注：红色底色为需注意的题目；黄色为无答案的题目

1.对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用单级反应器最方便。

2.气固催化平行反应，若主、副反应均为一级不可逆反应，且粒子等温，则内扩散不影响其选择性，在粒子内任意位置，反应速率之比均为速率常数之比。

选择题

1.在V=100L/min流量下对三只反应器分别进行示踪实验，测得如下数据： 反应器 A B C 体积（L） 1000 2000 3000 σt2 （min） 50 100 250 则三只釜的反混大小顺序（B）

A. A>B>C B. A>C>B C. C>B>A D. C>A>B

2. 乙苯在催化剂上脱氢反应生成苯乙烯，经过一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明这是一个（B）反应。 A．慢速 B．可逆 C．自催化 D．不可逆

3．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R的生成量略降低，表明( A ) A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2)

B．反应(1)对A的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2)

D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2)

4．在间歇反应器中等温进行一级不可逆反应A→R，当转化率达90％时，所需反应时间为2h若反应改在管式反应器中进行，空时为2h，其它条件同间歇反应器，则转化率为（ B ）

A． 60％ B. 90％ C．45％ D．75％

☆两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-rA1与第二釜的反应速率-rA2之间的关系为(A )。两釜反应温度相同。 A．-rA1 > -rA2 B．-rA1 = -rA2 C．-rA1 < -rA2 D.不能确定何者为大

5．四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值??2为( B )

A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0

(1)(2)A???P???Q(3)6．对一平行—连串反应

A???RE2

☆ 对气固催化反应A→R，当外扩散阻力已消除时，若为一级不可逆反应，CAG

增加，则内扩散有效因子 B （A．增大 B.不变 C．降低）。若为二级不可逆反应，CAG增加，则内扩散有效因子 C （A．增大 B.不变 C．降低）。 7．已知一闭式反应器的

，P为目的产物，若活化能次序为：

Da?0.1，该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型uLr参数N为（ B ）。

A． 4.5 B. 5.6 C．3.5 D．4.0

1?t/108. 由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)=10min-1，可判别该e反应器的流型为( B )

A．平推流 B．全混流 C．轴向分散 D．多级混合

9. 在气固催化反应动力学研究中，为了消除内扩散阻力，一般采用( D )方法。

A．增大器内流速 B．改变反应器流型 C．改变反应器结构 D．减小催化剂粒径

10．下图中阴影面积表示为( C )

A. F(t) B. E(t)

C. t D. ??2

11.包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为( B )

A．堆(积)密度 B．颗粒密度 C．真密度 D．平均密度

12. 对于气固催化反应，催化剂粒径 B （A.增大 B.减小）反应温度 B （A.升高，B.降低）可使催化剂的η增大。

13. 在气固催化反应动力学研究中，内循环式无梯度反应器是一种(C. )。 A．平推流反应器 B. 轴向流反应器 C. 全混流反应器 D. 多釜串联反应器

14．某液相反应，其反应式可写成A+C-----R+C这种反应称为( B) A．均相催化反应 B．自催化反应 C．链锁反应 D.可逆反应

☆ 高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似

看成( B )

A．气、液均为平推流 B．气、液均为全混流 C．气相平推流、液相全混流 D．气相全混流、液相平推流

15．对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用 A 反

应器最为方便。

A. 单段绝热床 B.多段绝热床 C.换热式固定床 D.自热式固定床

16. 一级不可逆反应A→R,当反应温度一定，反应物A的初始浓度CA0为2mol/L，

转化率达80％时，所需的反应时间为2h。如果CA0提高到10mol/L，其它条件不变，则所需反应时间应为 B 。 A. 10h B. 2h C. 0.4h D. 0.2h

17.．在一个1m3的间歇反应器中进行某液相反应，当转化率达到95％时所需的

反应时间为4h，若改用一个5m3的间歇反应器中进行，其它条件不变，则所需时间为 B 。

A. 20h B. 4h C.0.8h D. 0.4h

18.返混是连续流动过程中的一个重要工程因素，其产生原因是 ②③④ （① 物料的停留时间分布 ②流速分布不均匀、分子扩散和涡流扩散 ③ 搅拌 ④ 死区、沟流和短路 ⑤ 物料的浓度分布）

F(x?xA0)19．在气固催化反应动力学研究中可由 rA?A0A2式处理实验数据

W得到反应速度的实验反应器应是( C ) A．积分反应器 B．微分反应器 C．无梯度反应器 D．脉冲反应器

☆ 在氨气和稀硫酸进行气液反应，若H2SO4浓度大于临界浓度，则该过程的宏

观反应速率的阻力主要集中在 A 。

A．气膜内 B．相界面 C．相界面和气膜内 D．液膜内

20．已知反应1：A → P -rA1＝CA0.5

反应2：A → R -rA2＝CA2

当反应物浓度由1mol/L降至0.25mol/L时，两个反应的速率将是（C） A．相等的 B．-rA1为-rA2的2倍 C．-rA2为-rA1的4倍 D．-rA1大于-rA2

21．间歇釜反应器中进行如下反应：

A?P (1) －rA1＝k1CAa1

A?S (2) －rA2=k2CAa2

在CA0和反应时间保持不变下，降低反应温度、釜液中CP/CS增大，表明(C ) A．al>a2 B．alE2

k1k2?P???S 22. 等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应A?? 若保持相同的转化率xA，调节反应温度使k2/kl降低，则P的最大得率将 (A )

A．增大 B．减小 C．不变 D．先增后减

23．有两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，反应为二级不可逆反应A

→P，若大釜在先，小釜在后，出口转化率为xA1，小釜在先、大釜在后，则出口转化率为xA2，两种情况下，进料流速、进料浓度和反应温度均相同，比较xA1和xA2的相对大小为( B )

A．xA1>xA2 B．xA1

24.已知一反应器用轴向分散模型描述，其Pe>100，可判别该反应器返混( B ) A．很大 B．很小 C．中等 D．无返混

25.气固催化反应本征速率是指排除( C )阻力后的反应速率。

A外扩散 B．内扩散 C．内、外扩散 D．吸附和脱附

26.所谓固定床积分反应器是指反应物一次通过后，转化率大于(B )的情况。

A．10％ B．25％ C．40％ D．50％

27.列管式固定床反应器填充的催化剂为了消除壁效应其粒径应小于反应管径的

(B)倍。

A．100 B．8 C．3 D．50

2128.反应器中等温进行着A???R两个反应，当降低A的浓??P和A?????后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明( A ) A．反应(1)的反应级数大于反应(2) B．反应(1)的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2) D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2)

29. 纯二甲醚气相分解反应CH3OCH3→C+3H2+CO在恒温恒压下进行，当分解率达100％时，反应物系的体积为( D ) A．与原体积相同 B．为原体积的1/3 C．为原体积的2倍 D．为原体积的3倍

☆ 两个有效容积不等的全混流反应器串联操作，进行二级不可逆反应

kA???P，出口转化率要求一定，可采取两种串联顺序：

(1)大釜在先，小釜在后，进料流量为Q01； (2)小釜在先，大釜在后，进料流量为Q02。 两种情况下，进料浓度、反应温度相同，则进料流量Q01，和Q02的比较为( D )

A．Q01>Q02 B．Q01=Q02 C．无确定关系 D．Q01

30. 全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件( C )

A．移热速率>放热速率 B．移热速率<放热速率 C．移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率 D．移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率

31.幂数型反应速率方程式中以( A )表示各组分浓度变化对反应速率影响。

A．反应级数 B．反应计量系数

C．反应速率常数 D．反应活化能.

32.平推流反应器内进行等温零级不可逆反应，则自进口起沿反应器长度方

向，其反应速率(C )

A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．保持不变 D．存在最大值

33.一个全混流反应器，其有效容积v1=1m3，进行一级不可逆反应，出口转化率为xA1，现用二个有效容积各为0.5m3的全混流反应器串联操作进行同上反应，进料容积流速vo和反应温度与上相同，出口转化率为xA2，则xA1与xA2的相对比较为 ( C． )

A．xA1>xA2 B．xA1=xA2 C．xAl

（若为0级，则B）

34.液相等温反应：

Prp=kl P为目的产物

rR=k2CA

AR rs=k3CA2

S 可有四种反应器可供选择：(1)平推流反应器，(2)全混流反应器，

(3)分批式完全混合反应器，(4)三台全混流反应器串联。从有利于目的产物P的选择性出发，宜选用( B )

A．(1) B．(2) C．(3) D．(4)

35.由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)二去e—t／lOmin”，可判

别该反应器的流型为( B )

A．平推流 B．全混流 C．轴向分散 D．多级混合

36.固体催化剂之所以能起催化作用，是由于它能与反应组分的气体分子主要发生( C )

A．物理吸附 B．化学反应 C．化学吸附 D．质量传递

37.在气固催化反应动力学研究中可由VAO?FA0(xA2?xA0)上正式处理实验数据得

W到反应速度的实验反应器应是( C ) A．积分反应器 B．微分反应器 C．无梯度反应器 D．脉冲反应器

38.气固催化反应A+B→R+S，A、B、R、S均吸附于同一类活性点上，双活性之间发生反应，已知其反应速率方程r＝

k(PAPB?PRPS/k)，则其控(1?KAPA?PBPB?KRPR?KSPS)制步骤为(B ) A．A+σAσ B．Aσ+BσRσ+Sσ

C．RσR+σ D．SσS+σ

39．乙烷在催化剂上脱氢生成乙炔，经一段时间反应后，乙炔生成量不再

增加，但乙烷仍大量存在，表明这是一个( B )反应。 A．慢速 B．可逆 C．自催化 D．不可逆

40.在一平推流反应器中进行等温一级不可逆反应A->P，现有反应器体积下，出口转化率为45％，若将反应器体积增加一倍，则出口转化率将为(D )，操作条件均保持相同。

A．90％ B．>90％ C．45％ D．<90％，>45％

41.等温一级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行：

(1)一个分批式完全混合反应器，容积V1(仅考虑反应时间所需)， (2)一个平推流反应器，容积V2，

(3)二个等体积全混流反应器串联，总容积为V3。

上述三种情况反应温度、物料处理量及转化率相同，则容积比较为( B ) A．V1

42.在全混流反应器中进行反应： 1R rR=klCA R为目的产物

rS= k2CA 2AS rT= k3CA 已知它的活化能E1=25，E2=35，E3=15(E单位省略)。T为有利于目的产物R的生成，应选择反应温度( C ) A．尽可能高 B．尽可能低 C．中等 D．先低后高

43.等温液相反应 A+B→P rp=klCACB P为目的产物 2A→R rR=k2CA2 有下列四种方案可供选择：

(1)分批式完全混合反应器，A和B一批加入；

(2)半分批式完全混合反应器，A一批加入，B连续滴加； (3)半分批式完全混合反应器，B一批加入，A连续滴加；

(4)全混流反应器。

从提高P的收率着眼适宜选用( C ) A．(1) B．(2) C．(3) D．(4)

☆ 固定床内等温进行一级不可逆放热反应，床内催化剂有内扩散阻力，此时床层进口和出口处催化剂有效系数η值相对大小应是( B ) A．η进＞η出 B．η进＝η出 C．η进＜η出 D．难以判别

1.气体A与液体B的反应为不可逆反应，对A为一级，对B为零级．已知三种情况下反应速率常数k，液侧传质系数kL，组分A在液相中的扩散系数DAL的

k1DALkL值分别为：

(a) 2，（b）80,（c）0.1，则a,b,c三种情况下的液相利用率关系为： 。 A．a>b>c B. b>a>c C. c>a>b D.c>b>a

2.气固催化反应A——P，催化剂颗粒外表面浓度CAS和Cps与流体主体浓度CAG和CPG存在差异。当过程为反应控制时，则CAS应 CAG（①大于 ② 小于 ③ 等于），Cps应 CPG（①大于 ② 小于 ③ 等于）；当过程为传质控制时，则CAS （①趋近于CAG ② 趋近于0 ③ 某一值）

3. 对零级和一级不可逆反应，宏观流体的反应速率 ③ 微观流体的反应速

率（①大于 ② 小于 ③ 等于）

对大于一级的不可逆反应，宏观流体的反应速率 ① 微观流体的反应速

率（①大于 ② 小于 ③ 等于）

对小于一级的不可逆反应，宏观流体的反应速率 ② 微观流体的

反应速率（①大于 ② 小于 ③ 等于）

4．一个全混流反应器，其有效容积v1=1m3，进行一级不可逆反应，达60％转

化率，进料量为Q0l，今改用两只有效容积均为0.5m3的全混流反应器串联操作进行同上反应，反应温度相同，转化率要求不变，则进料量Q02将( ) A．大于Q0l B.小于0.5Q0l C．等于Q0l D．等于0.5Q0l

5．等温零级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行： (1)一个1m3的平推流反应器，转化率xA1

(2)两个0.5m3的平推流反应器并联，进料流量平均分配，转化率xA2 (3)两个0.5m3的全混流反应器串联，转化率xA3

上述三种情况进料总流速，进料浓度和反应温度相同xA1、xA2，和xA3比较为( ) A．xA1>xA2>xA3 B．xA1=xA2>xA3 C．xA1=xA2=xA3 D。xA1>xA3>xA2

6. 等温液相反应：A →R rR＝k1CA R为目的产物 2R→D rD=k2CR2；

现有如下四种方案可供选择

(1)平推流反应器高转化率 (2)平推流反应器低转化率

(3)全混流反应器低转化率 (4)两个等容积全混流反应器串联，高转化率。 从提高R的选择性着眼，适宜选择( )

A．(1) B．(2) C．(3) D．(4)

7. 气体分子与固体表面间发生物理吸附时，其吸附热一般在( ) A．40~200KJ／mol B．大于400KJ／mol

C．8~25KJ／mol D．4KJ／mol以下

k1k28间歇釜中进行各步均为一级不可逆串联反应A???P???S，等温下进

行，为了提高p的选择性( )

A．应使A的转化率接近100％ B．应保持高的转化率 C．应保持较低的转化率 D．转化率高低无妨

9. 对于气膜扩散控制的气液反应，其宏观反应速率就等于( )

A．气膜扩散速率 B．液膜扩散速率 C．液相主体反应速率 D．取决于B和C

是非题：（正确的打“√”，错误的打“×”）

1.用乙醇胺吸收某酸性气体，该过程为中速反应，因而吸收采用板式塔较鼓泡塔

有利于气体的吸收。 （√） 2.对于基元反应2A---P，因此反应物A的反应级数与化学计量系数是相同的。 （√） 3.由于零级反应中反应速率与浓度无关，故流体的混合态对反应结果无影响。 （×） 4.对于一级气固催化A---P----S反应，（P为目的产物），由于扩散阻力的存在，使得AS

混流反应器的反应速率比平推流反应器要小。 （×） 11．对化学反应来说，温度越高，反应速率越大，因此高温操作，可使反应器体积最小。（×） 12．多个PFR串联或多个CSTR串联，其流型仍为活塞流或全混流。 （× ） 13．对于零级反应，由于反应速率与反应物浓度无关，因此催化剂内扩散阻力对宏观反应速

率无影响。 （× ） 14．在进行均相反应动力学实验时，既可以在间歇反应器中进行，也可以在连续流动反应器

中进行，但由于反应器操作方式不同，因此所得的反应动力学方程形式也是不同的。 （×）

15 间歇釜式反应器改成连续操作后，由于省去了辅助时间，因此一定能提高产量。 （×） 16．在绝热式固定床反应器中进行一级不可逆反应，由于西勒（Thiele）模数与反应物浓度 无关，因此内扩散有效因子在床内为常数。 （×）

17．由于全混釜的停留时间分布比任意非理想流动反应器的都宽，因此(?t2)CSTR?(?t2)NFR。 （×）

18．在一绝热反应器中，仅当进行一级反应时，其反应温度和转化率的关系才呈线性。 （× ）

19.在任意转化率下，一级不可逆连串反应在全混流反应器中进行的收率总是低于在间歇釜中进行的收率。 （× ）

20.在相同的温度下，一级连串不可逆反应A→P→Q，在间歇反应器中进行时P的收率总是

高于在全混流中进行的P的收率。 （ √ ） 21．在全混流釜式反应器中进行液相反应,由于返混程度最大,故反应速率一定最小。（×） 22.因为单一反应就是基元反应，因此反应级数与化学计量系数相同。 （ × ） 23.一自催化反应A?由于反应级数大于零，则在达到相同的转化率??P,若(-RA)=kCACP，

k时，所需的VPFR总是小于VCSTR。 （ × ）

24.在间歇反应器（BR）中和活塞流反应器（PFR）中等温进行同一反应，若CA0、xAf相同

时，则tBR = τPFR 。 ( √ )

25．无论是一级反应还是二级反应，流体的混合态对反应结果无影响。 （×） 26.对气固催化反应，由于外扩散阻力的存在，使得CAS < CAG,因此必定使反应的选择性下降。

（ × ）

27．设计固定床反应器时需考虑内扩散对反应的影响，而设计流化床反应器时，则不必考虑内扩散的影响。 （× ） 28.多段绝热式固定床反应器的最优化结果是各段催化剂用量相等。 （× ） 29．可逆反应在管式反应器中进行时，反应温度应沿着最佳温度线操作，使反应器体积最小。 （√） 30．可逆反应在固定床反应器中进行时，反应温度应沿着最佳温度线操作，使催化剂用量最

少。 （√） 31.在流化床中，气泡是贮存反应物料和进行化学反应的主要场所。 （ ） 32．对气液反应，由于化学反应使液膜阻力减小，故一般为气膜控制过程。 （ ） 33.填料塔具有较大的相界面积，适用于快速反应，而鼓泡塔储液量大，适用于慢速反应。

（ √）

34．气液反应，当气膜阻力最大成为控制步骤时，反应发生在相界面和气膜内。 （ ×） 35．一气液反应，?2则该反应为瞬间不可逆反应。 （ ） ?100,???50，

36．一气液反应，在一定操作条件下，膜内转化系数?2?100,???100，则该反应为拟一级快反应。 （ ） 37.方差?t2表示了流体在反应器中停留时间分布的散度，?t2值愈大，返混程度愈大。因为（?t2）甲 >（?t2）乙，因此甲反应器的返混程度一定大于乙反应器的返混程度。 ( × ) 38．由于全混釜的返混程度比任意非理想反应器的返混程度都大。因此(?t2)CSTR>(?t2)NFR

( × ) 39.单一反应A?P, 在100℃下等温反应，已知在CA＝1mol/L时，（－RA）= 2mol/L.s 则当CA＝2mol/L时，（－RA）= 4mol/L.s 。 （ × ）

40. 对于混合的非极限情况，即宏观混合和微观混合并存时，即不能按微观流体处理，也能按宏观流体处理。 （ ） 41. 已知一闭式反应器的

Da该反应器若用多釜串联模型来描述，则模型参数N=5。 ?0.1，

uLr （ × ） 42．具有相同停留时间分布的两个反应器，进行同一化学反应，若操作条件相同，反应结构

总是相同的。 （ × ）

43．达到单个分子尺度的微观混合总是比达到流体微团尺度的宏观混合效果好。 （× ） 44．所谓单一反应，就是基元反应。 （×） 45．幂级数动力学方程式中的反应级数是根据化学计量方程中计量系数确定的。（√ ） 46.已知停留时间分布方差值?t2＝10000min2可知其流型接近全混流。 (×) 47．可逆放热反应的最优温度是指转化率一定时，对应于最大反应速度的温度。（× ） 48．在—平推流反应器内等温进行一级不可逆液相反应，反应器出中转化率可达40％，若使转化率提高到80％，在同样操作条件下，则反应器体积应增加一倍。 (× )

49多级全混釜串联，串联釜数增多，返混程度增大，釜数接近无穷多，返混程度接近全混流。 （×）

50.气固催化反应的本征速率方程是指排除了吸附和脱附阻力后的速率方程。 (×) 51．设计固定床反应器应采用排除了内、外扩散阻力后的反应速率方程式。 （ ×）

三、填空题

2.要使固定床反应器所用催化剂量最少，对简单不可逆反应，应尽可能在 高温 度下操作；对可逆放热反应，应尽可能在 最佳 温度下操作；对可逆吸热反应，应尽可能在 高温 温度下操作。

(1) C (2) A

4.某二级不可逆气固催化反应，本征反应活化能为80kj/mol，当过程为内扩散控制时，表观反应级数为 1.5 ，表观反应活化能为 40 kj/mol

4.1/(-RA)对XA的曲线上存在极小值的情况是 可逆放热 反应和 自催化反

应的特征。

5．已知一实际流动反应器，Pe=20，该反应器若用多级混合模型描述，则模型参

数N= 10.53 。

6．某不可逆反应，反应活化能为9.63×104J/mol，问反应温度是550℃时的反应速率比反应温度是400℃时的反应速率快 23 倍。

( r550/r400=k550/k400=Aexp(-E/RT550)/Aexp(-E/RT400)=exp[E/R(1/T400-1/T550)]=23(倍) ) 2．一不可逆反应，当反应温度从150℃升高到200℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为 23.06kJ/mol 。

3．一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为 52894 J／mol 。

lnk2E11?(?)?ln2k1RT1T2E11?(?)?ln2 8.314298308?E?52894J/mol4．一液相复合反应

k1A???Pk2A???Q，均为基元反应。在单一连续釜中等温反应，已知该温度下，

k1?3k2,问当最终转化率为80％时，目的产物P的瞬时选择性为： 0.75 ，总选

择性为： 0.75 。（若k1=7k2,则.P的瞬时选择性为0.875，总选择性为0.875）

5．对一闭式反应器，已测知Pe(Peclet准数)为10，若该反应器用多级串联模型来描述，则模型参数N为 5.56 。

6.等温下进行一级不可逆反应，为达到xA的转化率，采用单个CSTR的体积与PFR的体积之比为 进行两级不可逆反应，两者体积之比为 7. 液相反应：

从有利于产品分布的观点，将下列接触方式按优劣顺序排列为 2 4 3 1

若k1＝k2，CA0＝CB0 ，写出计算瞬时选择率β的公式： 1/(1+C A0.4 ) 。

28.从反应器停留时间分布测定中,求得无因次方差???0.98,反应器可视为 全混流反应2器 ,又若求得无因次方差???0.02,则反应器可视为 活塞流反应器 。

9．在CSTR中，物料平均停留时间为1h，停留时间大于10h的物料粒子占全部物料粒子的 0.0045 ％。

10．在流化床中进行固相加工反应，固体颗粒在反应器中流动状态可看成CSTR，固体颗粒平均停留时间为1min，停留时间小于1min的固体颗粒占流出的全部颗粒的 63.2 ％。 11．在PFR中，停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的 0 ％，在CSTR中，停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的 36.8 ％。 12．某气相反应A＋3B →R，则膨胀因子?A为 -3 。

13. 采用无梯度反应器进行气固催化反应本征动力学测定时，足够高的转速，可使 外扩散 消除；足够小的粒子，可使 内扩散 消除。 14.反应物A的水溶液在等温PFR中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 0.8 。

16．在PFR中进行等温二级反应，出口转化率为0.8，若采用与PFR体积相同的CSTR进行该反应，进料流量Q0保持不变，为达到相同的转化率0.8，可采用的办法是使CA0增大 5 倍。

17. 在多釜串联中，可逆放热反应的最佳温度序列为随反应釜数增加而 降低 ，随转化率增加而 降低 。

18．等温下进行一级不可逆反应，为达到同样的转化率xA, 采用单个CSTR的体积与PFR的体积之比为 ，相同的进行该反应，进行二级不可逆反应，两者的体积之比为 。

1219．在一全混流反应器中进行一级不可逆连串反应A???P???Q ，P为目的产物，

kk已知k1?1.0h?1,k2?0.1h?1,原料中不含P和Q。问最佳空时为 3.16h ；P的最大收率为 0.577 ；最大收率下所对应的A的转化率为 0.76 。

1220. 在一活塞流反应器中进行一级不可逆连串反应A???P???Q ，P为目的产物，

kk已知k1?1.0h?1,k2?0.1h?1,原料中不含P和Q。问最佳空时为 2.56h ；P的最大收率为 0.774 ；最大收率下所对应的A的转化率为 0.774 。 21一复合反应

k1A?2B???P?Q2B?P???Rk2 若

rQ?k1CACBrR?k2CCP2B

2k1CACB?k2CBCP 则目的产物P的瞬时选择性SP为 。

k1CACB22．在气固催化反应中，丹克勒（Damkoler）准数Da的物理意义为 ，n级不可逆反应的Da = 。23. 某不可逆气固催化反应，本征反应活化能为105J／mol,当过程为内扩散控制时，表观活化能为 。

24．均相CSTR反应器中，放热S形曲线与移热直线一般有3个交点，高温区交点的特征是

，中温区交点的特征是 ，低温区交点的特征是 。

25.在xA～T图上画出三段绝热式固定床操作示意图：一、二段段间采用原料气冷激，二、三段段间采用间接冷却。（画出平衡曲线、最佳温度曲线、各段操作线、段间冷激或冷却线）。 26．某液相复合反应

k1A?2B???P2A?B???Qk2, 若

0.51.5rP?k1CACB.50.5rQ?k2C1ACB

为使目的产物P的选择性高，应选择：

①若采用间歇反应釜，其加料方式为 B 一次性加入，A连续滴

加 ；

②若采用管式反应器，其进料方式为B从反应器进口处加入，A沿管长多处加入 。 27．液相复合反应k12A?B???PA?2B???Qk2, 若20.5rP?k1CACBrQ?k2CC0.5A2B

为使目的产物P的选择性高，应选择：

(1)若采用间歇反应釜，其加料方式为 A一次性加入，B连续滴加 ；

(2)若采用管式反应器，其进料方式为 A从反应器进口处加入，B沿管长多处加入 ； (3)若E1>E2，则反应温度应采用 高温 。 28．一气固催化反应A?B2?R，若反应机理为：

B2?2??2B?A?B??R?R??R??则本征反应速率方程为：r?

．一气固催化反应A?B?R，若本征反应速率方程为：

r?(此步为速率控制步骤)

kSPAKBPB(1?KBPB?KRPR)

kSKAKBPAPB

(1?KAPA?KRPR)(1?KBPB)则该反应可能的反应机理为 。 29．化学反应速率可分为温度效应和浓度效应，对简单反应而言，温度对反应速率的影响程度取决于 ；对复合反应而言，选择性对温度的敏感程度取决于 。

30．在间歇搅拌釜中，进行一可逆放热反应时，其最佳反应温度的序列是 。

31．在管式反应器中，进行一可逆放热反应时，其最佳反应温度的序列是 。

32．在BR中等温进行一级不可逆反应，当转化率达95％时，反应时间为2h；若反应在PFR或CSTR中等温进行，温度同BR，空时均为2h，则转化率分别为：

PFR： CSTR： 。

33．三个平推流反应器串联，进行一液相均相反应，其流程如下图所示。

xA0=0 xA1 xA2

V1 V2 xA3 V3

FA0 FA1 FA2 FA3

若反应速率(-RA)=kCA2, 则V2的计算式为：

;

若xA1-xA0= xA2-xA1= xA3-xA2，则三个反应器体积大小之间的关系为：

V1

V2 V1 xA3 V3 ∞ FA0 ?FA3

若反应速率(-RA)=kCA2, 则V2的计算式为：

FA1 FA2

;

35.已知复合反应

k10.3A?B???P (主反应）， rP?k1CACBA?B???Q (副反应）， rQ?k1CCk10.5A1.8B

从有利于提高P的选择性出发，将下列操作方式按优劣顺序排列： （b）>(d)>(a)>(c) A A PFR PFR B B （a） (b) B PFR A A B ∞ （c） (d)

36.下列四种组合反应器中，单个反应器体积均相等，处理量也相同。（如下图所示） PFR

PFR ∞ ∞

（a） CSTR CSTR

(b) PFR PFR ∞ ∞ CSTR CSTR

(c) (d)

(1)试比较返混程度大小次序为: (b)>(c)=(d)>(a) ； (2)当进行二级反应时，各组合反应器最终转化率高低次序为：（a）>(c)>(d)>(b) 。

37.对一闭式反应器进行停留时间分布实验测定，在Q＝300L/min下，得到E(t)～t关系如下图所示。由于该图放置已久，纵坐标模糊不清。试根据E(t)函数性质确定并计算： （1）E(t)＝ -1/200(t-20) E(t) （2）F(t)＝ -t2/400+0.1t （3）V＝ 2 m3 （4）多级串联模型参数N＝ 2

0 10 20 t/min

38.下列几种组合反应器，经脉冲示踪测其停留时间分布，若用多釜串联模型描述，试写出N值或N值范围。

∞ PFR

PFR ∞

(a) (b)

NFR

∞ ∞ ∞

(c) (d)

239．活塞流反应器，??? ，Pe＝ ，返混程度 ； 2全混流反应器，??? ，Pe＝ ，返混程度 ；

22非理想流动反应器，??介于 ；??值越大，停留时间分布 ；返混程

度 。

40．CSTR定常态热稳定性的必要条件为： 。

41. 在固定床反应器中，进行二级不可逆气固催化反应，试比下列情况下催化剂有效系数η值的大小（a处靠近反应器的进口，b处靠近反应器的出口）。

（1）等温操作，dP不变：ηb>ηa ?a ?b

（2）吸热反应，绝热操作：ηb>ηa

在固定床反应器中，进行二级不可逆气固催化反应，试比下列情况下催化剂有效系数η值的大小（a、c处靠近反应器的进口，b处靠近反应器的出口）。

（1）等温操作，dP不变：ηC>ηb>ηa ? a ?b （2）吸热反应，绝热操作：ηC>ηb>ηa

（3）dP由3mm改为5mm、7mm，则ηa3、ηa5、ηa7的大小次序为：ηa3>ηa5>ηa7 (均为a点位置，且假定温度相等)。 42.在一台PFR中进行一平行反应

k1A???PA???Qk2，P为目的产物，E1

热反应。试比较在下列操作条件下，反应器中各点的瞬时选择性的大小。

（1）等温操作：Sa=Sb=Sc ?a ?b c?（2）绝热操作：Sa

44．一级不可逆气固催化反应A???P，在不同条件下操作，粒内外反应物A浓度变化情况如下图所示：

a)试判别图中四种情况的宏观动力学类别 ① 本征动力学控制 ② 内扩散控制

③ 内外扩散和本征动力学同时控制 ④ 外扩散控制

b)四种情况下的内扩散有效因子?值的大小次序为： ?1??3??2??4?0

45．可逆放热反应AP，在四段

绝热式固定床中进行，床层温度与转化率的关系 如图所示。试比较各段床层的

(1)进出口温差大小?T1??T2??T3??T4

(2)催化剂用量多少 Wl

46.右图为可逆放热反应的T～xA图。图中ABC为平衡曲线，DEF为最佳温度曲线。试回答以下问题：

（1）A、B两点反应速率谁大： 相同 （2）B、E、F三点速率大小次序：F>E>B （3）D、G、H三点速率大小次序：H>G>D （4）图上哪一点反应速率最大：F

47．画出活塞流反应器、全混流反应器、活塞流和 全混流反应器串联、全混流和活塞流反应器串联的 停留时间分布函数与分布密度函数。

48. 乙烷进行热裂解，其活化能为314025J/mol。试问650℃是的分解速率是500℃是的分解速率的▁▁▁▁▁▁倍。

49. A和B按下式反应，其速率式为：2A→R rR=k1CA2, R的瞬间收率为▁▁▁▁▁▁。

A+B→S rS=k2CACB

若R为目的产物，则配料时A和B的浓度应▁▁▁▁▁▁；若E1>E2，则反应温度应▁▁▁▁▁▁。

50.在Q＝100 l/min下对三只反应器分别进行示踪实验，测得数据如下：

反应器 A B C 反应体积（l） 1000 2000 3000

?2t

50 100 150

(1)三只反应器返混程度大小顺序为

(2)若在上述反应器中均等温进行一级不可逆反应，k=12min-1，则各只反应器的转化率分别为 xA= xB= xC= 51．已知一闭式反应器的

DA?0.05，该反应器若用多级全混釜模型来描述，则模型参数uLrN＝ 。

52．在进行示踪实验时，示踪剂的选择应满足以下条件：

53. 停留时间分布实验测定的准确性可用以下 方法来检验。 54．在工业反应装置中反应流体往往偏离两种理想的流动模式，也就是说在反应器出口的反

应物料中存在明显的 。

55．气固催化平行反应，若主、付反应均为一级不可逆反应，且粒子等温，则内扩散不影响其选择性，在粒内任意位置，反应速率之比均为 。 56．对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用 反应器最为方便。

1针对2NO2?O2?N2O5反应, NO2、O2消耗速率与N2O5生成速率的57. 2关系为： 。 58．以lnk～1/T作图，为一直线，有时在高温区发生转折或弯曲，其原因可能是： 。 59．反应速率常数k与温度的关系为lgk??10000?10.2，则反应活化能为： T 。 60．某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的1000倍，则600K时的反应速率常数是400K时的 倍。

61.气体分子在固体催化剂微孔中扩散的主要形式有 ，当 时 ，De?DAB ,当 时 ，De?DK。 62.当分子扩散的平均自由程远大于催化剂微孔直径时，分子在微孔中的扩散为 扩散，其扩散系数与压力的关系为 ，与温度的关系为 。 63.下列反应分别在CSTR中进行，在动力学方程、进料量、最终转化率等均确定的情况下，试选择合适的操作温度：

a. AB，?HA?0（最优温度、最高允许温度、较低温度）

b. A?B?R?S，?HA?0（最优温度、最高允许温度、较低温度）

64. 已知在某一体积为200L的反应器进行停留时间分布测定，在流量为10L/min，条件下测得停留时间分布函数的方差?t2＝100min2，若用多级混合模型描述，则模型参数N＝ 65. 某一气固催化复合反应为平行反应，其本征速率分别为：

kv12 AkCA???B(主) rp=kv1CA2 A?kv??S(副) S v 2r=为提高反应选择性应选择（大颗粒、细颗粒），（大孔径、小孔径）的催化剂。

66. 均相反应A＋B→P＋S，CB0＝2CA0，已知A的转化率为70%，B的转化率＝ 。 67．固定床内进行一级不可逆气固催化放热反应，绝热操作，床内催化剂有内扩散阻力，此时床层进口和出口的η值相对大小应是 。

68. 某两段间接换热式气固相催化反应器进行可逆放热反应，各段进出口转化率与温度符合最佳分配原则，操作线见下图。（填＞，＜或＝）

M点反应速率 ＞ N点反应速率 B点反应速率 ＝ C点反应速率 C点反应速率 ＜ P点反应速率 M点反应速率 ＞ D点反应速率

69. 某气固催化反应A＋B→R＋S，已知A，B，R，S均吸附于同一类活性中心点，表面反应为控制步骤

1） 试按L－H机理推导该反应的机理方程

2) 若反应过程中B过量，A，B吸附很弱，A的转化率很低时，此时表现为几级反应。 70. 气固催化平行反应，若主、付反应均为一级不可逆反应，且粒子等温，则内扩散不影响其选择性，在粒内任意位置，反应速率之比均为 。

71．对于热效应不大，反应温度的允许变化范围又比较宽的情况，用 反应器最为方便。

72．固定床内等温进行一级不可逆放热反应，床内催化剂有内扩散阻力，此时床层进口和出口处催化剂有效系数η值相对大小应是 73. 要得到最大的目的产物B，对反应：

试选取最佳的操作方式： 。 74.减少催化剂颗粒内扩散影响的主要措施有 减小催化剂颗粒或者提高反应物浓度 。 76.应用双膜理论，对下列情况分别绘出气相及液相中反应物浓度分布示意图。 （1） 苯与氯气反应，M??1, ??1

（2） 纯氨气与硫酸水溶液反应，硫酸浓度等于临界浓度。

78. 在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应A?B。试以反应物A的浓度CA

为纵座标，径向距离r为横座标，针对下列三种情况分别绘出反应物A的浓度分布示意图。 (1)化学动力学控制 P187 6-1类似 (2)外扩散控制

(3)内、外扩散的影响均不能忽略

图中要示出CAG，CAS及CAC的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处A的浓度，CAe是A的平衡浓度。 解：以反应物A的浓度为纵座标

四、问答题

1．在固定床反应器中，分别进行一级和二级不可逆气固催化反应，试比a、b两处的η值大小（a处靠近反应器的进口，b处靠近反应器的出口），并说明理由。 （1）一级放热反应，绝热操作；ηa>ηb （2）二级反应，等温操作。ηa<ηb

2．在一绝热式管式反应器中，进行一气相反应A→2P，反应器进口温度为650℃，反应物A进口浓度为8％（mol.）,出口温度为750℃，A出口浓度为1.6％（mol.）。在反应器内A、B两点分别进行测定。

（1）测得A点的温度为780℃，你认为正确吗？为什么？ （2）测得B点的转化率为90％，你认为正确吗？为什么？ 答：（1）不对，因为最高温度为出口温度750℃。 （2）不对，因为最高转化率为（8-1.6）/8=0.8

3. 在绝热式固定床反应器中，进行一不可逆气固催化反应A→P，反应器入口气体温度为400℃，A的浓度为5mol/L, 出口浓度为1.5mol/L。出口温度为480℃。在催化剂床层内A、B、C三点分别进行测定。

(1) 测得A点的温度为600℃，你认为正确吗？为什么？ (2) 测得B点的转化率为90%，你认为正确吗？为什么？

(3) 测得C点的转化率为50%，经再三检验正确无误，计算一下C点的温度。 4．设有三种不同类型的球状催化剂：A.活性组分均匀分布型 B.活性组分分布于表面的“蛋壳”型 C.活性组分集中于中心的“蛋黄”型。若R为目的产物，则

（1）对反应A＋B→R，当内扩散阻力可忽略不计时，选用什么型为好？为什么？ （2）对有内扩散阻力的串联基元反应A→R→S，选用什么型为好？为什么？ 答：(1) A (2)B

5．厂里闲置着两台反应釜，反应体积分别为5m3和3m3。现欲用来生产乙酸乙酯，由于乙醇大大过量，该反应对乙酸为二级反应，现要求乙酸乙酯的产量尽可能大，你认为应采用什么样的连接方式？为什么？

6. 已知物料在某连续流动反应器中的停留时间分布密度函数为：E(t)=0.01exp(-0.01t) L/s 试求这个流动体系中停留时间为（1）90～110s (2) 0~100s (3) >100s 的物料在总物料中所占的比例，并判断该分布密度是否正确？

7. 试述绝热式和换热式气－固相催化反应器的特点，并举出应用实例。 8．试述多段间接换热式和多段直接换热式气－—固相催化反应器的特点，并举出应用实例。

9. 简述绝热温升（或温降）概念，在工厂实际生产中有何用途？

10. 在四段绝热式固定床反应器中进行n级不可逆放热反应，各段的催化剂装量相同，且控制进入各段的反应物料温度相等。若n>0，试问： （1）哪一段净转化率最大？哪一段最小？为什么？ 第一段最大，第四段最小。

（2）若段间采用冷却方法进行降温，试问哪一段间需加入的冷激剂量多？为什么？

因为第一段反应量大于第二段反应量，所以1-2段间要取走的热量比2-3段间取走的

热量要大，因此1-2段间需要的冷激剂量比2-3段间需要的多。 （3）若n<0，对问题（1）（2）是否还能做出肯定性的回答？为什么？

11．试分析下列说法是否正确？为什么？

（1）在一绝热反应器中进行零级反应，热效应可忽略不计，则其转化率与反应器长度的关系是线性的。

（2）在一绝热反应器中，仅当进行一级反应时，其反应温度与转化率的关系才呈线性。 （3）多段绝热反应器最优化的结果是各段的催化剂量相等。

12. 在等温固定床反应器中进行一级不可逆反应，床内充填颗粒直径为6mm的球形催化剂，反应组分在其中的扩散系数为0.02cm2/s，在操作温度下，反应速率常数为0.1min-1。有人建议改用3mm的球形催化剂以提高产量，你认为采用此建议能否增产？增产幅度有多大？假定催化剂的理化性质均不随颗粒大小而改变，并且改换粒度后仍保持同一温度操作。

dP?6mm, ??解：dP?3mm, ??dP6dP6kP?0.02887, ??0.9995DeAkP?0.01444, ??0.9995 DeA所以，采用此建议产量的增加是极有限的。

13. 一台PFR和一台CSTR的串联方式分别为：

Q Q PFR

PFR ∞ ∞

CSTR CSTR

（a） (b)

在Q＝100L/s时，对（a）进行脉冲示踪，对(b)进行阶跃示踪。问得到的E(t)曲线是否相同？F(t)曲线是否相同？若在两个系统内分别进行一级不可逆反应，反应条件相同，则出口转化率哪个大或相等？若进行二级不可逆反应，则出口转化率哪个大或相等？

14. 对于乙炔法氯乙烯生产工艺： HgCl2

C2H2 + HCl → C2H3Cl

采用流化床反应器串联固定床反应器的装置已经获得成功，你认为该装置设计的基本考虑是什么？

15.今有固定床、填料塔、板式塔、鼓泡塔、喷雾塔、流化床等各类反应器可供选用，试判断下列各反应宜采用何种反应器？并简述理由。

（1） 2NaOH(L) + CO2(G) Na2CO3 + H2O （气液瞬间不可逆反应）

ZnCl2水溶液

（2） CH3OH(G) + HCl(G) CH3Cl + H2O （气液慢速反应）

Ag催化剂 （3） 2CH3OH(G) + O2 (G) 2HCHO(G) + 2H2O(G) （气固催化反应，催化剂

颗粒直径3～5mm）

（4） 重质油催化裂化反应 (催化剂快速失活)

16．在流化床内设置内部构件的目的是 在于打碎气泡，改善气固接触，减小返混．

17.现有下列反应：

?1?A?B???P r1?k10e?125520/RTC2ACB??

1P?B???P r2?k20e?188280/RTCPCBP为目的产物，为了使P 的收率尽可能高，应选用何种形式的反应器？采用什么样的加料方式和操作条件？解：

17．在排除了内、外扩散的影响下，两个不可逆气－固催化反应在组成各自一定的情况下，测得其反应速率与温度的变化关系如图中的曲线①及②所示，①呈指数型式增加，②先升后降。则其速率控制步骤可逆是：

反应①： ；因为 反应②： ；因为

18．液相n级不可逆反应，其1和CA具有图示曲线关系，将此反应分别在平推流和全混流

rA两种反应器内进行起始浓度C加和终了浓度CAf相同，反应温度也相同，试在图上表示两种反应器所需空时大小。

19.对动力学控制、液膜扩散阻力控制及气膜阻力控制的气液反应，如何选择吸收设备？

五、证明题

1. 平行反应：

其中P为目的产物，在等温操作中，证明：采用CSTR，Cpmax＝

CA0；采用PFR操作，Cpmax＝CA0/(1+ CA0)。

2.证明一级反应在等温条件下转化率达99.9％时所需的反应时间为转化率50％时所需时间的十倍。

kt1??ln(1?xA1)证明：一级反应：kt2??ln(1?xA2)

?t2?ln(1?xA1)ln(1?99.9%)???9.97?10t1?ln(1?xA2)ln(1?50%)

P

3.反应物A进行如下反应：A Q ,反应均为一级，各反应的活化能依次为： R

E2

k03E3?E1Rln()k02E1?E2RPk1CA??(?RA)(k1?k2?k3)CA11?k2k3?k1k1 证明：

SP?k2k3SP??(?)?k1k1令J?k2k3k02?(E2?E1)/RTk03?(E3?E1)/RT??e?ek1k1k01k01k03?(E3?E1)/RTE3?E1dJk02?(E2?E1)/RTE2?E1?e()?e()?0dTk01k01RT2RT2?k02(E1?E2)e?(E2?E1)/RT?k03(E3?E1)e?(E3?E1)/RT?e(?(E2?E1)?(E3?E1))/RTk03(E3?E1)?k02(E1?E2)e(E3?E2)/RT??Toptk03(E3?E1)k02(E1?E2)

E3?E2?kE?E1Rln(033)k02E1?E2

六、计算题

1．一级不可逆反应，在150℃等温PFR中可得转化率60％，现改用同样大小的CSTR中操作，处理量不变，要求转化率为70％。问此时CSTR应在什么温度下操作？已知反应活化能为83.7 kJ/mol。

解：PFR 中：k???ln(1?xA)??ln(1?0.6) CSTR中：?＝CA0?CAf‘kCAf?xAfk'(1?xAf)xAfk'0.7 ???2.546k(1?xAf)(?ln(1?xA))0.3(?ln0.4)k'E11 ln?(?')kRTT83.7?10311 ln2.546?(?')8.314423T T'?440.3(K)

2．在一等温操作的间歇反应器中进行某液相一级反应，13分钟后反应物转化掉70％。今若把此反应移到活塞流管式反应器或全混流釜式反应器中进行，为达到相同的转化率，所需的空时各为多少？ 解：

kt??ln(1?xA) 11?k??ln(1?xA)??ln(1?0.70)?0.0926min?1t13（1）活塞流反应器：??t?13 min

（2）全混流反应器：?＝CA0xAxA0.7???25.2min

kCA0(1?xA)k(1?xA)0.0926(1?0.7)3．一气相反应2A?R?S，在间歇反应器中温度373K下等温进行，测到动力学数据为： T/s 0 20 40 60 80 100 140 200 260 300 420 PAatm 1.00 0.8 0.68 0.56 0.45 0.37 0.25 0.14 0.08 0.04 0.02 现欲改在PFR中等温进行，反应温度仍为373K，进料FA0＝100mol/h，进料中含有20％惰气，最终转化率要求95％，求PFR的体积。（PFR的操作压力为1atm）

? xAf?PA0?PAfPA0?0.8?PAf0.8?0.95PAf?0.04atm对照本题中所列数据, PA从0.8atm降低到0.04atm，所需要的时间为t?300-20?280s。因此间歇反应所需的反应时间等于PFR的空时，解：因为是等温恒容反应，

即?＝280s。PA00.8??0.026mol/LRT0.08206?373F100/3600Q0?A0??1.068L/sCA00.026CA0?Vr??Q0?280?1.068?299(L)

一均相反应A???R，其动力学方程式为(?RA)?kCAmol/L.min,其中k=1min-1,要求xAf?90%，若反应分别在等体积的BR、PFR和CSTR中在相同的条件下等温进行，已知BR的辅助时间为10min，求：

（1）这三种反应器生产强度之比值（生产强度是指单位时间内生产R的摩尔数） （2）求在BR中，生产强度最大时的最佳反应时间及此时的转化率。（提示：最佳反应时间在2～5min范围内）。

1ln(1?xAf)??ln(1?0.90)?2.3minknA0xAfnR0.90FR???VrCA0?0.073VrCA0t?t0t?t02.3?10BR:t??PFR:??Vr1??ln(1?xAf)??ln(1?0.90)?2.3minQ0k

解：FR?FA0xAf?Q0CA0xAf?VrCA0?0.90?0.39VrCA02.30.90CA0VrCA0xAfCSTR:?????9Q0(?RA)kCA0(1?0.90)FR?FA0xAf?Q0CA0xAf?VrCA0?0.90?0.1VrCA09?0.073:0.39:0.1?1:5.34:1.37?FR?BR:?FR?PFR:?FR?CSTR(2)?FR?BRVrCA0xAfVrCA01?e?tnR???t?t0t?t010?t??1?e?t令J?10?tdJe?t?10?t??1?e?t??02dt?10?t???

e?t?11?t??1t?2.6minxAf?1?e?t?1?e?2.6?0.9264. 某二级不可逆液相反应A+B→P，已知CA0 ＝CB0，在间歇反应器中达到xAf=0.99时，需反应时间10min。问：

（1）在全混流釜式反应器中进行时，所需的空时为多少？

（2）在两个串联的全混流釜式反应器中进行，当第一釜的出口转化率达50％时，所需的

总空时又为多少？

（3）在两个串联的体积相等的全混流釜式反应器中进行，所需的总空时又为多少？

解：（ 1）kt? k??xAxA0.99?kCA0???9.9CA0(1?xA)t(1?xA)10?0.01xACA0(1?xA)2?11 ???100t1?xA0.01 ??1000 (min) (2) ?'??1??2? ?xA1xA2?xA1 ?kCA0(1?xA1)2kCA0(1?xA2)20.50.494902???495.15 (min)29.9?0.259.9?0.019.9xA1 (3)?1? kCA0(1?xA1)2 ?2?xA2?xA1kCA0(1?xA2)2 ?1??2xA1xA2?xA1 ?(1?xA1)2(1?xA2)2xA10.99?xA1 ?0.0001(1?xA1)2 试差，得xA1＝ 得?1＝39.6 (min) ??2?1?79.2 (min)

5.在间歇釜中进行如下反应A P + R Q 实验测得50℃时

CP恒为2。当反应10分钟后，A的转化率为0.5,反应时间延长一倍，转CQCP＝3，试问哪个反应活化能大？CQ化率为0.75。求k1和k2的值。又当温度升高10℃，测得两个活化能差多少？ 解：

k1CP??2k2CQt?11lnk1?k21?xA11lnk1?k21?0.510?k1?k2?0.06933k2?0.0693k2?0.0231(min?1)k1?0.0462(min?1)T??k1?k2?E1?E2'k1?3'k2k1k01?(E1?E2)/RT?ek02 k2'k1(E?E2)11(E?E2)11'?1(?)?1(?)k23RT2T1?e?e8.314333323?k12k2

?E1?E2?36258J/mol

6.一气相反应，实验测得在400K时的反应物A的消耗速率为： ?dPA2?3.66PAdtatm/h

若反应速率方程用如下型式表示

－rA = kCA2 mol/L.h

求相应的速率常数k的数值和因次。

8.一台全混流釜式反应器，其反应体积为5m3，拟在等温下进行下列液相反应： A+B→P（主反应） rP=1.6CA kmol/m3.h 2A→Q（副反应） rQ=0.2CA2 kmol/m3.h

每小时处理A和B的混合液为10m3，其中CA0＝2 kmol/m3。 求：反应器出口P的总选择性及A、P、Q的浓度。

解： (?RA)?rP?2rQ SP? ??RP1.6CA4??(?RA)1.6CA?0.4CA24?CACA0?CAVrCA0?CA5???Q0(?RA)1.6CA?0.4CA2102?CA1 ?1.6CA?0.4CA22 ? CA?1 kmol/m3 ? SP???

45VrCCPCP?P???0.5Q0RP1.6CA1.6?1

CP?0.8 k m ol/3mCQCQCQV??r????0.522Q0RQ0.2CA0.2?1CQ?0.1 k mol/3m

9. 某液相均相反应A→P为一级不可逆反应，当反应温度100℃时，反应速率常数为0.4h-1，进料物料中A的初始浓度为2mol/L。要求P的产量为480mol/h，最终转化率为80％。求下列几种情况下的反应体积： （1） 反应在间歇釜式反应器中进行，辅助时间为1h; （2） 反应在全混流釜式反应器中进行； （3） 反应在活塞流管式反应器中进行。

11(1)t??ln(1?xA)??ln(1?0.8)?4hk0.4Q0?FA0/CA0 FA0FP480???600mol/hxAf0.80Q0?FA0/CA0?600/2?300L/hVr?Q0(t?t0)?300(4?1)?1500(L)xAfVr0.8(2)???5FA0kCA0(1?xAf)0.4?2?(1?0.8)Vr?5?600?3000(L)11ln(1?xA)??ln(1?0.8)?4hk0.4Vr?Q0??300?4?1200(L)(3)???10. 一级反应A→P，进料温度为150℃，活化能为83.684kJ/mol 。在PFR中进行反应，反应器体积为VP ，如改为CSTR，其体积为VM，为达到同样的转化率90％，则VM／VP之值应如何？为使VM／VP＝1，反应温度应如何变化？

解：对PFR,n?1 ：VP? 对CSTR，n?1 ： VMQ01lnk1-xAQ0CA0xAQ0xA??kCA0(1-xA)k(1-xA)V MVPxA0.9(1-xA)(1?0.9)???3.90911lnln1-xA1?0.9QQ0xAV1为使M＝1， 0ln＝VPkP1-xAkM(1-xA)1?E?1kP1-xA1????＝＝exp??-??xAkMRTTP????M(1-xA)ln1??111-0.9＝exp?83684???-????0.98.314T273?150?M???(1-0.9)TM?448.7 K?175.7 Cln

11.今有二级反应A→P,拟用两台活塞流反应器串联操作。已知CA0=1mol/L，Vr1=120 L,温度T1时，k1=1L/(h?mol)，温度T2时，k2=2L/(h?mol)，进料流量Q0＝60L／h。试问下列两种操作何种为优？ （1） Q0 T2 Vr2 T1 Vr1 CA0 CA1 CA2 （2） Q0 T2 Vr2 T1 Vr1

CA0 CA1 CA2

解： (1) k1?1?或 CA1＝11?CA1CA01?13

1201?1?1?6011CA113CA2＝??3?12408111?CA1k2?21??2?1?3603(2) CA1＝CA0?1?CA0k2?211?1?2?191?1120?1?96024060??19CA0?1?CA0k1?1CA2＝CA1?1?CA1k1?1191?29

?111

12.现有一台2m3的全混流反应器，进行液相一级不可逆反应：A???2R，当处理量Q0＝1m3/h时，出口转化率达80%。现在原反应器后串联一只反应器，反应温度相同。若为了使处理量增加一倍，则问：

（1）串联一只全混流反应器，总出口转化率仍为80％，该反应体积为多大？ （2）若串联一只2 m3的全混流反应器，总出口转化率可达多少？ 解：

(?RA)?kCACA0?CAfCA0(xAf?xA0)xAfVr?????Q0(?RA)kCA0(1?xAf)k(1?xAf)k???k?xAf?(1?xAf)Vr2??2 hQ010.8?2 h-12?1?0.8?V2(1) ?1?r??1h'Q02?1?1?xA1xA1??1k(1?xA1)2(1?xA1)xA1?2/3Vr20.8?2xA2?xA13?1???k(1?xA2)2(1?0.8)3Q'0

2Vr2? (m3)3(2)?2?Vr2Q'0?2?1h2dxA11?xA1?lnkCA0(1?xA)k1?xA2

?2?CA0?lnxA2xA11?xA1?k?2?2?1?21?xA21?xA1?7.39 1?xA2xA2?1?1?xA11?2/3?1??0.9557.397.3913. 某液相均相反应A ＋ B → P，(-RA)=kCACB；当反应温度100℃时，反应速率常数为

0.5（mol/L）-1.h-1，进料混合物中A、B的初始浓度均为2mol/L。要求P的产量为80mol/h，最终转化率为80％。求下列几种情况下的反应体积： （1）反应在间歇釜式反应器中进行，辅助时间为1h; （2）反应在全混流釜式反应器中进行； （4） 反应在活塞流管式反应器中进行。 解：

一液相基元反应2A???B?C,在两只串联的搅拌釜(可视为CSTR)中等温反应，经分析

(1)?CA0?CB0,?A??B?(?RA)?kCACB?kCA2111111t?(?)?(?)?4hkCAfCA00.50.42CAf?CA0(1?xAf)?2(1?0.8)?0.4Q0?FA0/CA0FA0?FP80??100mol/hxAf0.80

Q0?FA0/CA0?100/2?50L/hVr?Q0(t?t0)?50(4?1)?250(L)xAfVr0.8(2)???102222FA0kCA0(1?xAf)0.5?2?(1?0.8)Vr?10?100?1000(L)(3)??t?4hVr?Q0??50?4?200(L)测试，得到如下数据：

第一只釜：体积30L，进料流量900L／h（纯A），出口转化率60％； 第一只釜：体积40L，出口转化率80％。 （1）求该反应的动力学方程式。

（2）先采用一只40L的釜（在前）和一只新釜（在后）串联，在反应温度和总出口转化率不变的情况下，是纯A处理量提高一倍，求新釜的体积。

（3）若采用一活塞流反应器来完成与（2）相同的生产任务，求该反应器的体积。

(1)(?RA)?kCA(?RA)1?2CA0xA122?kCA (1)0(1?xA1) Vr1Q0CA0(xA2?xA1)22?kCA (2)0(1?xA2) Vr2Q0Q00.6900-1???112.5h(1?xA1)2 Vr1(1-0.6)230xA1?xA2?xA1(1?xA2112.52CACA0Q00.8?0.6900-1???112.5h)2 Vr2(1-0.8)240?(?RA)2?解：

由式(1),得 kCA0?由式(2),得 kCA0?? (?RA)?kCA?2

(2) (?RA)1?CA0x'A1V'r1Q'0x'A12'2?kCA (3)0(1?xA1) 40由式(3),得 ?kC??112.5??2.5A0'2'1800(1?xA1) Q0即： 2.6－6xx'A1＝53.67(?RA)2?'CA0(xA2?xA1)''2A1＋2.5xA1＝0V'r1V'r2Q'022?kCA (4)0(1?xA2) 0.8-0.5367V'r21800V'r2?105.3(L) ?112.5(1?0.8)2

(3)PFR:二级反应11-?k?CACA0xA?kCA0?1-xA

??x110.8?A＝??0.0356kCA01-xA112.5(1-0.8)Vr??Q'0?0.0356?1800?64(L)

在一体积为120L的全混釜中进行一液相反应：

??P的反应，该反应为一级反应，14．在反应体积为1m3的釜式反应器中，进行A?B?反应速率常数k为0.98h-1,CA0为2.1kmol/h,A的最终转化率为90％。

（1）采用间歇操作，辅助时间为0.65h，则P的日产量是多少？

（2）若改用单釜连续操作，其它条件不变，则P的日产量又是多少？ （3）为什么这两种操作方式产量不同？

15.在直径为5cm，长为200cm的闭式反应器中进行一级不可逆反应A→P。进料流量为200cm3/s，若将该反应器作全混釜处理，得出口转化率为80％。

（1）若用轴向扩散模型处理，已知轴向扩散系数Da为5.5cm2/s，则在相同反应条件下，反应器的出口转化率为多少？

(2) 若用多釜模型处理，出口转化率又为多少？ 解：

k

全混釜一级不可逆反应:CA?CA01?k?11?k?11?0.8?1?k?k??41Q0?u??dt24Q00.2*1000/60u???0.17cm/s120.25*3.14*52?dt4D15.5??a??0.162PeuLr0.17*200即：1－xA??k??4?图5.22?查????1?xA?0.06?xA?0.94?Da?uL?0.162?r 22222-Pe-6.18(2)????-2(1-e)?-(1-e)?0.27132PePe6.186.1811? N?2??3.69??0.27131-xA?1?(1?k?S)N1?0.066643.69(1?)3.69?xA?0.9334

16. 已知一闭式液相反应器在流量为5L／s下进行脉冲失踪，得到停留时间分布密度函数

1?20-1

eE(t)= s，试求： 20（1）平均停留时间;

（2）该反应器的反应体积为多少？

2（3）E(θ)、F(θ)和??

t（4）若将该反应器用多釜串联模型描述，其模型参数N为多少？

???1解：（1）t??0tE(t)dt??0te20dt?20s

20t（2）??t?0.5min

Vr?Q0??5?20?10L0

?t20（3）E(?)?20E(t)?e?e??，全混流反应器

F(?)?1?e??

2??＝1

模型参数N＝1

对一闭式反应器进行脉冲失踪，瞬时加入示踪剂量为3克，在反应器出口测定示踪剂浓度与时间关系如图所示，求：

（1） 该反应器的反应体积为多少？

(3) 若用多釜模型描述，其模型参数N为多少？

(4) 若在此装置内进行二级不可逆反应，(?RA)?3CA mol/L?min, CA0?1mol/L，物料处理量于示踪时流体流量相同，若该装置用轴向扩散模型处理，则反应器的出口转

化率为多少？

解：由C(t)～t图，可知

2C(t)??15t?300 0?t?20

m?Q?0C(t)dt?C(t)dt??0(?15t?300)dt?3000?Q?m3?10003??1m/min?3000?0C(t)dt?020?

QC(t)11E(t)??(?15t?300)??t?0.1m3000200120t??tE(t)dt??t(?t?0.1)dt?(min)

2003?020020Vr?Q0??1??6.67(m3)

3222?2?tE(t)dt?t?t(???t00?20120200 t?0.1)dt?()2?20039

2002?129t???2??

202t()231 N?2?2

??22??-2(1-e-Pe)PePe试差，得Pe＝2.552?Da11????0.392PeuLr2.5520kCA0?＝3?1?＝203?kCA0??20?查图5.23?????1?xA?0.09?xA?0.91D?a?uL?0.392?r

17.某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得kP=5s-1,有效扩散系数DeA=0.2cm2/s。求：

(1)当颗粒直径为0.1mm时，内扩散影响是否已消除？

(2)欲保持催化剂内扩散有效因子为0.8，则颗粒直径应不大于多少？

18．在实验室固定床管式反应器中，等温进行一级不可逆反应A→P，采用球形颗粒催化剂，颗粒直径为1.72mm。颗粒总体积为11.7cm3。当气体A以100cm3/s通过催化剂床层时，出口转化率达50％。若外扩散阻力可忽略不计，DeA为7.71×10-4cm2/s。试求在上述反应条件下，催化剂的内扩散有效因子η值和反应速率常数kP值。

19.磷化氢的分解反应

k4PH3(g)???P4(g)?6H2(A)(B)(C)可视为一级不可逆吸热反应。在一活

塞流管式反应器中反应，进料温度为680℃，k为0.0155s-1,FA0为0.47kmol/h，操作压力为

0.1013MPa。求：

①若在680℃下等温操作，当反应体积为1m3时，可达到的转化率为多少？ ②若绝热操作，进口温度为680℃，求出口转化率为13％时的出口温度。 已知18℃时该反应的反应热为23720kJ/kmol，各组份在上述温度范围内的热容分别为：PH3(g) 52.6, H2 30.1, P4(g) 62.3 kJ/kmol· ℃。 解：

Q0?FA0FA0RT0.47*0.08206*(680?273)???36.8m3/hCA0PA01Vr?FA0?xAfdxA?1?xA?kCA0??1?0.75x??A??

0kVr1?0.0155?3600??1.75ln(1?xAf)?0.75xAf?Q036.8?xAf?68.3%(2) 4PH3(g) → P4(g) + 6H2

ΔH=0

T0=953K,xA0=0 → T , xA=13%

↓ΔH1 ↑ΔH3 ΔH2

Tr=291K,xA0=0 → Tr=291K ,xA=13% ΔH1+ΔH2+ΔH3=ΔH=0

ΔH1=FA0CPA(Tr-T0)=0.47×52.6(291-953)=-16386.4 kmol/h ΔH2=FA0xA(ΔHr)291K=0.47×0.13(23720)=1451.1 kmol/h ΔH3=[FA0(1-xA)CPA+(1/4)FA0xACPB +(6/4) FA0xACPC](T-Tr)

=25.25(T-291) kmol/h 25.25(T-291)=14953.3 ∴ T=882.5(K)=609.5 (℃)

20．一气固催化反应A→P,为一级不可逆反应。采用球形颗粒催化剂，颗粒直径为2.5mm，在450℃时kP为0.46s-1，DeA为2.4×10-6m2/s。求： ① 内扩散有效因子值η为多少？ ② 若kP为0.92s-1，DeA为1.4×10-6m2/s，则此时催化剂的用量为原用量的多少？ ③ 若kP为0.92s-1，DeA为1.4×10-6m2/s，要求η同①，则此时催化剂颗粒大小为多少？

解： ?1??S?R ?1?3(kP0.46?0.125?0.547?2DeA2.4?10?S11?)?0.981tanh?S?SkP0.92?0.125?1.013?2DeA1.4?10

(2)?S?R?2?3?SW2?1kP10.981?0.46???0.523W1?2kP20.938?0.92kP0.92?R?0.547DeA1.4?10?2(11?)?0.938tanh?S?S(3)?S?RdP?2R?0.135cm?1.35mm

21．在一固定床反应器中等温进行一级不可逆气固催化反应A→P，在消除外扩散阻力和CAG=10 mol/m3时测得某处宏观反应速度(-RA)=1mol/ (m3床层·s)。以催化剂床层计的本征反

-1

应速率常数kV为1.0s，床层空隙率为0.3。催化剂有效扩散系数DeA=10-8 m2/s。 求：

(1)该处催化剂的内扩散有效因子η值 (2)反应器中所装催化剂颗粒的半径。

解（： 1） ?＝(-RA)V1??0.1?0.2, 属于严重内扩散kVCAG1?1011 （2）?＝＝＝10?0.1R ?＝3 10?kpDeA?kVR3(1-?)DeA

R13(1-0.3)10-8 R?2.5?10?3m?2.5mm

22.在一固定床反应器中等温进行一级不可逆气固催化反应A→P，催化剂为球形dp=6mm，DeA=10-8 m2/s，在消除外扩散阻力和CAG=10 mol/m3时测得某处宏观反应速度(-RA)=1mol/ (m3床层·s)。以催化剂床层计的本征反应速率常数kV为，床层空隙率为0.3。 求：

(1)该处催化剂的内扩散有效因子η值

(2)在进料量为20 L／s，ρp =1200 kg/m3，反应器出口转化率为80％时催化剂的装填量。

23.某一级不可逆气固催化反应，在反应温度150℃下，测得kP=5s-1,有效扩散系数DeA=0.2cm2/s。求：

（1） 当颗粒直径为0.1mm时，内扩散影响是否已消除？

（2） 欲保持催化剂内扩散有效因子为0.8，则颗粒直径应不大于多少？

(1) ??dP6kP0.0151??0.00833??DeA60.23 ? ??11?11?????0.8???tanh3?3?解：??试差，得 ?＝0.68(2) ????dP6kPd?PDeA655?dP?0.680.26

dP?0.816 cm

24. 一级不可逆气固催化反应A—>R，在不同反应条件下测得如下数据(外扩散阻力已排除)： dp(mm) CA(mol／m3) T(k) (—rA)(mol／LS，m3催化剂) 6 1 400 1 0．1 1 400 10

0．2 0．5 430 20(内扩阻力已排除) 试求：

(1)本征速率常数，本征反应活化能，

(2)粒径为6mm时的催化剂有效系数η, 在进料量为20 L/s，ρp=1200kg/m3，反应器出口转化率为80％时催化剂的装填量。

25．拟设计一固定床反应器，在350℃下等温进行一气固催化反应A(g)???3R(g)，可视为一级不可逆反应。纯A气体以Q0＝100m3/h的流量通过催化剂床层。此时外扩散阻力可忽略不计。已知催化剂为球形颗粒，直径为4mm，床层堆积密度?B为1300kg/m3,床层空隙率为0.4。

26. 一级气固催化反应A(g)???R(g)，在消除了内、外扩散阻力后，测得如下数据： CA(mol/L) (-RA)(mol/Lcat.s) T(℃) 300 1 0.1 350 1 2 现将这种催化剂装在固定床中进行等温反应(300℃)，可视为活塞流。在进料流量为3.6m3/h（此时外扩散可忽略不计）时，反应器出口转化率为80％。已知颗粒直径为5mm，球形，催化剂量为100kg，颗粒密度?P?1000kg/L，求：

（1）300℃时的内扩散有效因子η值

（2）若将反应温度提高到350℃，出口转化率仍为80％，求催化剂装填量。 解：

cat.cat.

?1?3000C时, kv?(-RA)0.1??0.1s-1CA1W/?PdxAxAf??0Q0CA0?kVCA0(1-xA)即： W/?P－ln(1-xAf)?Q0?kV100/1000－ln(1-0.80)?3.6/3600??0.1??0.16, 属于严重内扩散。?2?温度升高到3500C时，仍应为严重内扩散k'v?2?2s-11kv?'??'??'??kv0.1?0.222?kW'10.1?''v＝?＝0.2236W?kv0.222W'＝0.2236W?22.36 (kg)

?1?4000C时, kP(-RA)0.1???0.1s-1CA1W/?PdxAxAf??0Q0CA0?kPCA0(1-xA)即： W/?P－ln(1-xAf)?Q0?kP200/2000－ln(1-0.80)?3.6/3600??0.1??0.16, 属于严重内扩散。?2?温度升高到4500C时，仍应为严重内扩散k'P?2?2s-11kPk'P?0.1?0.222?'??'????kW'10.1?''P＝?＝0.2236W?kP0.222W'＝0.2236W?44.72 (kg)28. 一级气固催化反应A(g)???R(g)，实验测得如下数据：

cat.

dP(mm) CA(mol/L) (-RA)(mol/gcat·s) T(℃) 1 20 1 480 2 40 1 480 2 40 3 500 假设外扩散阻力可忽略不计，A在颗粒内的有效扩散系数DeA不随温度变化。求： 反应活化能。 解：

(?RA)??kWCAG由第一、二行数据可知，T相同，kw应相同。??1＝(?RA)1CAG2(?R＝1?40?2?dP2＝2＝?2?2A)2CAG11?20dP1?1?与?成反比, 说明属于严重内扩散。?T?480K时是严重内扩散，?T?500K时更是严重内扩散由二、三行数据可得：(?RA)2?2kw2?3kw2dP3kkw2(?R＝?＝P3kw2?dP3A)3?3kw3?2kw3dP2kp2kw3dP2kw312?k1w2?23?2??k??w3??kw21Aexp(-E/RT2)E11E11 k???exp(-(-))?exp(-(-))w39Aexp(-E/RT3)RT2T38.314480500E?219.2kJ/mol

29. 一级气固催化反应A(g)?cat?.?R(g)，在50atm下，测得如下数据：

CA(mol/L) (-RA)(mol/Lcat.s) T(℃) dP(mm) 1 20 667 粉末 1 1 625 粉末 1 1 667 6 已知催化剂为粉末状时已消除了内扩散的影响,催化剂密度为1000kg/m3。求： （1）反应的活化能

（2）为使dP＝6mm时也能消除内扩散阻力的影响，则应采用什么反应温度？ 解

：

?1?由前两行数据可见,同为粉末状的催化剂, 反应速度的改变是由于温度的变化所致。（－RA)1k1k0exp(-E/RT1)???20（－RA)2k2k0exp(-E/RT2)ln20?-E11(-)RT1T2E?247.09 (kJ/mol)?2?比较第一行与第三行数据，可知在相同的温度（667K）下，粉末状催化剂?＝1， 而dP?6mm催化剂，?＝（－RA)31??0.05k1CA120?111属于严重内扩散，此时?＝＝＝20?0.05?＝Rk667K3DeA0.003203DeA20?DeA?5?10-8 (m2/s)当dP为6mm , 而要消除内扩散影响时

31．某气固催化反应A(g)???R(g)，为一级不可逆反应，在绝热式固定床反应器（可视为活塞流）中进行，如图所示。已知催化剂为球形颗粒，直径为4mm，DEa为105cm2/s，

－

cat.以颗粒体积计的本征反应速率常数kP?3.0e?1000/T（s-1）。若在反应器中绝热温升?可作为常数，求转化率为20％处的催化剂有效因子η值。

解：

32．在实验室全混流反应器内装有10g粒径为1.5mm的催化剂，进料为纯A、1atm、336℃，进料速度为4mL／s，对于一级反应A???R，可达80％转化率。如欲设计一工业反应器，进料也为纯A，操作温度、压力、转化率均同上。如采用流化床反应器(假设气相为全混流)，则粒径采用lmm的催化剂，如采用固定床反应器(气相为活塞流)，则粒径用15mm的催化剂。为使催化剂用量最省，应采用何种反应器？已知催化剂颗粒密度为2000kg／m3，有效扩散系数DeA为3×10-6m2／s。

cat.

PA01??0.02mol/LRT0.08206?609实验室全混流反应器：CA0?W/?PxAf?Q0CA0?kPCA0(1-xAf)W/?PxAf?Q0?kP(1-xAf)解：

10/20.8?4?kP(1-0.80)

?kP?3.2 (s-1)?S?2?S?R2kP(0.75?10-3)?3.2????0.6-6DeA3?10?S?1, ??1kP?3.2 (s-1)流化床：气相按全混流，且dP?1mm，?＝1W/?PxAf?Q0kP(1-xAf)W0.83??2500 (kg.s/m)Q03.2/2000(1-0.8)固定床：dP?15mmkP3.2?0.0075?7.746-6DeA3?10(11311-)?(-)?0.337tanh?S?S7.746tanh7.7467.746dxA

?S＝R??WQ03?S??xAf0?kP/?P(1-xAf)??00.8dxA0.337(3.2/2000(1-xAf)?2985 (kg.s/m3)

所以，为使催化剂用量最省，应采用流化床反应器。

33．现有两种球形催化剂粒子，直径分别为0.2cm 和0.8cm，分别在等温的固定床反应管中进行测试，床层体积为150cm3,床层空隙率均为0.4,所用反应物流量均为3cm3/s,反应为一级不可逆。对直径为0.2cm的催化剂，达到的转化率为66％，而直径为0.8cm的催化剂，则转化率只能达30％。求这两种催化剂的内扩散有效系数各为多少？（外扩散阻力已消除。）

34．一级不可逆气固催化反应A→R，在不同反应条件下测得如下数据(外扩散阻力已排除)： dp(mm) CA(mol/m3) T(k) (-rA)(mol／l·S·m3催化剂) 6 1 400 1 0.1 1 400 10

0.2 0.5 430 20(内扩阻力2排除)

试求：(1)本征速率常数 (2)本征反应活化能，(3)粒径为6mm时的催化剂有效系数η

35.一级气固催化反应A→R，实验测得如下数据。 dP(mm) CAG(mol/m3) (-RA)(mol/gcat.s) T(K) 序号 1 1 20 1 480 2 2 40 1 480 3 2 40 3 500 求:反应活化能。(假定外扩散阻力已消除,DeA不随温度变化。)

36.在等温与外扩散阻力已消除的情况下，在某实验室催化反应器中测得dS为6mm的催化剂的一级不可逆反应的宏观反应速率常数为100s-1,已知有效扩散系数为2×10-5m2/s，试求直径为9mm时的催化剂的内扩散有效因子与宏观反应速率常数。

37.一级不可逆气固催化反应A一一>P在固定床中等温进行，催化剂为球形dp=6mm，DeA=10-8 m2/s，在消除外扩散阻力和CA=10 mol/m3时测得宏观反应速度(-rA)=1mol/s·m3催化剂，求 (1)该催化剂的m值

(2)在进料量为20 l／s，ρp =1.2 g/cm3，反应器出口转化率为80％时反应器催化剂装填量。

38.在0.5065MPa（即5atm）及50℃下，气体在高度湍流的气－固相催化反应器中操作，外扩散阻力可不计，反应为一级可逆反应，50℃时平衡转化率为85％，在该反应条件下，DeA为0.03cm2/s，催化剂的颗粒密度为1g/cm3, 不同颗粒大小时反应速率如下： dP/mm 3.175 6.35 9.525 -4-4(-RA)/(mol/gcat.s) 4.85×10 4.01×10 3.54×10-4 为减少固定床反应器压降,克服内扩散阻力,希望采用的最大颗粒直径为多少?

39．氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH3，20.8%N2，62.6%H2，7.08%Ar及5.89%CH4。该塔是在30MPa压力下操作，1N2?3H2?NH3。已知催化剂床层中某处的温度为22500℃，反应气体中氨含量为10%（mol），试计算该处的反应速率。在Fe催化剂上氨合成

反应速率式为：

r?k1pN2已知500℃时：

p1.5H2pNH3?k2pNH33kmol/m?h 1.5pH2k1?33kmol(MPa)?1.5/m3.h，k2?1.055?104kmol(MPa)0.5/m3.h。

解：求各组分的分压值：

1N?3H?NH

32222

?ipi0?pX?AA0Api?1?yA0?AXA?yi0?iyA0XA?Ayi? , pi?yiP1?yA0?AXAyA0131－（＋）22＝－2?20.87% ， ?A＝12yR0?yR??RyX?AA0A1?yA0?AXA1*0.2087*XA1?21?0.2087*(-2)*XA0.035?0.10?45.914XA?6.5XA?0.1416yA? ?yA0?yA0XA1?yA0?AXA0.2087(1-0.1416)1?0.2087*(-2)*0.1416 ?0.1904yH3yA0XA1?1?yA0?AXAyH0?0.626-3*0.2087*0.1416＝0.57161?0.2087*(-2)*0.1416

?各组分的摩尔分率及分压值为： NH3 10% pNH3=3MPa N2 19.04% pN2=5.712MPa H2 57.16% pH2=17.15MPa 反应速率为：

r?k1pN2.5p1H2pNH3?k2pNH3.5p1H217.151.534 ?33.0?5.718??1.055?10? 1.5317.15 ?4.023?103 kmol/m3?h