反应工程期末考试试题

反应工程期末考试试题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

化学反应过程

简答填空名词解释

1.任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料预处理，化学反应过程和产物的后处

理三个组成部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。

2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：1，由物料的不均匀混合和停

留时间不同引起的传质过程；2，由化学反应的热效应产生的传热过程；3，多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。

3.化学反应和反应器的分类：1.按反应系统设计的相态分类分为：○1均相反应，包括气

相均相反应和液相均相反应；○2非均相反应，包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。2.按操作方式分类分为：间歇操作，连续操作和半连续操作。3.按反应器型式来分类分为：管式反应器，槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为：等温反应器，绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。

4.反应速率：单位反应体系内反应程度随时间的变化率。

5.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。

6.半衰期：反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。

7.建立动力学方程的方法有：积分法、微分法、最小方差分析法。

8.反应器开发的三个任务：○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型式；○2结

合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件；○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。

9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热量衡算

方程式。

10.停留时间分布：在反应器中，由于流动状况不同，物料微元体在反应器中的停留

时间可能是各不相同的，存在一个分布，称为停留时间分布

11.平均停留时间：各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均时间称为平均停留

时间。

12.充分混合：指反应器内的物料在机械搅拌的作用下参数各处均一。

13.间歇反应器特性：○1由于剧烈搅拌、混合，反应器内有效空间中各未知的物料温

度、浓度都相同；○2由于一次加料，一次出料，反应过程中没有加料、出料，所有物理在反应器中停留时间相同，无返混现象；○3出料组成与反应器内物理的最终组成相同；○4为间歇操作，有辅助生产时间。

14.平推流反应器：指通过反应器的物料沿着同意方向以相同速度向前流动，像活塞

一样在反应器中向前平推。

15.理想置换反应器的特性：○1物料无返混，所有物料通过反应器时间相同。○2在垂

直于流动方向上的同一截面，不同径向未知的流体特性是一致的。○3在定常态下操作，反应器内的状态只随轴向位置改变，不随时间改变。

16.全混流反应器特性：○1物料在反应器内充分返混；○2反应器内各处物料参数均

一；○3反应器的出口组成与内物料组成相同；○4反应过程中连续进料与出料，是一定常态过程。

17.循环反应器的基本假设：反应器内为理想活塞流动；管线内不发生化学反应;整个

体系处于定常态操作。

18.PFR和CSTR的选择：转化率低的自催化反应，CSTR优于PFR；转化率高的PFR较

适宜。

19.可逆反应速率总是随转化率升高而降低。可逆吸热反应速率总是随温度升高而加

快，而可逆放热反应按最佳温度曲线操作时速率最大。

20.平行反应：反应物能同时进行两个或两个以上的反应。称之为平行反映

21.连串反应：指反应产物能进一步反应成其他副产物的过程。

22.连串反应中，为了提高目的产物的收率，应尽可能使k

1/k

2

比值增加，使c

A

度增

加，c

P 浓度降低。反应速率常数k与浓度无关，只有改变温度能够影响k

1

/k

2

23.提高温度对活化能大的反应有利，若生成目的产物活化能较高，就应升高温度，

反之降低温度。

24.简单混合：如果原来在反应器不同位置的物料是在同一时间进入反应器的，发生

混合作用时，这种混合称为简单混合

25.返混：如果原来在不同位置的物料是在不同时间进入反应器的，由于反应时间不

同，物料的浓度是不同的，两者混合后混合物的浓度与物料的浓度不同，这种混合过程称为返混。

26.示踪剂应满足的要求：○1示踪剂与原物料是互溶的，但与原物料之间无化学反应

发生；○2示踪剂的加入必须对主流体的流动形态没有影响；○3示踪剂必须是能用简便而又精确的方法加以确定的物质；○4示踪剂尽量选用无毒、不燃、无腐蚀同时价格又较低的物质。（小编提醒，此题为简答题，考试题几率为90%）

27.对比时间：用时间与反应器空时的比值作为自变量。

28.非理想流动模型有：凝集流模型；多极混合槽模型；轴向扩散模型

29.流体元：指流体流动的最小独立单元。

30.分散流体：流体元是分子的情况，即流体以分子状态均匀分散于系统中的流体。

也叫微观流体

31.微观混合：微观流体的流体元以分子状态相混合，称为微观混合

32.凝集：流体的分子聚集成微小的集团存在于系统之中，这种局部分子聚集成团的

现象称为凝集

33.凝集流体：流体流动的最小单元是凝集的分子集团的流体，也叫宏观流体

34.宏观混合：宏观流体分子集团的状态相混合称为宏观混合

35.模型法解决化学反应工程问题的步骤：○1小试研究化学反应规律；○2根据化学反

应规律合理选择反应器类型；○3大型冷模试验研究传递过程规律；○4利用计算机或其它手段综合反应规律和传递规律，预测大型反应器性能，寻找优化条件；○5热模试验检验模型的等效性。

36.催化剂反应过程的特征：○1催化剂改变反应历程，改变反应速率，其本身在反应

前后没有变化。○2对可逆反应，催化剂不会改变反应物质最终所能达到的平衡状态。

○3对任何一个可逆反应，催化剂即会加快正反应速率，也必将以同样的倍数加快逆反应速率。○4催化剂对反应过程有良好的选择性。

37.多相催化反应过程的七个步骤：○1反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传

递；○2反应组分从外表面向催化剂内表面传递；○3反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附；○4在催化剂表面上进行化学反应；○5反应产物在催化剂表面解吸；○6反应产物从催化剂内表面向外表面传递；○7反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递。38.固体催化剂包括：催化活性物质、载体、助催化剂和抑制剂一个好的固体催化剂

必须具有高活性、高选择性、高强度和长寿命等特点

39.载体在催化剂中可以起到的作用有：○1提供有效表面和合适的孔结构；○2使催化

剂获得一定的机械强度；○3提高催化剂的热稳定性；○4提供活性中心；○5与活性组分作用形成新的化合物；○6节省活性组分用量。

40.制备固体催化剂，一般在干燥以后，都需要经过高温煅烧，其目的是：○1除掉易

挥发组分，保证一定化学组成，从而使催化剂具有稳定的活性；○2使催化剂保持一定晶型、晶粒大小、孔隙结构和比表面积；○3提高催化剂的机械强度。

41.双曲线型本征动力学方程模型基本假设：在吸附-反应-脱附三个步骤中必然存在

一个控制步骤，该控制步骤的速率便是本正反应速率；除了控制步骤外，其他步骤均处于平衡状态；吸附和脱附过程属于理想过程，即吸附和脱附过程可用兰格缪尔吸附模型加以描述

计算题

1-7.有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。

1-14.

在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：

反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度

为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。

1-23.

反应A+B→R+S，已知V

R =0.001m3，物料进料速率V

=0.5×10-3m3min-1，c

A0

=c

B0

=5mol·m3，动力学方程式

为r

A =kc

A

c

B

，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)

欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大 (3)若全混流反应器体积V

R

=0.001m3，可达到的转化率为多少

已知k=1m3kmol-1hr-1，c

B0=3kmol·m-3，c

A饱和

=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。

2-3.一级反应A→P，在一体积为V

P

的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为

84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为V

m ，则V

m

/V

p

应有何关系当转化率为0.6时，如果

使V

m =V

p

，反应温度应如何变化如反应级数分别为n=2，1/2，1时，全混流反应器的体积将怎样改变？

2-4.在体积V

R

=0.12m3的全混流反应器中，进行反应，式min，两种物料以等体积加入反应器中，一

种含2.8kmolA·m，另一种含1.6kmolA·m中k

1=7m3kmol-1min-1，min k

2

=3m3kmol-1min-1。设系统密度不

变，当B的转化率为75％时，求每种物料的流量。2-6.

平行液相反应

A→P r

P

=1

A→R r R =2c A

A→S r S =c A 2

已知c A0=2kmol·m -3，c Af =0.2kmol·m -3，求下列反应器中，c P 最大为多少

(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，c A1=1 kmol·m -3。

解：

2-7.

自催化反应A+P→2P 的速率方程为：r A =kc A c P ，k =l m 3kmol -1min -1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩

尔百分数），且c A0+c P0= l kmol·m -3，出口流中c P = 0.9 kmol·m -3，计算采用下列各种反应器时的空

间时间(τ=V R /V 0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)

全混流反应器与一分离器的最佳组合。

2-10. A 进行平行分解反应，其速率式为

↗R r R =1 kmol·m -3min -1

A →S r S =2c A kmol·m -3min -1

↘T r T =c A kmol·m -3min -1

其中R 是所要求的目的产物，c A0=1kmol·m -3。试问在下述反应器进行等温操作时，预计

最大的c R 为多少(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。

解：

低浓度操作对生成目的产物R 有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作

2-15. 一级不可逆连串反应，进料流

率V

0为1m3hr-1，c

A0

=1kmol·m-3，c

B0

=c

C0

=0。试求：采用两个V

R

=1m3的全混流反应器串联时，反应器出

口产物B的浓度。

解：

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