化学反应工程填空题

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《化学反应工程》试题

一、填空题

1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 着眼组分A转化率xA的定义式为 xA=(nA0-nA)/nA0 。 总反应级数不可能大于 3 。

反应速率-rA=kCACB的单位为kmol/m3·h，速率常数k的因次为 m3/kmol·h 。

反应速率-rA=kCA的单位为kmol/kg·h，速率常数k的因次为 m3/kg·h 。

/2反应速率rAkC1的单位为mol/L·s，速率常数k的因次为 A(mol)1/2·L-1/2·s 。 7.

反应速率常数k与温度T的关系为lgk1000010.2，其活化能为

T83.14kJ/mol 。 8. 9.

某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍，则600K时的反应速率常数k时是400K时的 105 倍。

某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。 10. 11. 12. 13.

非等分子反应2SO2+O2==2SO3的膨胀因子SO等于 -0.5 。

2非等分子反应N2+3H2==2NH3的膨胀因子H等于 –2/3 。

2反应N2+3H2==2NH3中（rN）= 1/3 （rH）= 1/2 rNH

223在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为CA0，转化率为xA，当反应器体积增大到n倍时，反应物A的出口浓度为 CA0(1-xA)n ，转化率为 1-(1-xA)n 。

14. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为CA0，转化率为xA，当反应器体积增大到n倍时，反应物A的出口浓度为

nxA。

1(n1)xA1xA，转化

1(n1)xA率为15. 16.

反应活化能E越 大 ，反应速率对温度越敏感。

对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。

3

17. 18. 19. 20. 21.

某平行反应主副产物分别为P和S，选择性SP的定义为 (nP-nP0)/ (nS-nS0) 。

某反应目的产物和着眼组分分别为P和A其收率ΦP的定义为 (nP-nP0)/ (nA0-nA) 。

均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率 。

根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。

对于连续操作系统，定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。

22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.

返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 空时的定义为 反应器体积与进口体积流量之比 。 针对着眼组分A的全混流反应器的设计方程为

xVA。 FA0rA不考虑辅助时间，对反应级数大于0的反应，分批式完全混合反应器优于全混流反应器。

反应级数>0时，多个全混流反应器串联的反应效果 优于全混流反应器。 反应级数<0时，多个全混流反应器串联的反应效果 差于 全混流反应器。 反应级数>0时，平推流反应器的反应效果 优于 全混流反应器。 反应级数<0时，平推流反应器的反应效果差于 全混流反应器。

对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为 全混流＞多级串联全混流＞平推流 ；

32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39.

通常自催化反应较合理的反应器组合方式为 全混流 + 平推流 。

相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度 高于 最优温度。

主反应级数大于副反应级数的平行反应，优先选择 平推流 反应器。 主反应级数小于副反应级数的平行反应，优先选择 全混流 反应器。 要提高串联反应中间产物P收率，优先选择 平推流 反应器。 主反应级活化能小于副反应活化能的平行反应，宜采用 低 温操作。 主反应级活化能大于副反应活化能的平行反应，宜采用 高 温操作。

停留时间分布密度函数的归一化性质的数学表达式E(t)dt1.0。

0 4

40. 41.

定常态连续流动系统，F(0)= 0 ；F(∞)= 1 。

t定常态连续流动系统，F(t)与E(t)的关系F(t)E(t)dt。

042. 43.

2t平均停留时间t是E(t)曲线的 分布中心 ；与E(t)的关系为ttE(t)dt。

0方差t2表示停留时间分布的 分散程度 ；其数学表达式为

(tt)2E(t)dt。

044. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51.

采用无因次化停留时间后，E(θ)与E(t) 的关系为E()tE(t)。 采用无因次化停留时间后，F(θ)与F(t) 的关系为 F(θ)=F(t) 。 无因次方差2与方差t2的关系为2t2/t2。

平推流反应器的2= 0 ；而全混流反应器的2= 1 。 两种理想流动方式为 平推流 和 全混流 。 非理想流动2的数值范围是 0~1 。

循环操作平推流反应器循环比越 大 返混越大。

循环操作平推流反应器当循环比β= 0 时为平推流；当β= ∞ 时为全混流。

52. 53. 54. 55. 56.

停留时间分布实验测定中，常用的示踪方法为 脉冲示踪 和 阶跃示踪 。

脉冲示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 E(t) 曲线。 阶跃示踪法根据检测到的浓度变化曲线可以直接得到 F(t) 曲线。 采用脉冲示踪法测得的浓度CA(t)与E(t)的关系式为 E(t)= CA(t)/C0 。

采用阶跃示踪法测得的浓度CA(t)与F(t)的关系式为 F(t)= CA(t)/ CA0 。

N个等体积全混釜串联的停留时间分布的无因次方差2= 1/N 。 多级全混釜串联模型当釜数N= 1 为全混流，当N= ∞ 为平推流。 全混流的E(t)=1；F(t)=1e。 te平推流的E(t)=0 当tt、=∞当tt ；F(t)= 0 当tt、=1当tt。

tttt57. 58. 59. 60.

5

61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73.

轴向分散模型中，Pe准数越 小 返混越大。

轴向分散模型中Peclet准数的物理意义是 代表了流动过程轴向返混程度的大小 。

对于管式反应器，流速越 大 越接*推流；管子越 长 越接*推流。 为使管式反应器接*推流可采取的方法有 提高流速 和 增大长径比 。

对于 平推流 反应器，宏观流体与微观流体具有相同的反应结果。 工业催化剂所必备的三个主要条件：选择性高 、活性好 和 寿命长 。 化学吸附的吸附选择性要 高于 物理吸附的吸附选择性。 化学吸附的吸附热要 大于 物理吸附的吸附热。

化学吸附常为 单 分子层吸附，而物理吸附常为 多 分子层吸附。 操作温度越高物理吸附 越弱 ，化学吸附 越强 ； 在气固相催化反应中动力学控制包括 表面吸附 、 表面反应 和 表面脱附 。

气固相催化反应本征动力学指消除 内外扩散对反应速率的 影响测得的动力学。

气固相催化反应的本征动力学与宏观动力学的主要区别是 前者无内外扩散的影响。

74. 在气固相催化反应中测定本征动力学可以通过提高气体流速 消除外扩散、通过 减小催化剂颗粒粒度 消除内扩散。

75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82.

固体颗粒中气体扩散方式主要有 分子扩散 和 努森扩散 。 固体颗粒中当孔径 较大时 以分子扩散为主，而当孔径 较小时 以努森扩散为主。

气固相催化串联反应，内扩散的存在会使中间产物的选择性 下降 。 气固相催化平行反应，内扩散的存在会使高级数反应产物的选择性 下降 。 Thiele模数的物理意义 反映了表面反应速率与内扩散速率之比 。

催化剂的有效系数为催化剂粒子实际反应速率/催化剂内部浓度和温度与外表面上的相等时的反应速率。

催化剂粒径越大，其Thiele模数越 大 ，有效系数越 小 ；

气固相非催化反应缩核模型中气相反应物A的反应历程主要有三步，分别是 气膜扩散 、 灰层扩散 和 表面反应 。

83. 84.

自热式反应是指 利用反应自身放出的热量预热反应进料 。 固定床反应器的主要难点是 反应器的传热和控温问题 。

6

85. 86. 87.

多段绝热固定床的主要控温手段有 段间换热 、原料气冷激 和 惰性物料冷激 。

固定床控制温度的主要目的是 使操作温度尽可能接近最优温度线 。

固体颗粒常用的密度有堆密度、颗粒密度和真密度，三者的关系是 真密度＞颗粒密度＞堆密度。

88.

对于体积为VP外表面积为aP的颗粒其体积当量直径为36VP/、面积当量直径为 aP/、比表面当量直径为6aP/VP。

89. 固定床最优分段的两个必要条件是 前一段出口反应速率与下一段进口相等 和 每一段的操作温度线跨越最优温度线。

3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反）

4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操

作、连续式操作、半分批式）

5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。

（传质、传热、动量传递）

6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数

学式来表达个参数间的关系，简称_______。（数学模型）

7. 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

_______。（累积量=输入量-输出量） 1. 均相反应是指_。（参与反应的物质均处于同一相）

ppP + sS对于反应，则rP_______(rA)。2. aA + bB（a）

nK0nKnK0） 3.着眼反应组分K的转化率的定义式为_______。（

4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为

_______。（等分子反应、非等分子反应）

K5. 化学反应速率式为rAKCCACB，用浓度表示的速率常数为KC，假定符合理

想气体状态方程，如用压力表示的速率常数KP，则KC=_______KP。

()(RT)（） 6. 化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为KC，用逸度表示的速率

nKKK(RT)ffC常数，则=_______。（） 7. 化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为KC，用气体摩尔分率表示

RTpKKKyy） C的速率常数，则=_______。（

8.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，他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_______。（拟平衡常态）

n 7

9.当构成反应机理的诸个基元反应的速率具有相同的数量级时，既不存在速率控

制步骤时，可假定所有各步基元反应都处于_______。（拟定常态） 10. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。（反应速率） 11. 一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用

______________法来求反应级数。（初始速率法） 12.生成主产物的反应称为_______，其它的均为_______。（主反应、副反应）

P(主)AS(副)均为一级不可逆反应，若E主＞E副，选择性S与13. 平行反应p

_______无关，仅是_______的函数。（浓度、温度）

14. 如果平行反应

AP(主)AS(副)均为一级不可逆反应，若

E主＞E副，提高选择性

SP应____ _。(提高温度)

1.停留时间分布的密度函数在t＜0时，E（t）=_______。（0） 2.停留时间分布的密度函数在t≥0时，E（t）_______。（＞0） 3.当t=0时，停留时间分布函数F（t）=_______。（0） 4.当t=∞时，停留时间分布函数F（t）=_______。（1） 5.停留时间分布的密度函数E（θ）=_______E（t）。（t）

12226.表示停留时间分布的分散程度的量_______t。（t）

7.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的

输入方式不同分为_______、_______、_______、_______。（脉冲法、阶跃法、周期示踪法、随机输入示踪法）

8.平推流管式反应器tt时，E（t）=_______。（∞） 9.平推流管式反应器tt时，E（t）=_______。（0） 10.平推流管式反应器tt时，F（t）=_______。（1） 11.平推流管式反应器t＜t时，F（t）=_______。（0）

2_______。12.平推流管式反应器其E（θ）曲线的方差（0）

213.平推流管式反应器其E（t）曲线的方差t_______。（0）

14.全混流反应器t=0时

1teE（t）=_______。（tt）

215.全混流反应器其E（θ）曲线的方差_______。（1）

22_______。t16.全混流反应器其E（t）曲线的方差（t）

217.偏离全混流、平推流这两种理想流动的非理想流动，E（θ）曲线的方差为

_______。（0～1）

18.当流体在半径为R的管内作层流流动时，在径向存在流速分布，轴心处的流

r2u[1()]0uuR） 速以0记，则距轴心处距离为r的流速r_______。（19.当流体在半径为R的管内作层流流动时，管壁处的流速uR_______。（0）

20.流体在半径为R的管内作层流流动的停留时间分布密度函数E（t）=_______。

8

t23（2t）

21.流体在半径为R的管内作层流流动的停留时间分布函数F（t）=_______。

t1()22t） （

CA22.脉冲示踪法测定停留时间分布C0对应曲线为_______。（E（t）曲线）

CA23.阶跃示踪法测定停留时间分布C0对应曲线为_______。（F(t)曲线） 24.非理想流动不一定是由_______造成的。（返混）

25.非理想流动不一定是由返混造成的，但返混造成了_______。（停留时间分布） 26.为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种轴向返混与扩散过程

的相似性，在_______的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并认为的假定该轴向返混过程可以用费克定律加以定量描述，所以，该模型称为_______。（平推流、轴向分散模型）

uL27.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数Pe_______。（Ez） 28.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就

_______。（愈小）

29.轴向分散模型的偏微分方程的初始条件和边界条件取决于采用示踪剂的

_______、_______、_______的情况。（输入方式、管内的流动状态、检测位置）

30.轴向分散模型的四种边界条件为_______、_______、_______、_______。（闭

—闭式边界、开—闭式边界、闭—开式边界、开—开式边界）

2yx2erf(y)edx031.误差函数erf的定义式为______________。（）

erf(y)232.误差函数的定义式为

erf(0)_______。（1、0）

y0exdx2，则erf()_______，

2Pe，

2_______。[33.轴向分散模型的数学期望值_______，方差

112()8()2PePe]

134.流体的混合程度常用_______、_______来描述。（调匀度S、流体的混合态） 35.流体的混合程度常用调匀度S来衡量，如果S值偏离_______，则表明混合不

均匀。（1）

36.微观流体混合的混合态称为_______。（非凝集态） 37.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。（微

观流体）

38.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

9

组成和相同停留时间，这种流体称为_______。（宏观流体） 39.宏观流体混合的混合态称为_______。（完全凝集态） 40.介于非凝集态与完全凝集态之间的混合态称为_______。（部分凝集态） 41.在气—液鼓泡搅拌装置中，气体以气泡方式通过装置，_______是宏观流体，

而_______为微观流体。（气体、液体）

42.在气—液喷雾塔中液体以液滴形式的分散相，_______是宏观流体，而_______

为微观流体。（液体、气体）

43.反应级数n=_______时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。（1） 44.对于_______反应器，微观流体与宏观流体具有相同的反应结果。（平推流） 45.当反应级数n＞1时，宏观流体具有比微观流体_______的出口转化率。（高） 46.当反应级数n_______1时，宏观流体具有比微观流体高的出口转化率。（＞） 47.当反应级数n＜1时，宏观流体具有比微观流体_______的出口转化率。（低） 48.当反应级数n_______1时，宏观流体具有比微观流体低的出口转化率。（＜〉

第五章 非均相反应动力学

1.工业催化剂所必备的三个主要条件是：_______、_______、_______。（活性好、

选择性高、寿命长）

2.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠

_______结合的。（范德华力、化学键力）

3.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是

_______分子层的。（多、单）

4.气体在固体表面上发生吸附时，描述在一定温度下气体吸附量与压力的关系式

称为_______。（吸附等温方程）

5. _______吸附等温方程式是假定吸附热是随着表面覆盖度的增加而随幂数关系

减少的。（Freundlich）

6._______吸附等温方程式是按吸附及脱附速率与覆盖率成指数函数的关系导出

的。（Temkin）

7.固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于_______方程。（BET）

8.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

1dnArAWdt） 应A→B，A的反应速率的定义为_______。（

9.对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和

_______的影响。（内扩散、外扩散）

10.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变催化剂装量和进料流量，但保持_______不变。（WFA0）

11.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变_______和_______，但保持WFA0不变。（催化剂装量、进料流量）

12.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的_______，在恒定的

WFA0下测_______，看二者的变化关系。[粒度（直径dp）、转化率] 13.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的粒度（直径dp），在恒定的_______下测转化率，看二者的变化关系。（WFA0）

14.催化剂回转式反应器是把催化剂夹在框架中快速回转，从而排除_______影响

和达到气相_______及反应器_______的目的。（外扩散、完全混合、等温）

10

15.流动循环（无梯度）式反应器是指消除_______、_______的存在，使实验的

准确性提高。（温度梯度、浓度梯度） 16.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_______

所致。（分子间碰撞）

17.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）]

18.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与

孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。（0.1um）

19.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，_______

为扩散阻力的主要因素。（分子与孔壁的碰撞）

20.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） 21.等温催化剂的有效系数η为催化剂粒子的______________与催化剂内部的

_______________________________之比。（实际反应速率、浓度和温度与其外表面上的相等时的反应速率） 22.气—固相催化反应的内扩散模数S_______，它是表征内扩散影响的重要参

m1kVCSRDe） 数。（

m1kVCSRDe，它是表征内扩散影响的重要23.气—固相催化反应的内扩散模数S参数，数值平方的大小反映了_______与_______之比。（表面反应速率、内扩散速率）

S愈大，24.气—固相催化反应的内扩散模数S的大小可判别内扩散的影响程度，

则粒内的浓度梯度就_______，反之，S愈小，内外浓度愈近于_______。（愈

大、均一）

25.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的

_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。（物理、化学）

26.催化剂的失活可能是由于某些化学物质的中毒引起的，关于中毒的两种极端

情况是_______与_______。（均匀中毒、孔口中毒）

27.描述气—固相非催化反应的模型有: _______、_______、_______。（整体均

匀转化模型、粒径不变的缩核模型、粒径缩小的缩粒模型）

28.对于气—固相非催化反应的缩核模型，反应从粒子外表面逐渐向内核部分推

进，但粒子体积_______。（不变）

29.煤炭燃烧属于气—固相非催化反应，粒径随着反应进行而不断的缩小，这种

模型属于粒径缩小的_______模型。（缩粒）

30.硫化矿的燃烧、氧化铁的还原都属于气—固相非催化反应，反应从粒子外表

面逐渐向内核部分推进，但粒子体积不变，这种模型属于粒径不变的_______模型。（缩核）

31.膜内转化系数γ值的大小反映了在膜内进行的那部分反应可能占的比例，因

而可以用来判断_______的程度。（反应快慢）

32.测定气—液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气相和

11

液相中的_______，使反应在动力学区域内进行。（扩散阻力）

1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作

_______。（固定床反应器）

2.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

_______，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。（平推流）

3.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_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。（较少量、较小）

4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。（拟均

相、非均相）

5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的

差别。（温度、浓度）

6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模

型称之为_______。（拟均相模型）

7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模

型称之为_______。（非均相模型）

8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推

流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。（一维、二维）

9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积VP的球粒子直径，表达式

1/3dV=_______。(6V/)P（）

10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面aP相同的球形粒子的直径，表达式

da=_______。（aP/）

11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面SV的球形粒子直径来表示，表达式dS=_______。（6/SV） 12.对于非球形粒子，其外表面积aP必大于同体积球形粒子的外表面积aS，故可定义颗粒的形状系数S_______。（aS/aP） 13.颗粒的形状系数S对于球体而言，S_______，对于其他形状的颗粒S_______。（=1、均小于1） 14.固定床的_______定义为水力半径RH的四倍，而水力半径可由床层空隙率及单位床层体积中颗粒的润湿表面积来求得。（当量直径de） 15.固定床中的传热实质上包括了_______、_______以及_______几个方面。（粒内传热、颗粒与流体间的传热、床层与器壁的传热）

16.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流

体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。（拟均相一维）

17.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度Topt和平衡温度Teq，

12

ERln2E2E1E1） 二者的关系为______________。（TeqTopt18.对于固定床反应器，当某一参数变化到一定程度时就可能使床层温度迅速升

高，这种现象俗称_______，它是固定床反应器设计和操作中所应注意的问题。（飞温）

TeqTopt 13