1、化学反应工程综合复习资料（模拟题） 一、填空题： 1. 所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指 、 和 ， “一反”是指 。 2. 各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能 的反 应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数 的反应的选择性。 3. 测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为 和 。 4. 在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 和 。 5. 多级混合模型的唯一模型参数为 ，轴向扩散模型的唯一模型参数为 。 6. 工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 、 和 。 7. 平推流
2、反应器的 E 函数表达式为 ，其无因次方差 = ，而全混流反应 2 器的无因次方差 。 2 8. 某反应速率常数的单位为 m3/(mol.hr)，该反应为 级反应。 9. 对于反应 ，各物质反应速率之间的关系为：(-r A):(-rB):rR 。2ABR 10. 平推流反应器和全混流反应器中 更适合于目的产物是中间产物的串联 反应。 11. 某反应的计量方程为 ，则其反应速率表达式 。ARS 12. 物质 A 按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在 67时转化 50需要 30min, 而在 80时达到同样的转化率仅需 20 秒，该反应的活化能为 。 13. 反应级数 （可能/不可能）大于 3
3、。 14. 对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑 ；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是 ； 15. 完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度 ，并且 （大 于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 16. 下图是某连串反应在各转化率下的产物浓度分布曲线，那么当转化率达 70%时，中间产物 R 的化学反应工程定义总收率为 ，按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性的定义，在 该转化率条件下的收率是 ，选择性是 。 0 0.20.40.60.81.00.2 0.40.6 0.81.0A R S XA C/A0 二、多项选择题： 1. 关于理想的间歇式反应
4、器、平推流反应器和全混流反应器，下列描述正确的是 A. 三者同为理想反应器，但理想的内涵是不同的； B. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是一样的，都是反应器内温度和组 成处处相同； C. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的，虽然都是反应器内温 度和组成处处相同，但前者随着时间的变化温 度和组成可能都发生变化，而后者则不随时 间变化； D. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大 2. 关于积分法和微分法，认识正确的是 A. 积分法和微分法是两种求取动力学参数的数据处理方法，前者对数据的精度要求比后 者低； B. 积分法不能处理动
5、力学较为复杂的（反应物和产物不止一种、正反应和逆反应的反应 级数不同）可逆反应； C. 积分法得到的动力学参数比微分法可靠 3. 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 A. 在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； B. 在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； C. 在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； D. 在同一平推流反应器或间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一 样的。 4. 对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断是 A. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等； B.
6、对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等； C. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系； D. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系； 5. 气相变容反应 ，原料中混入了一定量的惰性气体（惰性气体与 A 和 B 的转2ABC 化率为零时的初始总摩尔数比为 1：1，A 与 B 的比例为计量比） ，则膨胀率 为 A. -0.5； B. -1/3； C. -1/6； D. -5/6 6. 纯气体 A (浓度 2 mol/L，摩尔流率 100mol/min)在平推流反应器里分解生成一系列产物， 其动力学为： ，在一个 9.8 L 的反应器里进行反AACrprod
7、ucts)min10(,5. 应所能达到的转化率为 A. 70%； B. 80%； C. 90%； D. 100% 7. 关于 E 函数和 F 函数，下面正确的是 A. F(t)= E(t)； B. ； C. ； D. t0d)(E)( dt/)(Ft1dt)(E)(F0 8. 轴向分散系数与扩散系数，下面论述正确的是 A. 两者实质上是相同的，都符合 Fick 定律； B. 两者实质上是不同的，轴向分散系数的定义实际上是借用了 Fick 定律的形式； C. 轴向分散系数是与流动有关系的； D. 扩散系数是物质本身的一种属性 9. 宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式，流体的凝集态不同
8、，对反应结果一般 有明显的影响，但对于 是例外。 A. 一级不可逆反应； B. 在平推流反应器内进行反应； C. 在全混流反应器内进行反应； D. 零级反应 10. 对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是 A. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径； B. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径； C. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径； D. 增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速 11. 关于基元反应的认识，正确的是 A. 分子数是针对基元反应的概念； B. 基元反应的计量系数与对应物种的反应级数之间存在一一对应关系； C. 基元反应
9、和 意义是一样的；RA2 D. 有的基元反应的总反应级数可能是小数 12. 对于一个均相变容反应，针对反应物 A 的反应速率，下面表述正确的是 A. ；B. ；C. ；dtCrAdtx1CrA0dt)x1(CrA0A D. tNV1rA 13. 对于平行反应 ，活化能 E1E2，反应级数 n1n2，如果目的产物是 R 的话，SR2 1n,Ek, ， 我们应该在 条件下操作。 A. 高温、反应物 A 高浓度； B. 高温、反应物 A 低浓度； C. 低温、反应物 A 高浓度； D. 低温、反应物 A 低浓度 14. 对于化学反应的认识，下面正确的是 A. 化学反应的转化率、目的产物的收率仅与化学
10、反应本身和使用的催化剂有关系； B. 化学反应的转化率、目的产物的收率不仅与化学反应本身和使用的催化剂有关，而且 还与反应器内流体的流动方式有关； C. 反应器仅仅是化学反应进行的场所，与反应目的产物的选择性无关； D. 反应器的类型可能直接影响到一个化学反应的产物分布 15. 对于一个串联反应，目的产物是中间产物，适宜的反应器是 A. 全混流反应器； B. 平推流反应器； C. 循环反应器； D. 平推流与全混流串联在一起的反应器 16. 关于非理想流动与停留时间分布，论述正确的是 A. 一种流动必然对应着一种停留时间分布； B. 一种停留时间分布必然对应着一种流动； C. 一种停留时间分布
11、可能对应着多种流动； D. 流动与停留时间分布存在一一对应关系 17. 是 t/e1)t(E A. 平推流的 E 函数； B. 全混流的 E 函数； C. 平推流串联全混流的 E 函数； D. 全混流串联平推流的 E 函数 18. 对于轴向分散模型，选择不同的边界条件，计算公式和结果都有所不同，这说明 A. 边界条件是人为设定的，是为了便于有关公式的推导； B. 边界条件可以自由选取； C. 边界条件决定于操作条件和反应装置的本身； D. 边界条件不同，计算公式和计算结果不同，说明边界条件不同，直接影响到反应器内 的流动和反应 19. 对于一个气固相催化反应过程，下列属于动力学因素的是 A.
12、气膜扩散； B. 孔内扩散； C. 反应物的吸附和产物的脱附； D. 表面反应 20. Langmuir 吸附等温的四个假定：均匀表面、单层吸附、吸附机理相同和无相互作用这几点 应该说是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。然而，对于多数的化学反应，应用这 几点假定进行有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于 A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低； B. 实际的催化剂表面一般很平整； C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远； D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限 21. 关于指前因子和活化能描述正确的是 A. 指前因子理论上与温度无关，活化能的取值永远都是正的，活
13、化能大、温度低，反应 速率对温度的变化更敏感； B. 指前因子理论上与温度有关，但与指数项相比其随温度的变化可以忽略，活化能的取 值永远都是正的，活化能大、温度低，反应速率对温度的变化更敏感； C. 指前因子理论上与温度有关，活化能的取值不可能永远都是正的，活化能小、温度高， 反应速率对温度的变化更敏感； 22. 对于一级不可逆反应 ，产物 R 的最大浓度通常 SRA21kk A. 只与速率常数的大小有关； B. 只与反应温度有关； C. 与 A 的初始浓度和速率常数的大小有关； D. 只与 A 的初始浓度有关 23. 测定停留时间分布常用的方法有脉冲示踪法和阶跃示踪法，关于这两种方法，下列描
14、述正 确的是 A. 这两种方法都是物理示踪法； B. 根据脉冲示踪法得到的实验数据，可以直接得到 E 函数； C. 根据阶跃示踪法得到的实验数据，可以直接得到 E 函数； D. 根据阶跃示踪法得到的实验数据，可以直接得到 F 函数 三、 计算题： 1. 某一级液相反应 在一只全混流反应器中进行，转化率为 95，如果再串连一只同AR 样的全混流反应器，使转化率仍维持在 95，试问处理量增加多少？ 2. 某速率常数为 0.15 min-1 的一级不可逆反应在一非理想反应器内进行反应，示踪结果表明， 和 分别为 15min 和 0.21。求用多级混合流模型预测的转化率。t2 3. 反应物 A 反应首
15、先生成 R (k1=6 hr-1)，R 进一步反应生成 S (k2=3 hr-1)和 T (k3=1 hr-1)。如果 浓度为 1.0 mol/L 的纯 A 在一个全混流反应器内进行反应，求 R 浓度达到最大值的空时及 R 的最大浓度。 4. 某一级恒容反应 AP 在一平推流和一全混流反应器所组成的串联反应器组中进行，两反 应器的有效容积均为 VR，进料为纯 A，初始体积流率为 0，试证明最后的总转化率与这两 个反应器的串联顺序无关。 （假设两反应器的温度相等且保持恒定，反应器被反应物全部 充满） 5. 纯组分 A 发生下述平行反应， A R S （ 目的产物 ） r R = 1 m o l
16、/ ( L . m i n ) r S = C A 2 m o l / ( L . m i n ) P r P = 2 C A m o l / ( L . m i n ) A 的起始浓度为 2mol/L, 反应在恒温的条件下进行，试确定在如下反应器中目的产物 S 所 能达到的最大浓度。 a.平推流反应器 b.全混流反应器 6 某气相一级不可逆反应： 2ARS 在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含 A 75（mol ） ，8 分钟后体积增加 了一倍，求 A 的转化率以及此温度下的速率常数。 7用一个 1 升的全混流反应器来确定某反应 的动力学方程，A 的液相溶液分别以不R 同的流率和
17、不同的初始浓度加入反应器，并测定 A 的出口浓度，得到如下表所示的数据。 v0 L/min CA0 mmol/L CA mmol/L 0.4 49.14 18.34 0.5 64.40 23.60 1 103.20 41.14 2 153.20 68.10 2 180.80 75.72 假设反应速率只与 A 有关，求反应速率方程式。 8在某实际反应器内用脉冲输入法测得其出口物料中示踪剂浓度的变化数据如下： t, min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C(t), g /L 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0 试列出相应表格计算各反应时间下所对应的的 E(t)值和 F(t)
18、值以及平均停留时间 ，并 画出 E (t) 和 F (t) 曲线。 9向某实际反应器入口用脉冲法加入示踪物，在出口测得的示踪物浓度变化如下： t, min 0 4 8 12 16 20 24 28 32 C(t)， g /L 0 3 5 8 10 7 4 2 0 若在该反应器内进行 AP 的一级异构化反应，已知反应流体为宏观流体，入口处 A 的转 化率为零，反应速度常数为 0.045min-1，试用凝集流模型预测在该反应器出口处所能达到 的转化率。 （提示：凝集流模型公式 ） 10在 Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应： C6H5CH(CH3)2 C6H6 + C3H6 若以 A、B 及 R 分
19、别表示异丙苯、苯及丙烯， 代表催化剂上的一个活性中心，其反应步 骤如下： A + A A B + R B B + 若表面反应为速度控制步骤，试由 L-H 机理和 Hougen-Watson 模型推导异丙苯分解的等温 速度方程式。 11在直径为 6mm 的球形催化剂颗粒上进行某一级不可逆反应 AP，已知：催化剂外表面 上的反应物 A 浓度为 9.510-5 mol/cm3，温度为 350 oC。该反应为放热反应，热效应为 - 131800 J/mol-A，活化能为 103600 J/mol-A。催化剂颗粒的有效导热系数为 2.0110-3 J/cms oC，反应物 A 在颗粒微孔内的有效扩散系数
20、为 0.015 cm2/s，反应的本征反应速度常 tdtEtXelmntA)()(0 数 kv=11.8 s-1。试计算： (1) 颗粒中心与催化剂外表面间可能达到的最大温度差； (2) 在此种情况下（颗粒内部同时存在着浓度梯度和温度梯度）催化剂颗粒的内扩散有效 系数。 12在 500下使用硅铝小球催化剂进行石脑油的催化裂化反应，该反应可近似当作一级不可 逆反应处理。已知催化剂的平均孔半径为 30 ，颗粒直径为 0.31 cm，颗粒密度为 1.14 g/cm3，孔体积为 0.35 cm3/g，油品的平均分子量为 120，反应速度常数 kW = 0.25 cm3/sgcat，曲折因子 = 2。在
21、反应条件下，催化剂微孔内的扩散主要是努森扩散，温 度梯度基本可忽略，试计算此时催化剂的有效系数。 A0 化学反应工程模拟题答案 一、填空题： 1. 所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指 质量传递、热量传递和 动量传递， “一反”是指 反应动力学 。 2. 各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能 高 的 反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数 大 的反应的选择性。 3. 测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为 脉冲示踪法 和 阶跃示踪法 。 4. 在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的
22、方法为 积 分法 和 微分法 。 5. 多级混合模型的唯一模型参数为 串联的全混区的个数 N ，轴向扩散模型的唯一模型 参数为 Pe（或 Ez / uL） 。 6. 工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 活性、选择性 和 稳定性。 7. 平推流反应器的 E 函数表达式为 ，其无因次方差 = 0 ,()0tEt 2 ，而全混流反应器的无因次方差 1 。 2 8. 某反应速率常数的单位为 m3 / (mol hr )，该反应为 2 级反应。 9. 对于反应 ，各物质反应速率之间的关系为 (-rA)：(-r B)：r R 1：2：2 2ABR 。 10. 平推流反应器和全混流反应器中 平推流 更适
23、合于目的产物是中间产物的串联反应。 11. 某反应的计量方程为 ，则其反应速率表达式 不能确定 。ARS 12. 物质 A 按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在 67 时转化 50 需要 30 min, 而 在 80 时达到同样的转化率仅需 20 秒，该反应的活化能为 3.46105 (J / mol ) 。 13. 反应级数 不可能 （可能/不可能）大于 3。 14. 对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑 反应器的 大小 ；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是 目的产物的收率 ； 15. 完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度 均一 ，并且
24、 等于 （大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 16. 下图是某连串反应在各转化率下的产物浓度分布曲线，那么当转化率达 70% 时，中间产 物 R 的化学反应工程定义总收率为 64% ，按炼厂或化工厂惯用的收率和选择性的定 义，在该转化率条件下的收率是 45% ，选择性是 64% 。 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 A R S XA C/C A0 二、多项选择题： 1关于理想的间歇式反应器、平推流反应器和全混流反应器，下列描述正确的是 A, C, D A. 三者同为理想反应器，但理想的内涵是不同的； B. 理想的间歇式反应器和全混流
25、反应器的理想的内涵是一样的，都是反应器内温度和组 成处处相同； C. 理想的间歇式反应器和全混流反应器的理想的内涵是不一样的，虽然都是反应器内温 度和组成处处相同，但前者随着时间的变化温度和组成可能都发生变化，而后者则不 随时间变化； D. 平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，后者为无穷大 2 关于积分法和微分法，认识正确的是 A, B A. 积分法和微分法是两种求取动力学参数的数据处理方法，前者对数据的精度要求比后 者低； B. 积分法不能处理动力学较为复杂的（反应物和产物不止一种、正反应和逆反应的反应 级数不同）可逆反应； C. 积分法得到的动力学参数比微分法可靠 3
26、 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是 C A. 在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； B. 在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； C. 在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的； D. 在同一平推流反应器或间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一 样的 4 对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断是 A, C A. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等； B. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等； C. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系； D.
27、对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系； 5 气相变容反应 ，原料中混入了一定量的惰性气体（惰性气体与 A 和 B 的转2ABC 化率为零时的初始总摩尔数比为 1：1，A 与 B 的比例为计量比） ，则膨胀率 为 C A. -0.5；B. -1/3；C. -1/6；D. -5/6 6 纯气体 A (浓度 2 mol / L，摩尔流率 100 mol / min) 在平推流反应器里分解生成一系列产 物，其动力学为： ，在一个 9.8 L 的反应器里进AACrproducts)min10(,5. 行反应所能达到的转化率为 A A. 70%；B. 80%；C. 90%；D. 100%
28、 7 关于 E 函数和 F 函数，下面正确的是 B, C, D A. F(t)= E(t)；B. ；C. ；D. t0d)(E)( dt/)(Ft1dt)(E)(0 8 轴向分散系数与扩散系数，下面论述正确的是 B, C, D A. 两者实质上是相同的，都符合 Fick 定律； B. 两者实质上是不同的，轴向分散系数的定义实际上是借用了 Fick 定律的形式； C. 轴向分散系数是与流动有关系的； D. 扩散系数是物质本身的一种属性 9 宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式，流体的凝集态不同，对反应结果一般 有明显的影响，但对于 A, B 是例外。 A. 一级不可逆反应； B. 在平推
29、流反应器内进行反应； C. 在全混流反应器内进行反应； D. 零级反应 10 对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是 A A. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径； B. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径； C. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径； D. 增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速 11 关于基元反应的认识，正确的是 A, B A. 分子数是针对基元反应的概念； B. 基元反应的计量系数与对应物种的反应级数之间存在一一对应关系； C. 基元反应 和 意义是一样的；RA2 D. 有的基元反应的总反应级数可能是小数 12 对
30、于一个均相变容反应，针对反应物 A 的反应速率，下面表述正确的是 B,D A. ；B. ；C. ；dtCrAdtx1CrA0dt)x1(CrA0A D. tNV1rA 13 对于平行反应 ，活化能 E1 E2，反应级数 n1 n2，如果目的产物是SR2 1n,Ek, ， R 的话，我们应该在 D 条件下操作。 A. 高温、反应物 A 高浓度； B. 高温、反应物 A 低浓度； C. 低温、反应物 A 高浓度； D. 低温、反应物 A 低浓度 14 对于化学反应的认识，下面正确的是 B, D A. 化学反应的转化率、目的产物的收率仅与化学反应本身和使用的催化剂有关系； B. 化学反应的转化率、目
31、的产物的收率不仅与化学反应本身和使用的催化剂有关，而且 还与反应器内流体的流动方式有关； C. 反应器仅仅是化学反应进行的场所，与反应目的产物的选择性无关； D. 反应器的类型可能直接影响到一个化学反应的产物分布 15 对于一个串联反应，目的产物是中间产物，适宜的反应器是 B A. 全混流反应器； B. 平推流反应器； C. 循环反应器； D. 平推流与全混流串联在一起的反应器 16 关于非理想流动与停留时间分布，论述正确的是 A, C A. 一种流动必然对应着一种停留时间分布； B. 一种停留时间分布必然对应着一种流动； C. 一种停留时间分布可能对应着多种流动； D. 流动与停留时间分布存
32、在一一对应关系 17 是 B t/e1)t(E A. 平推流的 E 函数；B. 全混流的 E 函数；C. 平推流串联全混流的 E 函数； D. 全混流串联平推流的 E 函数 18 对于轴向分散模型，选择不同的边界条件，计算公式和结果都有所不同，这说明 D A. 边界条件是人为设定的，是为了便于有关公式的推导； B. 边界条件可以自由选取； C. 边界条件决定于操作条件和反应装置的本身； D. 边界条件不同，直接影响到反应器内的流动和反应。 19 对于一个气固相催化反应过程，下列属于动力学因素的是 C, D A. 气膜扩散； B. 孔内扩散； C. 反应物的吸附和产物的脱附； D. 表面反应 2
33、0 Langmuir 吸附模型的四个假定：均匀表面、单层吸附、吸附机理相同和无相互作用这几 点应该说是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。然而，对于多数的化学反应，应用 这几点假定进行有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于 A A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低； B. 实际的催化剂表面一般很平整； C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远； D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限 21 关于指前因子和活化能描述正确的是 B A. 指前因子理论上与温度无关，活化能的取值永远都是正的，活化能大、温度低，反应 速率对温度的变化更敏感； B. 指前因子理论上与温度有关
34、，但与指数项相比其随温度的变化可以忽略，活化能的取 值永远都是正的，活化能大、温度低，反应速率对温度的变化更敏感； C. 指前因子理论上与温度有关，活化能的取值不可能永远都是正的，活化能小、温度高， 反应速率对温度的变化更敏感； 22 对于一级不可逆反应 ，产物 R 的最大浓度通常 C SRA21kk A. 只与速率常数的大小有关； B. 只与反应温度有关； C. 与 A 的初始浓度和速率常数的大小有关； D. 只与 A 的初始浓度有关 23 测定停留时间分布常用的方法有脉冲示踪法和阶跃示踪法，关于这两种方法，下列描 述正确的是 A，B，D A. 这两种方法都是物理示踪法； B. 根据脉冲示踪
35、法得到的实验数据，可以直接得到 E 函数； C. 根据阶跃示踪法得到的实验数据，可以直接得到 E 函数； D. 根据阶跃示踪法得到的实验数据，可以直接得到 F 函数 三、计算题： 1. 某一级液相反应 在一只全混流反应器中进行，转化率为 95，如果再串联一只同AR 样的全混流反应器，使转化率仍维持在 95，试问处理量应增加多少？ 【解】： 当反应在一个全混流反应器内进行时，根据全混流反应器的设计方程，有 .(1)11kxA 当两个等体积全混流反应器串联时，转化率不变，则有 (2)2)1(kxA 根据式（1） ，得 =19；根据式（2） ，得 6.94。k 进料体积流率之比等于空时的反比，即 。
36、010101 48.5, 2/ vvVvR 也就是说，串联后进料体积流率应为原来的 5.48 倍，即需增加 4.48 倍。 2. 某速率常数为 0.15 min-1 的一级不可逆反应在一非理想反应器内进行反应，示踪结果表明， 和 分别为 15 min 和 0.21。求用多级混合流模型预测的转化率。t2 解：根据多级混合流模型无因次方差与 N 之间的关系，有 = 4.76 2/1 根据一级不可逆反应多级混合流模型转化率的表达式，有 3. 反应物 A 反应首先生成 R (k1 = 6 hr-1)，R 进一步反应生成 S (k2 = 3 hr-1)和 T (k3 = 1 hr-1)。如 果浓度为 1
37、.0 mol / L 的纯 A 在一个全混流反应器内进行反应，求 R 浓度达到最大值的空时及 R 的最大浓度。 解：根据一级不可逆串联反应在全混流反应器中进行反应时中间物种最大浓度及达到最大浓度 842.0x 158.0)76.4150()Ntk1(A. 空时的公式，有： 3.01/)(2/320max, kCARLolR.ax, 0.2 hr)(132kopt 说明：上述两公式也可通过对反应物 A 和产物 R 两次应用全混流反应器设计方程，求得产物 R 的浓度表达式，然后令 ，求出 opt 和 CR, max 的值。RdC=0 4某一级恒容反应 AP 在一平推流和一全混流反应器所组成的串联反
38、应器组中进行，两反 应器的有效容积均为 Vr，进料为纯 A，初始体积流率为 v0，试证明最后的总转化率与这两个 反应器的串联顺序无关。 （假设两反应器的温度相等且保持恒定，反应器被反应物全部充满） 解: 反应速率方程： ArkC (a) 全混流在前，平推流在后 C A 0 C A 1 C A f 由全混流的设计方程，得： 001ARVvrk 故： 01ARCVkv 由平推流的设计方程得： 110 1lnAAfXCAfRxdvrk 则： 0 0/ /1RRkVkVvkAfCeee 其中 0RVv （b）平推流在前，全混流在后 C A 0 C A 1 C A f 对平推流： 1010 0lnAAX
39、CR AVdxvrk 得： 10kAe 对全混流： 110AfAfRvrk 得： 1AfCek 即：两各反应器的排列顺序不影响反应结果 5纯组分 A 发生下述平行反应， A R S （ 目的产物 ） r R = 1 m o l / ( L . m i n ) r S = C A 2 m o l / ( L . m i n ) P r P = 2 C A m o l / ( L . m i n ) A 的起始浓度为 2 mol / L，反应在恒温的条件下进行，试确定在如下反应器中目的产物 S 所能 达到的最大浓度。 a. 平推流反应器 b. 全混流反应器 解： (a) 对于平推流反应器： 2(1
40、)SAdC002()1AACCSS Add 021()ACAd 001lnAACC 当 C A 曲线下的面积最大，即 A 完全转化（C A0）时 CS 最大，即：S,max1(12)ln3 = 0.469 mol / L （b）对于全混流反应器： 0SSSAC 故： 200()()(1ASASAC230312()AAAdC 令 ，得：0S20 解得：C A1 mol / L 故： mol / L22,max0 1()()0.51ASC 6某气相一级不可逆反应： 2ARS 在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含 A 75（mol ） ，8 分钟后体积增加了一 倍，求 A 的转化率以及此
41、温度下的速率常数。 解： (1) 该反应为变容反应， ()2()iInertARSiInert 摩尔比; 0.25 0.75 即： 1/3 1 故：i=1/3，即： 1233InertARSInert 膨胀率： 10,1,0, 1(2)()31.5AAAxtoalxtoalxtlVn 8 分钟后：V2V 0 = V0（1 A xA） 解得：x A = 66.7 % (2) 由间歇式反应器的设计方程，对一级反应，有： ln(1)Aktx 则： 1ln(1)l(0.67).3mi8Axkt 7用一个 1 升的全混流反应器来确定某反应 的动力学方程，A 的液相溶液分别以不R 同的流率和不同的初始浓度
42、加入反应器，并测定 A 的出口浓度，得到如下表所示的数据。 v0 L / min CA0 mmol / L CA mmol / L 0.4 49.14 18.34 0.5 64.40 23.60 1 103.20 41.14 2 153.20 68.10 2 180.80 75.72 假设反应速率只与 A 有关，求反应速率方程式。 解：根据全混流反应器的设计方程： 0ACr 得： 0ACr 由已知数据可得下述数据： ，min0ACrln CA ln (- rA) 2.5 12.32 2.91 2.51 2 20.40 3.16 3.02 1 62.04 3.72 4.13 0.5 170.2
43、4.22 5.14 0.5 210.16 4.33 5.35 假设：r A= k CAn, 得：ln (-r A) = ln k + n lnCA 以 ln (-rA) 对 ln CA 做图，得一直线，截距 ln k = -3.3，得：k = 0.037 L / (mmolmin) ， 斜率n=2，故速率方程为：r A = 0.037CA2 mmol / (Lmin) 8在某实际反应器内用脉冲输入法测得其出口物料中示踪剂浓度的变化数据如下： t, min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C(t), g /L 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0 试列出相应表格计算各反应时间
44、下所对应的的 E(t)值和 F(t)值以及平均停留时间 ，并 画出 E (t) 和 F (t) 曲线。 解：由于是等时间间隔（ t = 1min） ，利用矩形积分法可得到如下公式： t2.53.03.54.04.55.01.2.0.53.0.54.0.5.0 5.6.0ln(-rA) ln(CA) 根据上述公式列表计算如下： E（t） 、F（t）曲线图如下： 9向某实际反应器入口用脉冲法加入示踪物，在出口测得的示踪物浓度变化如下： t,min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C(t),g/L 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0 0 0 3 8 14 20 24 27 29
45、 30 30 E(t)，min -1 0 0 0.1 0.17 0.2 0.2 0.13 0.1 0.07 0.03 0 F(t) 0 0 0.1 0.27 0.47 0.67 0.8 0.9 0.97 1.0 1.0 4.83 0000)()()()(;)(iiii iiititititi tittiitiii CECFCtE 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 t,min F(t ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 5 10 15 t,min E(t ),m in -1 ttiiC0)(min,t t, min 0 4 8 12 16
46、20 24 28 32 C(t)， g /L 0 3 5 8 10 7 4 2 0 若在该反应器内进行 AP 的一级异构化反应，已知反应流体为宏观流体，入口处 A 的转 化率为零，反应速度常数为 0.045min-1，试用凝集流模型预测在该反应器出口处所能达到 的转化率。 （提示：凝集流模型公式 ） 解：根据凝集流模型的计算公式： 其中，对于一级反应： 对于脉冲示踪法： 所以，可利用矩形加和法进行近似积分： 列表计算如下： ti, min 0 4 8 12 16 20 24 28 32 C(ti)，g/L 0 3 5 8 10 7 4 2 0 0 3 8 16 26 33 37 39 39 0
47、 0.494 1.512 3.338 5.132 4.154 2.642 1.432 0 10在 Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应： dtEtXelmntA)()(0ltA0)()(itiiiCtEktelmntX1 0000 )(1)(1()()( iiktiiiktielmntiA tCetetEX i iitiC0()1ikte i48.0397. 39)0432.16.15.42.8.512( AX C6H5CH(CH3)2 C6H6 + C3H6 若以 A、B 及 R 分别表示异丙苯、苯及丙烯， 代表催化剂上的一个活性中心，其反应步 骤如下： A + A A B + R B B + 若表面反应为速度控制步骤，试由 L-H 机理和 Hougen-Watson 模型推导异丙苯分解的等温 速度方程式。 解：由题意，步骤（2）应为速度控制步骤，设其中的正向、逆向反应速度常数分别为 kr 、k r ,有： 又由步骤（1
