反应工程复习题库

一. 填空题

1.化学反应速率可以表为前提是 反应体积恒定

2.化学反应过程按操作方法分为  间歇操作、连续操作、半间歇操作

3. 对于反应，则_______。

4化学反应速率式为，用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数，则=   。

5在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，该步骤的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于    拟平衡态 

6如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，提高选择性应__提高温度_____

7一级连串反应在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应_降低_____。

8气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠  范德华力 结合的，而化学吸附是靠___化学键力____结合的。物理吸附的吸附热要_小于______化学吸附热，物理吸附是__多_____分子层吸附，而化学吸附是__单_____分子层吸附

10.在轴扩散模型中，彼克莱准数_______，（）Pe很大时，即扩散系数相对非常小，反应器中物料的流动形态接近  平推流或活塞流

11.在轴扩散模型中，彼克莱准数愈大轴向返混程度就_  愈小

12对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当孔径较大时，扩散阻力是由分子间碰撞所致，这种扩散通常称为_____ [分子扩散（容积扩散）]

13对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约0.1um时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为____努森扩散___。

14气—固相催化反应的西勒模数=_______，它是表征内扩散影响的重要参数，其中L定义为___催化剂颗粒的特征长度____。

15. 工业催化剂的三个要求是：__活性好_____、_、选择性高______、_____寿命长__。

16具有良好搅拌装置的釜式反应器按__全混流反应器_____反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按__平推流_____反应器处理。

17全混流反应器的空时τ是___反应器的反应体积____与____进料流体的体积流量___之比。

18对于恒容的平推流管式反应器___平均停留时间____、____空时___一致。

19.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为__平推流_____反应器，而当β→∞时则相当于__全混流_____反应器。

20对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用__平推流_____反应器为宜。

（比较CSTR和PFR所需要的体积，通过作图很直观，一个的空时是曲线下面的面积，一个是矩形的面积）

21平推流管式反应器时，f（t）=__∞_____。

平推流管式反应器时，f（t）=____0___。

平推流管式反应器时，F（t）=___1____。

平推流管式反应器＜时，F（t）=___0____。

平推流管式反应器其f（θ）曲线的方差___0____。

平推流管式反应器其f（t）曲线的方差__0_____。

全混流反应器t=0时f（t）=_______。

全混流反应器其f（θ）曲线的方差__1_____。

全混流反应器其f（t）曲线的方差_______。

PFR的f（t）和F（t）

CSTR的f（t）和F（t）

22脉冲示踪法测定停留时间分布首先求得的曲线为__ f（t）曲线_____。

阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为__ F(t)曲线___。）

23微观流体混合的混合态称为_非凝集态或非离析态或最大混合态______

若流体是分子尺度作为运动单元来进行混合，这种流体称为__微观流体_____。

若流体是以若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合，且在混合时微团之间并不发生物质的交换，微团内部则具有均匀的组成和相同停留时间，这种流体称为___宏观流体____。宏观流体混合的混合态称为___凝集态或离析流____

24固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用__较少量_____的催化剂和__较小_____的反应器容积来获得较大的生产能力。

25气—固相催化反应的西勒模数的大小可判别内扩散的影响程度，西勒模数愈大，则粒内的浓度梯度就_愈大______，反之，西勒模数愈小，内外浓度愈近于__均一_____。坦克莱准数表示___极限化学反应速率____与_极限外扩散速率______之比，坦克莱准数越大，则外扩散效率因子___越小____，外扩散对催化剂颗粒内化学反应的影响越___越严重____

26在气—固相催化反应中，反应速率一般是以单位催化剂的重量为基准的，如反应A→B，A的反应速率的定义为_______。

27气—固相催化反应的西勒模数，它是表征内扩散影响的重要参数，数值平方的大小反映了__最大反应速率_____与___最大内扩散速率_之比。

28活化能的大小直接反映了___反应速率___________对温度的敏感程度。

29 对于气—固相催化放热反应，通常催化剂颗粒内部与催化剂颗粒外表面的温差_较小______，催化剂颗粒外表面与气相主体间的温差最大可达到_一个绝热温升______。 

30 摩尔收率与转化率及选择性的关系为____收率=转化率×选择性

31. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为____反应消耗量+累积量=输入量-输出量，

32.反应器的热稳定性是指反应器_抗干扰______能力的大小，这种扰动是_瞬时______的。反应器的灵敏性是指参数波动时，_系统状态变化______的大小，这种参数波动是__持续性_____的。  

33.反应器设计和操作通常要求：_定态、热稳定 和 不灵敏 .

34.催化剂颗粒或反应器热稳定的必要条件为：_______（移热速率线斜率>放热速率线斜率或

35. 在同一操作条件下，可以有2个或2个以上操作状态，均满足定态条件：放热速率=移热速率，这种现象称为____多态___，处于高温下的操作点称为___高态____，处于低温的则称为__低态_____

36.绝热式固定床反应器对绝热的理解为：__与外界无热交换_____和___反应放热完全由反应物系自身吸收，对绝热式固定床反应器，当体系绝热温升_______或物料进口温度_______或穿过催化剂床层气体线速度_______时，床层越容易着火（越大、越高、越小）

37.反应器热交换中，要求采用_______传热面积或_______温差进行换热，有利于反应器的热稳定。（大、小）

38．气固催化反应时，若气相主体温度较小幅度的提高，引起催化剂颗粒表面温度的猛增，这种现象称为催化剂颗粒_______，对应颗粒着火时_______的温度，称为催化剂颗粒的临界着火温度。（着火、气相主体）（注意催化剂颗粒的临界着火温度定义为颗粒着火时对应的气相主体温度，而不是催化剂颗粒表面温度，与临界熄火温度、CSTR或PFR的飞温或熄火进行比较复习）

39.固定床反应器在上操作区（高温区、扩散控制）进行操作时，气相主体温度与催化剂颗粒表面的温差最大可达到_______（一个绝热温升）（32-39供部分学有余力的同学自学用，不属考试范围）

40.非理想流动不一定是由返混造成的，返混造成了_______和反应物浓度的降低。（停留时间分布）

二．选择题

1化学反应，其中化学反应计量系数为-1的是哪种物质______。（A）

A.               B.               C.              D. 

（计量系数的定义，正负号，注意，反应物的化学计量系数为负，而生成物为正）

2对于反应，则_______。（A）（加绝对值）

A.                B.                 C.               D. 

3气相反应4A + B → 3R + S进料时无惰性气体，A与B以3∶1的摩尔比进料，则膨胀因子=_______。（C）

A. 1/4               B. 2/3                C. –1/4            D. –2/3

（膨胀因子的定义，注意，膨胀因子表示一摩尔该物质完全转化，引起系统体积的变化）

4反应，，则反应级数n=_______。（B）

A. 0              B. 1                    C. 2                 D. 3

5反应A + B → C，已知，则反应级数n=_______。（B）

A. 0              B. 1                    C. 2                 D. 3

（能够从单位上反推反应级数）

6如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，提高选择性应_______。（C）

A. 提高浓度        B. 降低浓度          C. 提高温度          D. 降低温度

7一级连串反应A → P → S在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的最优空时_______。（D）

A.        B.          C.          D. 

8一级连串反应A → P → S在平推流管式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间_______。（C）

A.          B.          C.        D. 

（连串反应的最佳反应时间，由此可求得最佳反应器体积，要注意对CSRT，结论是不一样的，因为CSTR的物料衡算方程与PFR不一样）

9一级不可逆液相反应，，出口转化率，每批操作时间，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，=60，则反应器的反应体积V为_______。（C）

A. 19.6             B. 20.2               C. 22.2            D. 23.4

（能进行间歇反应器体积的计算，间歇反应器的反应体积决定于一批物料的体积）

10对于反应级数n＜0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用_______。（B）

A. 平推流反应器                           B. 全混流反应器

C. 循环操作的平推流反应器                 D. 全混流串接平推流反应器

（注意级数小于0，如果大于0呢？应该选用PFR）

11于可逆吸热反应，为提高反应速率应_______。（C）

A. 提高压力           B. 降低压力         C. 提高温度         D. 降低温度

12对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调增大，则最适合的反应器为_______。（A）

A. 平推流反应器                           B. 全混流反应器

C. 多釜串联全混流反应器                   D. 全混流串接平推流反应器

（为提高收率，应该在高浓度下操作，所以选择平推流）

13反应级数n=_______时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。(C)

A. 0                B. 0.5                C. 1               D. 2

（一级反应的特殊性，一级往往是一个分界点，由此请自己归纳出至少3点以上一级反应的特殊性，均可能考到，比如一级反应转化率与反应物初始浓度无关）

14下列属于理想吸附等温方程的是_______。（A）

A. Langmuir型      B. Freundlich型       C. Temkin型       D. BET型

15．下列不属于Langmuir型等温吸附的假定的是_______。（B）

A. 均匀表面         B. 多分子层吸附       C. 分子间无作用    D. 吸附机理相同

（理想吸附的概念，L型的吸附方程的成立的前提条件，即将复杂的吸附过程进行模型化简化的方式）

16．气固催化反应的内扩散模数，其中L为特征长度，若颗粒为圆柱形则L=_______。（C）

A. 厚度/2           B. R                  C. R/2             D. R/3

（L表示催化剂颗粒的特征长度，L增大或减小对西勒模数的影响，进而影响内扩散效率）

18. 对于气—液相反应中等速率反应，为提高反应速率，使其转变为快反应应选用_______装置。（D）

A. 填料塔           B. 喷洒塔             C. 鼓泡塔          D. 搅拌釜

（不同反应速率的气液反应，有对应的适合的反应器，主要处决于反应时间的长短即气液两相接触时间的长短，A快， B瞬间，C慢，D可快可慢，应用较广，搅拌剧烈时可加快慢反应）

19.工业上进行的化学反应，原料中反应物摩尔量之比一般不符合化学计量关系，例如甲烷水蒸气催化转化反应，水蒸气过量；乙烯催化氧化反应制环氧乙烷，氧过量。所以在反应系统的分析计算中多选用关键组分。根据实际需要，关键组分是指：（A，C）

A.不过量的反应物

B.目的产物

C.各反应物中价值最高的组分

D.价值最高的反应产物

20.如果连续操作的反应器达到定态，那么反应器中的浓度、温度等参数（A）

A.不随时间变化，可能随位置变化

B.随时间变化，也随位置变化

C.不随时间变化，也不随位置变化

D.随时间变化，但不随位置变化

（连续反应器的定态的理解，可扩展到任何连续操作的定态或叫稳态）

21.间歇反应过程是一个非定态过程，反应器的组成随时间改变。以下说法哪些是正确的：（C，D）

A.间歇操作过程包括了装料、反应、卸料和清洗等步骤，但就反应过程本身而言，仍属于定态过程

B.在间歇反应器中进行的单一反应，产物的浓度总是随着反应时间的延长而增高

C.在间歇反应器中进行的复合反应，对于目的产物可能存在最佳的反应时间

D.间歇反应器中进行的反应，均可以按恒容处理

22.在研究多孔催化剂中反应分子的吸附问题时，常常用到理想吸附模型（或Langmuir模型），该模型的基本假定中未包括：（C） 

 A.吸附表面在能量上是均匀的  

 B.被吸附的分子之间的作用力忽略不计 

 C.被吸附分子的大小不予以考虑 

 D.吸附是单层的  

（考察L模型的基本假定，理解每个假定在推导中的作用）

23. 下列情况哪些属于变容反应过程：（C） 

 A.间歇反应装置中进行的变摩尔反应  

 B.间歇反应装置中进行的等摩尔反应 

 C.恒压反应装置中进行的变摩尔反应 

 D.恒压反应装置中进行的等摩尔反应

24. 在实际生产中，有时需要对釜式反应器进行并联操作。若要达到最小的反应体积，对并联的各釜有一定的要求，即（C）

 A.各釜体积相等  

 B.各釜进料流量相同 

 C.各釜的空时相同 

 D.都不是  

（在C的条件下，多个并联的CSTR，正好等同于一个同体积的大的反应釜）

25. 如果选择性随转化率的增加而下降，那么不同操作方式下的釜式反应器，在相同的转化率下最终收率的大小的顺序是： （A）

 A.间歇釜、多个釜串联、单一连续釜  

 B.多个釜串联、单一连续釜、间歇釜 

 C.单一连续釜、间歇釜、多个釜串联 

 D.间歇釜、单一连续釜、多个釜串联  

（间歇与PFR相当，多CSTR釜间无返混故返混程度居中，单个个CSTR返混最大）

26管式反应器是符合活塞流模型的一类理想反应器，活塞流模型的假定包括：（B，C） 

 A.轴向的混合用费克定律描述  （为轴扩散模型）

 B.径向流速分布均匀 （同一管截面上温度、浓度、速度均一）

 C.径向温度分布均匀 

 D.速度侧形与层流相同  （层流模型）

27.对于自催化反应，最合适的反应器为_______。（D）

A. 全混流反应器                           B. 平推流反应器

C. 循环操作的平推流反应器                 D. 全混流串接平推流反应器

28. 可以根据模型中使用参数的个数，将流动模型分成单参数、双参数和多参数模型，下面的说法哪些是对的： C

 A.离析流模型是单参数模型 （0） 

 B.多釜串模型是多参数模型 （1，釜的个数）

 C.轴扩散模型是单参数模型 （1，轴向扩散系数）

 D.活塞流模型和全混流模型均是单参数模型  （0）

29一级反应十分特殊，例如：对于一级不可逆反应，达到某一转化率需要的时间与初始浓度无关。此外，一级反应还有很多特殊的性质，包括：（A）（一级反应的特殊性质） 

 A.流体的混合特征对反应结果没有影响  

 B.系统的返混对反应结果没有影响 

 C.混合的时间顺序对反应结果没有影响 

 D.反应器中的停留时间分布对反应结果没有影响  

.30. 涉及到多孔催化剂的反应过程，常常存在外扩散和内扩散的影响。因此，在研究反应的本征反应动力学问题时，需要排除内外扩散的影响。具体的做法有：（B。C） 

 A.在保证温度、反应物浓度、空时等不变的前提下，可以提高通过床层的质量流速，达到排除内扩散的目的  

 B.在保证温度、反应物浓度、空时等不变的前提下，可以提高通过床层的质量流速，达到排除外扩散的目的 

 C.在保证反应条件相同的前提下，可以通过改变颗粒大小排除内扩散的影响 

 D.在保证反应条件相同的前提下，可以通过改变颗粒大小排除外扩散的影响  

（考察如何排除内外扩散，内外扩散排除的原理和判断方法）

31. 在多孔催化剂中进行的化学反应，催化剂中存在的扩散过程对反应有直接的影响。在描述多孔催化剂中的扩散过程时，使用有效扩散系数而不是分子扩散系数，其原因包括：（D ）

 A.化学反应的影响  

 B.催化剂颗粒内孔隙仅占颗粒体积的一部分 

 C.扩散孔道蜿蜒曲折 

 D.B和C综合作用的结果  

（考察有效扩散系数的定义，如何从分子扩散系数修正而来的？）

32.气体在多孔固体催化剂中进行的反应，反应组分的扩散与表面反应同时进行，那么各步骤之间的关系应该是 （C）

 A.反应物的吸附、表面反应和产物的脱附三步并  

 B.外扩散与催化剂中的扩散和反应是并联的 

 C.内扩散和表面反应属于并联过程 

 D.对于并联过程，存在速率控制步骤  

（考察七步骤之间的关系，什么叫速率控制步骤）

33. 固定床层内流体流动不均匀的主要原因包括：A 

 A.床层径向不均匀的空隙分布  

 B.流速偏低 

 C.化学反应的影响 

 D.催化剂颗粒外扩散的作用  

（固定床内流速分布的原因）

34. 单段绝热固定床反应器的用途也比较广泛，以下不适合使用单段绝热固定床反应器的情况有: （D）

 A.反应热效应较小的反应  

 B.温度对选择性影响不大的反应 

 C.虽然热效应大，但单程转化率低或存在大量的惰性物料 

 D.可逆放热反应 

（单段绝热无法控温，C的热效应大但转化率低，或存在惰性物料稀释热效应，D应该采用多段操作，并且段间移热，以便让操作温度接近最佳操作曲线） 

35. 分批式（间歇）操作的反应器非生产性时间（辅助时间）不包括下列哪一项_______。（B）

A. 加料时间        B. 反应时间          C. 物料冷却时间    D. 清洗釜所用时间

36.下列关于理想间歇反应釜和全混流反应釜的说法中，不正确的是：（D）

A. 依据操作方式的不同，理想反应釜可分为理想间歇反应釜和理想全混流反应釜两类

B．在理想间歇反应釜中，假定物料在加入反应釜内的一瞬间，就达到分子尺度的混合，即预混合时间为零

C．在反应进行的任一时刻，间歇和全混流反应釜中，各点的温度和浓度处处均一

D．完成同样的生产任务，理想间歇反应釜所需要的反应体积总是小于全混流反应釜所需要的反应体积

（D不一定正确，虽然间歇反应釜无返混，全混流反应釜返混达到最大，但是考虑到间歇操作反应器需要一定的辅助时间，所以需要的反应体积相应会增大，若间歇操作时辅助时间为零，则D结论正确）

37.串联反应A → P（目标产物）→R （副产物）+ S，反应选择性=_______。（A）

A.       B.             C.          D. 

38.串联反应A → P（目标）→R + S，目标产物P的收率=_______。（B）

A.       B.             C.         D. 

39.在间歇反应器中进行等温二级反应A → B，，当时，求反应至所需时间t=_______秒。（D）

A. 8500             B. 00               C. 9000            D. 9900

40.在间歇反应器中进行等温一级反应A → B，，当时，求反应至所需时间t=_______秒。（B）

A. 400              B. 460                C. 500             D. 560

41.全混流釜式反应器最多可能有_______个定态操作点。（C）

A. 1                B. 2                  C. 3               D. 4

42.全混流反应器中有最多可能有_______个稳定的定态操作点。（B）

A. 1                B. 2                  C. 3               D. 4（41，42不在考试范围内）

三. 简答题

1.简述三种理想反应器的种类和特征？ 

答：理想反应器有三种：理想间歇反应釜，全混流反应器和平推流反应器。其特征分别为：

BSTR：（对BSTR的理想性要从预混合和反应过程两个阶段进行分析）

（1）所有反应物料被同时加入到反应釜中，并且在瞬间混合均匀，即预混合时间为零。

（2）反应过程中的任一时刻 ，反应器内物料的浓度和温度处处均一（相等）

PFR：（对PFR的理想性要从轴向和径向两个方向分析其理想性）

（1） 通过反应器任一截面的物料质点，沿同一方向以同一流速流动，在流动方向（轴向）上无混合（返混为零），物料的温度、浓度沿管长连续变化

（2）任一时刻，同一截面（径向）上的物料流速、浓度、温度相等；

（3）所有物料质点在反应器中的停留时间都相同

CSTR：（CSTR的理想性分析与BSTR有类似之处，从进料一瞬间和反应过程两个阶段进行分析）

（1）同一时刻进入反应器的新鲜物料在瞬间分散混合

（2）反应器内物料质点完全混合，整个反应釜内物料浓度和温度处处相同，且等于出口处物料的浓度和温度

2. 简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？ 

答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某规定转化率，所需经历的时间。停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，空时等于反应体积与进口物料体积流量之比，而反应为等温恒容反应时，整个反应器内物料的体积流量均恒定不变，所以三者均相等。（思考：若PFR内发生的是体积膨胀的增分子数气相反应，三者之间的关系又是怎样的？）

3.停留时间分布密度函数f（t）的含义？ （停留时间分布函数F（t）的含义？）

答：在的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体质点，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t到t+dt之间的流体的质点，占全部质点的分率为f（t）dt（②分）。 。

4.简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？ 

答：1） 均匀表面(或称理想表面)：催化剂表面上活性中心分布是均匀的，即催化剂表面各处的吸附能力是均一的（真实催化剂上活性位通常是不均匀的）

2） 吸附活化能和脱附活化能与表面吸附的程度无关（真实吸附过程，随着吸附过程的进行，吸附活化能增大，脱附活化能降低，若认为为线性增大或降低，则为焦母金模型，若认为按幂数关系增大或降低，则为弗鲁德里希模型）

3） 单分子层吸附（即仅仅只发生化学吸附，真实吸附过程中总是存在某些物理吸附的）

4）被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子的吸附（即吸附分子之间无作用力，真实吸附时，被吸附分子间存在作用力，因而可能影响邻近活性位上分子的吸附） 

5．简叙气固催化反应的7个（或合并为5个）步骤。

答：1）反应物从气流主体向催化剂的外表面扩散

2）反应物从催化剂外表面向催化剂孔内扩散；           

3）反应物在催化剂表面上吸附；                             

4）吸附的反应物转化成反应的生成物；                      

5）反应生成物从催化剂表面上脱附下来；                      

6）脱附下来的生成物由催化剂内孔向催化剂外表面扩散

7）产物由催化剂外表面向气流主体中扩散 

6. 简述什么叫双膜理论，并说明其3个特征。

双膜理论：气液相界面两侧各存在一个静止膜：气膜，液膜，传质速率取决于通过液膜和气膜的分子扩散速率

其三个特征为：1）传质阻力集中在气膜与液膜中，气液相主体中无阻力

2）在气液界面上，传质组分达到气液平衡

3）无化学反应在膜内发生时，在气、液膜内，组分浓度与膜厚度呈线性下降关系

7. .解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？ 

答：多孔物质催化剂的粒内扩散较为复杂。当微孔孔径较大时，分子扩散阻力是由于分子间的碰撞所致，这种扩散为分子扩散。当微孔孔径较小时，分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞，而成为扩散阻力的主要因素，这种扩散为努森扩散。（另外两种特殊的扩散为：构型扩散：催化剂的孔径和分子大小的数量级相同时 ；表面扩散：指催化剂颗粒内表面的扩散，量少，一般可忽略）

8.对气固催化反应本征动力学推导，采用Langmuir-Hinshelwood模型，将会推导出双曲函数型动力学方程，该模型的基本假设或简化条件包括哪3点？

答：基本假设包括：

1、在吸附-反应-脱附三个步骤中必存在一个控制步骤，该控制步骤的速率便是本征反应速率；

2、除了控制步骤外，其它步骤均处于平衡状态（拟平衡态）；

3、吸、脱附过程可用兰格缪尔吸附模型加以描述 

9. 简述固定床反应器的优、缺点

答：催化剂在床层内不易磨损； 

1）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；（流化床反应器内返混是较大的） 

2）固定床中的传热较差，对强放热或吸热反应，床层温度分布不均匀较为严重； （流化床反应器床层温度分布较均匀）

3）催化剂的更换必须停产进行。（固定床反应器对催化剂容易中毒的反应不适合，因为更换频繁，流化床反应器中的催化剂可以连续进行再生）

10. 简述均相反应及其动力学的研究内容？ 

答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。

11.举例说明微观流体和宏观流体的区别？ 

答；若流体是分子尺度作为运动单元来进行混合，这种流体称为微观流体，如均相反应；若流体是以若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合，且在混合时微团之间并不发生物质的交换，微团内部具有均匀的组成和相同的停留时间，这种流体称为宏观流体。如在气—液鼓泡搅拌装置中，气体以气泡方式通过装置，此时气体（一个个气泡）是宏观流体，而液体为微观流体，又如固相加工过程中的固体颗粒微团，可视为离析流，对应为宏观流体。

12.简述非理想流动轴向扩散模型的定义和特点？ 

答：为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种返混与扩散过程的相似性，在平推流的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并人为的假定该轴向返混过程可以用费克（Fick）定律加以定量描述。所以，该模型称为“轴向分散模型”（或轴向扩散模型），其特点包括：

1）在管内径向截面上流体具有均一的流速；                      

2）在流动方向上（轴向）流体假设存在扩散过程，该过程类似于分子扩散，符合Fick定律； 

3）轴向扩散系数De在管内为定值；                             

4）径向不存在扩散；                                        

5）管内不存在死区或短路。

四. 计算题

以下四类为基本计算题型，应该熟练掌握：

第一类：已知：反应动力学方程（反应级数和活化能或反应速率常数），在间歇反应器中进行反应，给定反应物初始浓度（一级反应可以不给出初始浓度，为什么？），求达到某一要求转化率，所需要的反应时间。若同时给出辅助时间，给出反应器的产能，能求反应体积，若又给出装填系数，能求反应器的体积。

求解间歇反应器体积的思路为：

1.根据物料衡算式与动力学方程结合求反应时间

2.处理一批物料所需要的总时间=反应时间+辅助时间

3.所需要的反应体积应为处理一批物料的体积=总时间×单位时间处理的物料体积

4.间歇反应器的体积=反应体积/装填系数

重点进行复习的计算题：3-1，3-2，3-9为简单类别，7-10的（1）为标准题型，总体难度不会超过3-4（该题动力学方程相对复杂，所以计算难度最大，由于未给定装填系数，只能求反应体积）

在理想间歇反应釜中进行一级不可逆液相反应,，，出口转化率，每批辅助操作时间为0.75小时，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，=60，装填系数为0.8，请计算所需间歇反应釜的体积。

解：第一步：动力学结合物料衡算方程求解反应时间

第二步：处理一批物料所需要的时间t总=t+t辅=1.31+0.75=2.06h

第三步：计算单位时间需处理物料的体积

第四步：计算一批物料的体积，即为反应体积：V=V0×t总=10.78×2.06=22.2m3

第五步：计算反应器体积：V反应器=V/Ψ=22.2/0.8=27.75 m3

第二类：已知反应动力学方程，给定物料的进口摩尔流量，进口浓度，求达到某一出口转化率时，所需要的PFR或CSTR的反应体积

该类题型为基本题型，均为动力学方程与物料衡算方程结合求解反应体积。要注意的是PFR的物料衡算方程为一微分方程，求解过程中需要进行积分，并且要注意当进行气相反应时，是否为变容反应，要注意变容反应中的浓度项的变化。而CSTR的物料衡算方程则为一代数方程，求解相对容易。注意当有多个反应器串联操作时，需要逐釜衡算。

重点进行复习的计算题：PFR恒容反应，CSTR5-2，5-3，7-10（2）（3）为简单题型，4-1变容PFR，4-3有两种反应物的恒容反应为标准题型，而7-9，7-15采用了CSTR或PFR的串并联，考试难度不会超过7-9，7-15，注意进行逐釜衡算时，对排在后面的反应器，对PFR进口已经有一定转化率的情形，积分下限的转化率将不再是零，而CSTR的进口转化率将不再是零时，也要注意物料衡算式的变化！

在常压及800℃等温下在活塞流反应器进行下列气相均相反应：

在反应条件下该反应的速率方程为：

式中分别为甲苯和氢的浓度（），原料处理量为2 ，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为50 ，试计算甲苯最终转化率为95％时的反应器长度。

解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程。原料甲苯与氢的摩尔比等于，即

      ，    则有：

式中下标T和H分别代表甲苯和氢，其中：

所以，所需反应器体积为：

所以，反应器的长度为：

第三类：给定某一采用脉冲或阶跃进行RTD试验数据，要求求解平均停留时间和方差。注意采用的是脉冲还是阶跃法进行试验，若采用脉冲法，首先求分布密度函数，若采用阶跃法，首先求分布函数。并能将RTD试验得到的平均停留时间和方差的数据，应用到非理想模型中，对一级反应，采用不同模型进行解析求解。

标准题型为：6-7（k=7.5×10-3s-1），6-9,6-11(t/min),其中难度较大为6-9和6-11，因为其给出的RTD试验间隔时间并不全相等，所以需要采用分段进行计算，而不可上下简单消除时间差！对于离散型数据的处理，对辛普森公式应用不熟练的同学，考试过程中尽量避免使用，而采用其它处理方法)

RTD数据：脉冲法注入

k=2.84×10-3s-1，试用不同的非理想流动反应器模型，分别计算其出口转化率。并与相同体积的理想流动反应器对比。

解：首先得到的是：

轴扩散模型：

第四类：对气固催化反应本征动力学推导，能根据Langmuir-Hinshelwood模型，推导出双曲函数型动力学方程。

推导过程为以下四步：

①假定机理，确定控制步骤；（该步为题目已经给定，已知）

②写出控制步骤速率方程；

③其它步骤写出平衡式；

④求速率方程(将反应速率表达为气相组分分压和温度的函数)

作业中的第二章的补充习题即有一道，此处再补充一个典型题，在对第二步的处理中与作业上有不同之处：

设有反应A→B+D，其反应步骤表示如下：

（1）      

（2）    

（3）       

若（1）是速率控制步骤，试推导其动力学方程。

解：先写出各步的速率式：

      （1）            

（2）         

（3）          

由于（1）是速率控制步骤，第（2）是不可逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有：

整理得：

步骤（3）可按平衡处理：

因为。

将代入上式，化简后得：

最后将代入控制步骤速率式，即为该反应的动力学方程式。

五.判断题（略）