/L所需的時(shí)間。 解：在間歇反應(yīng)器中可視為恒容反應(yīng)可視為： 當(dāng)CA0=1mol/L時(shí)，t=9900s 當(dāng)CA0=5mol/L時(shí)，t=9950s 當(dāng)CA0=10mol/L時(shí)，t=9990s lnk 1/T 7. 試畫出反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T的關(guān)系示意圖。 解： lnk與1/T作圖為一直線 8. 某氣相恒容反應(yīng)在400K時(shí)的速率式為：MPa/h，（1）試問(wèn)反應(yīng)速率常數(shù)的單位是什么？（2）若速率式寫成 kmol/(m3h)，試問(wèn)此反應(yīng)的速率常數(shù)為多少？ 解：（1）反應(yīng)速率常數(shù)的單位：(hMPa)-1 （2） m3/( kmolh) 9. 等溫下在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)不可逆液相分解反應(yīng)A==B+C，在5min內(nèi)有50%的A分解，要達(dá)到分解率為75%，問(wèn)需多少反應(yīng)時(shí)間？若反應(yīng)為2級(jí)，則需多少反應(yīng)時(shí)間？ 解：一級(jí)反應(yīng)： 二級(jí)反應(yīng)： 10. 液相自催化反應(yīng)A==B的速率方程為mol/(Lh)，在等溫間歇釜中測(cè)定反應(yīng)速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，經(jīng)過(guò)1小時(shí)后可測(cè)得反應(yīng)速率最大值，求該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k。 解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA 反應(yīng)速率最大時(shí)：，得到CA=0.5 mol/L 對(duì)反應(yīng)速率式積分得到，代入數(shù)據(jù)得到k=2.944 L/(molh) 11. 對(duì)于氣相反應(yīng)：A→3P 其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA，試推導(dǎo)在恒容條件下以總壓P表示的反應(yīng)速率方程。假定原料為50%A和50%惰性組分，氣體符合理想氣體。 解： 在恒容條件下 δA=(3-1)/1=2 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0δA xA) = n0(1+ xA) xA=n/n0-1=P/P0-1 12. 對(duì)于氣相反應(yīng)：A→3P 其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA，在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫恒壓反應(yīng)。已知反應(yīng)器體積為V，原料體積流量為v0，初始濃度為CA0。試推導(dǎo)：其反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程，并以A組分轉(zhuǎn)化率xA表示成易積分的形式。假定原料為純A，氣體符合理想氣體。 解：δA=(3-1)/1=2 yA0=1 等溫恒壓：v=v0(1+ yA0δA xA) = v0(1+2xA) k1 k2 A P S 13. 在一全混流反應(yīng)器中進(jìn)行下列一級(jí)不可逆串聯(lián)反應(yīng)： 目的產(chǎn)物為P，反應(yīng)器體積為V，體積流量為v0，進(jìn)料為純A組分，濃度為CA0。 （1）各組分的濃度表達(dá)式； （2）導(dǎo)出產(chǎn)物P的總收率、選擇性表達(dá)式； （3）導(dǎo)出產(chǎn)物P濃度達(dá)到最大所需的空時(shí)，即最優(yōu)空時(shí)。 解： 全混流反應(yīng)器中對(duì)A組分作物料衡算 對(duì)P組分作物料衡算： P的總收率： P的總選擇性： P的濃度達(dá)到最大需滿足： 得到最優(yōu)空時(shí)： 14. 某一級(jí)氣相反應(yīng)A==2P，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min-1，按下列條件進(jìn)行間歇恒容反應(yīng)，1min后反應(yīng)器內(nèi)的總壓為多少？反應(yīng)條件：(1)1atm純A；(2) 10atm純A；(3)1atm A和9atm惰性氣體。 解：一級(jí)反應(yīng)： δA=(2-1)/1=1 n=n0(1+δA yA0xA)= n0(1+ yA0xA) P=P0 (1+ yA0xA) (1) 1atm純A：yA0=1 P=P0 (1+ yA0xA)=1.393atm (2) 10atm純A：yA0=1 P=P0 (1+ yA0xA)=13.93atm (3) 1atm A和9atm惰性氣體：yA0=0.1 P=P0 (1+ yA0xA)=10.393atm 15. 某二級(jí)液相反應(yīng)A+B==C，已知在間歇全混釜反應(yīng)器中達(dá)到xA=0.99需反應(yīng)時(shí)間為10min，問(wèn)：（1）在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ為多少？（2）在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ為多少？（3）若在兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ又為多少？ 解： （1）在平推流反應(yīng)器中： （2）在全混流反應(yīng)器中： （3）兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中： 第一個(gè)釜 第二個(gè)釜 由試差法計(jì)算得到：τ=51.5min 16. 自催化反應(yīng)A+R→2R其速率方程為：-rA=kCACR （1） 在等溫條件下進(jìn)行反應(yīng)，已知CA0和CR0，要求最終轉(zhuǎn)化率為xAf。為使反應(yīng)器體積最小。試問(wèn)：最合適的理想反應(yīng)器組合方式； （2） 此最小反應(yīng)器總體積表達(dá)式； （3） 在FA0/(-rA)～xA圖上表示各反應(yīng)器的體積。 解：（1）最合適的理想反應(yīng)器組合方式：全混釜反應(yīng)器串聯(lián)平推流反應(yīng)器 （2）反應(yīng)速率最大點(diǎn)是兩個(gè)反應(yīng)器的分界點(diǎn)。 CA+CR= CA0+CR0 CR= CA0+CR0-CA= CM-CA 反應(yīng)速率最大時(shí)，d(-rA)/dt=0 CA=0.5CM ①若CAf≥0.5CM，即，僅用一個(gè)全混釜即可 ②若CAf＜0.5CM，即 全混釜體積： 平推流體積： V=Vm+VP FA0/(-rA) VP Vm 0 xAf 17. 對(duì)于反應(yīng)速率方程為的液相反應(yīng)，為達(dá)到一定的生產(chǎn)能力，試討論當(dāng)n＞0、n=0和n＜0時(shí)，如何選擇型式（平推流或全混流）使反應(yīng)器體積最小，并簡(jiǎn)單說(shuō)明理由，并在圖上表示反應(yīng)器的體積。 解：當(dāng)n=0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)，故與反應(yīng)器型式無(wú)關(guān)。 當(dāng)n＞0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈正效應(yīng)，而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇平推流反應(yīng)器。 當(dāng)n＜0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈負(fù)效應(yīng)，而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇全混流反應(yīng)器。 n〈0 FA/(-rA) xA FA/(-rA) xA FA/(-rA) n=0 n＞0 xA 18. 一級(jí)等溫反應(yīng)A==P，活化能為83140J/mol，在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為420K，反應(yīng)器體積為Vp，如改為全混流反應(yīng)器，其體積為Vm，為達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率xA=0.6，（1）若反應(yīng)操作溫度相同，則Vm/Vp之值應(yīng)為多少？（2）若Vm/Vp=1，則全混流反應(yīng)器的操作溫度應(yīng)為多少？ 解：（1） （2）Vm/Vp=1，同樣得到： 代入數(shù)據(jù)得到：Tm=440K 19. 等溫二級(jí)反應(yīng)，依次經(jīng)過(guò)體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器，出口轉(zhuǎn)化率為0.99，若將兩個(gè)反應(yīng)器改換次序，問(wèn)出口轉(zhuǎn)化率為多少？ 解：等溫二級(jí)反應(yīng)得到，平推流 全混流： 將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時(shí)的條件代入，計(jì)算得到：kCA0τ=61.53 全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器：先計(jì)算全混流出口xA=0.884 全混流出口xA就是平推流進(jìn)口xA，計(jì)算平推流出口xA=0.986 20. 等溫一級(jí)反應(yīng)，依次經(jīng)過(guò)體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器，出口轉(zhuǎn)化率為0.99，若將兩個(gè)反應(yīng)器改換次序，問(wèn)出口轉(zhuǎn)化率為多少？ 解：等溫一級(jí)反應(yīng)得到，平推流 全混流： 將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時(shí)的條件代入，計(jì)算得到：kτ=3.175 全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器：先計(jì)算全混流出口xA=0.760 全混流出口xA就是平推流進(jìn)口xA，計(jì)算平推流出口xA=0.99 21. 液相二級(jí)不可逆反應(yīng)A+B==C，CA0=CB0，在平推流反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)τ=10min時(shí)xA=0.99，問(wèn)在相同溫度下為達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率，采用（1）在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ為多少？（2）若在兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ又為多少？ 22. 在恒溫恒容下進(jìn)行下式所示的自催化反應(yīng)：A+R→2R，其速率方程為，初始濃度分別為和，試推導(dǎo)其在間歇釜中達(dá)到最大反應(yīng)速率時(shí)的時(shí)間和A組分的濃度，若采用連續(xù)操作，應(yīng)采用何種理想反應(yīng)器組合方式，可使反應(yīng)器總體積最小，并用示意圖進(jìn)行表示。 23. 平行反應(yīng)： A P rP=1 S rS=2CA T rT=CA2 其中P為目的產(chǎn)物，在等溫操作中，證明：采用全混流反應(yīng)器最大產(chǎn)物濃度CPmax=CA0；采用平推流反應(yīng)器最大產(chǎn)物濃度CPmax= CA0/(1+ CA0)。 24. 等溫一級(jí)不可逆串聯(lián)反應(yīng)ARS，進(jìn)料為純A濃度為CA0，連續(xù)操作空時(shí)為τ，試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度：（1）平推流反應(yīng)器；（2）全混流反應(yīng)器。 A P rP=k1CA S rS=k2CA 25. 等溫一級(jí)不可逆平行反應(yīng)： 進(jìn)料為純A濃度為CA0，連續(xù)操作空時(shí)為τ，試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度：（1）平推流反應(yīng)器；（2）全混流反應(yīng)器。 Vm PFR CSTR Vp v0 26. 試分別在圖上畫出下列流動(dòng)模型的停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)和停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)曲線： 舉出與它有相同停留時(shí)間分布的另一種流動(dòng)模型，這說(shuō)明了什么問(wèn)題。 27. 液相反應(yīng) R(主反應(yīng)) rR=k1CA0.6CB1.2 A+B S(副反應(yīng)) rS=k2CA2.0CB0.2 A B B A A B A B ① ② ③ ④ 從有利于產(chǎn)品分布的觀點(diǎn)，（1）將下列操作方式按優(yōu)→劣順序排列，并說(shuō)明理由。（2）若反應(yīng)活化能E1>E2，應(yīng)如何選擇操作溫度？ 28. 試采用脈沖示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。 29. 試采用階躍示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。 30. 畫出平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器、平推流和全混流反應(yīng)器串聯(lián)及全混流和平推流反應(yīng)器串聯(lián)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)和分布函數(shù)F(t) 31. F(θ)和E(θ)分別為閉式流動(dòng)反應(yīng)器的無(wú)因次停留時(shí)間分布函數(shù)和停留時(shí)間分布密度函數(shù)。 （1）若反應(yīng)器為平推流反應(yīng)器，試求： (a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2) （2）若反應(yīng)器為全混流反應(yīng)器，試求： (a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2) （3）若反應(yīng)器為一非理想反應(yīng)器，試求： (a)F(∞)；(b)E(∞)；(c)F(0)；(d)E(0)；(e)；(f) 32. 丁烯在某催化劑上反應(yīng)的到丁二烯的總反應(yīng)為 C4H8(A)== C4H6(B)+ H2(C) 假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行： A+σAσ AσBσ+C BσB+σ 假定符合均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程： （1） A吸附控制； （2） B脫附控制； （3） 表面反應(yīng)控制。 33. 乙炔與氯化氫在HgCl2-活性炭催化劑上合成氯乙烯的反應(yīng) C2H2 (A) + HCl (B)== C2H3Cl (C) 其動(dòng)力學(xué)方程式可有如下幾種形式： （1） （2） （3） 試分別列出反應(yīng)機(jī)理和控制步驟 34. 氣固相催化反應(yīng)：A+B==C，其反應(yīng)機(jī)理如下： A+σAσ B+σBσ Aσ+B Cσ CσC+σ 假定符合Langmuir均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程： （1） A吸附控制； （2） C脫附控制； （3） 表面反應(yīng)控制。 35. 在氣固相催化劑表面進(jìn)行下列氣相可逆反應(yīng)： A+B==R 其反應(yīng)機(jī)理為： A+σ1＝Aσ1 B+σ2＝Bσ2 Aσ1+ Bσ2→Rσ1+σ2 (速率控制步驟) Rσ1＝R+σ1 試用Langmuir均勻吸附模型導(dǎo)出該反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)方程。 36. 某氣固相催化反應(yīng)：A==R，其動(dòng)力學(xué)方程式為 （以催化劑質(zhì)量為基準(zhǔn)） 試導(dǎo)出平推流式的等溫積分反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率xA與W/FA0的關(guān)系式 37. 試列出氣固相催化反應(yīng)通常所經(jīng)歷的步驟，并區(qū)分動(dòng)力學(xué)控制和傳遞控制。 38. 試敘述氣固相催化反應(yīng)中Thiel模數(shù)φs和有效系數(shù)η的物理意義；對(duì)于本征動(dòng)力學(xué)的測(cè)定應(yīng)如何消除內(nèi)外擴(kuò)散的影響。 39. 某非催化氣固相反應(yīng)：A(g)+2B(s)==R(g)+S(s)，假定固體反應(yīng)物為球型顆粒，若過(guò)程為氣膜擴(kuò)散控制，試采用縮核模型推導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)方程（t與xB的關(guān)系）。提示：氣膜擴(kuò)散方程：；nB=ρmVc= 40. 某非催化氣固相反應(yīng)：A(g)+2B(s)==R(g)+S(s)，假定固體反應(yīng)物為球型顆粒，若過(guò)程為非反應(yīng)核表面反應(yīng)控制，試采用縮核模型推導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)方程（t與xB的關(guān)系）。提示：表面反應(yīng)：；nB=ρmVc= 41. 試列出氣固相非催化反應(yīng)中縮核模型的反應(yīng)歷程，并說(shuō)明與縮粒模型的差別。 Q Qr Qg T 1 2 3 42. 試說(shuō)明反應(yīng)器設(shè)計(jì)中產(chǎn)生放大效應(yīng)的原因；為提高放大的可靠性，應(yīng)如何應(yīng)用反應(yīng)工程知識(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究。 43. 在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行不可逆放熱反應(yīng)，其放熱和移熱線如下圖所示： 試(1)指明穩(wěn)定的定常態(tài)操作點(diǎn)，寫出熱穩(wěn)定性的判據(jù)；(2)實(shí)際生產(chǎn)中如何進(jìn)行開(kāi)、停車操作，并在圖中畫出。 44. 采用中間冷卻的三段絕熱固定床進(jìn)行氣固相催化反應(yīng)，標(biāo)明圖中各條線的名稱，根據(jù)最優(yōu)分段的要求畫出整個(gè)過(guò)程的操作線。 T0 xA T xAf 0 45. 一級(jí)可逆反應(yīng)A==B，對(duì)不同控制步驟繪出反應(yīng)物A在催化劑顆粒內(nèi)部與氣膜中的濃度分布。其中：主體濃度為CAg；顆粒表面濃度為CAs；顆粒中心濃度為CAi；平衡濃度為CAe。 主體 氣膜 粒內(nèi) CAg CAg Rp 0 內(nèi)擴(kuò)散控制 主體 氣膜 粒內(nèi) CAg CAg Rp 0 外擴(kuò)散控制 主體 氣膜 粒內(nèi) CAg CAg Rp 0 動(dòng)力學(xué)控制