化学反应⼯程（1）1、幂函数型反应动⼒学⽅程和双曲函数型反应动⼒学⽅程⼀般各适⽤什么场合？各有什么特点与区别？答：上述两类动⼒学模型都具有很强的拟合实验数据的能⼒，都既可⽤于均相反应体系，也可⽤于⾮均相反应体系。
以均匀表⾯吸附理论为基础的L -H 型反应动⼒学⽅程称为双曲函数型动⼒学⽅程；以不均匀表⾯吸附理论为基础的反应动⼒学⽅程，且只有单组分吸附态时，可形成幂函数型，称为数型反应动⼒学⽅程。
幂函数反应动⼒学⽅程形式简单，参数数⽬少，通常也能够精确地拟合实验数据，所以在⾮均相反应过程开发和⼯业反应器设计得到⼴泛应⽤。
若反应产物对反应起到抑制作⽤，反应物的浓度将出现在反应动⼒学⽅程中，即)(幂级函数s S C r R C B C A C k A r βα=- )(1双曲函数型s SC r R C k B C A C k A r *+=-βα当反应开始时，反应产物浓度为0，r A 趋于⽆穷⼤，不符合事实。
⽽⽤双曲型函数修正，既可避免上述困难。
2、⽓固催化反应⼀般要经历哪⼏个步骤？其中具有化学变化特征的是哪⼏个步骤？答：⼀般要经历以下⼏个步骤：①反应物从⽓流主体扩散到催化剂颗粒表⾯；②反应物从催化剂颗粒外表⾯向催化剂孔道内部扩散；③在催化剂内部孔道所组成的内表⾯上进⾏催化反应；④产物从外表⾯扩散到内表⾯；⑤产物从外表⾯扩散到⽓流主体。
①⑤称为外扩散过程，②④称为内扩散过程，③为本征动⼒学⽅程，其中步骤三具有化学特征变化。
3、在什么样的情况下，反应原料的预混合相当重要的？答：当反应发⽣在两种或两种以上组分之间时，这些组分必须预先混合，提供不同组分互相接触的机会，反应能进⾏。
如在⽓固催化反应中，反应物⼀经接触就开始反应，必须采⽤有效地预混合措施以保证最佳的浓度和温度分布。
在均相反应的极快反应中，如对⼀些易燃易爆的组分预混合必不可少，否则物料在流动中容易形成爆炸死⾓。
第一章绪论习题1.1 解题思路:（1）可直接由式（1.7）求得其反应的选择性（2）设进入反应器的原料量为100 ，并利用进入原料气比例，求出反应器的进料组成(甲醇、空气、水)，如下表：组分摩尔分率摩尔数根据式（1.3）和式（1.5）可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数、和。
并根据反应的化学计量式求出水、氧及氮的摩尔数，即可计算出反应器出口气体的组成。
习题答案:(1) 反应选择性(2) 反应器出口气体组成：第二章反应动力学基础习题2.1 解题思路:利用反应时间与组分的浓度变化数据，先作出的关系曲线，用镜面法求得反应时间下的切线，即为水解速率，切线的斜率α。
再由求得水解速率。
习题答案:水解速率习题2.3 解题思路利用式（2.10）及式（2.27）可求得问题的解。
注意题中所给比表面的单位应换算成。
利用下列各式即可求得反应速率常数值。
习题答案:(1)反应体积为基准(2)反应相界面积为基准(3)分压表示物系组成(4)摩尔浓度表示物系组成习题2.9 解题思路:是个平行反应，反应物A的消耗速率为两反应速率之和，即利用式（2.6）积分就可求出反应时间。
习题答案:反应时间习题2.11 解题思路:（1）恒容过程，将反应式简化为：用下式描述其反应速率方程：设为理想气体，首先求出反应物A的初始浓度，然后再计算反应物A的消耗速率亚硝酸乙酯的分解速率即是反应物A的消耗速率，利用化学计量式即可求得乙醇的生成速率。
（2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，由式（2.49）可求得总摩尔数的变化。
这里反应物是纯A，故有：由式（2.52）可求得反应物A的瞬时浓度，进一步可求得反应物的消耗速率由化学计量关系求出乙醇的生成速率。
(2)理解间歇反应器的反应时间取决于反应状态，即反应物初始浓度、反应温度和转化率，与反应器的体积大小无关习题答案:(1)反应时间t=169.6min.(2)因间歇反应器的反应时间与反应器的体积无关,故反应时间仍为169.6min.习题3.5 解题思路:（1）因为B过量，与速率常数k 合并成，故速率式变为对于恒容过程，反应物A和产物C的速率式可用式（2.6）的形式表示。
(1)化学反应速率可以表为dtdC r A A ±=,前提是▁▁▁▁。
(2)固体催化剂的主要组成有▁▁▁▁▁▁，▁▁▁▁▁▁和▁▁▁▁▁▁(3)多孔性球形颗粒10克，半径1cm ，系由密度为4.0克／cm 3的材料制成。
则孔容积Vg=▁▁▁▁▁ ,孔隙率θ=▁▁▁ 假密度ρ=▁▁▁(4)气相反应A ＋3B →2C ，则δA = ▁▁▁ δΒ= ▁▁▁(5)F(0)= ▁▁▁,F(∞)＝▁▁▁，⎰∞=0)(dt t E ▁▁▁,(6)Thiele 模数φ的定义是▁▁▁▁▁内扩散效率因子ζ和φ的关系（φ大于5）是：▁▁▁▁▁▁(7)气固相催化反应器主要分为▁▁▁▁▁和▁▁▁▁两大类。
其中，如果根据气体流动方向，又可以分为▁▁▁▁▁和▁▁▁▁▁(8)一级不可逆反应，D L =1.5×10-9m 2/s ，k L =10-4m/s ，则关于反应速率常数k ，当▁▁▁▁▁时相当于快反应，当▁▁▁▁▁时属于慢反应。
(9)快速的气液反应是指▁▁▁▁的反应，这时反应区主要在▁▁▁▁，工业上可选用▁▁▁▁▁反应器；缓慢气液反应是指▁▁▁▁▁▁的反应，这时反应区主要在▁▁▁▁，工业上可选用▁▁▁▁▁▁反应器。
瞬间反应是指▁▁▁▁▁的反应，适用的反应器有▁▁▁▁▁▁▁。
(10)环流反应器是 ▁▁▁▁▁▁▁▁的一种。
根据环流的方式不同，可以分为▁▁▁▁▁和▁▁▁▁▁两种；根据环流的动力不同，可以分为▁▁▁▁▁和▁▁▁▁▁两种。
(11)空间速度是指▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁接触时间是指▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁(12)测定逗留时间分布的实验通常有▁▁▁▁法和▁▁▁▁▁法第一章 绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。
（化学反应的工程问题）2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。
（化学反应、工程问题）3. _______是化学反应工程的基础。
化学反应工程单选题1. 对于反应级数n ＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用_______。
（A ）（A ）平推流反应器 （B ）全混流反应器（C ）平推流串接全混流反应器 （D ）全混流串接平推流反应器2. 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。
（P13）（A ）mol/(g ﹒s) （B ）m 3/s （C ）mol/(m 2﹒s) （D ）mol/(m 3﹒s)4．反应 A B C →+，12.50 k s -=，则反应级数为_______。
（P 13）A ． 0 （B ）1 （C ）2 （D ）35. 反应NaOH + HClNaCl + H 2O ，已知mol s l k /1.0⋅=，则反应级数n=_______。
（P 13）（A ）0 （B ）1 （C ）2 （D ）36. 气相基元反应 B A →2，进料时反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，则膨胀率为_______。
（P58）（A ）-1 （B ）-0.25 （C ）0.25 （D ）0.57. 下面反应器中不属于理想反应器的是_______。
（P21）（A ）间歇反应器 （B ）全混流反应器 （C ）平推流反应器 （D ）膜反应器8. 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。
（B ）（A ）平推流反应器串联 （B ）全混流反应器串联（C ）平推流反应器并联 （D ）全混流反应器并联9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，0.01 /A A r C mol L s -=⋅，当C A0=1 mol/L 时，求反应至C A0=0.01 mol/L 所需时间t=_______秒。
（P43）（A ）400 （B ）460 （C ）500 （D ）56010. 在间歇反应器中进行等温二级反应A → B ，20.01 /A A r C mol L s -=⋅，当C A0=1 mol/L 时，求反应至C A0=0.01 mol/L 所需时间t=_______秒。
第一章气－固相催化反应本征动力学概论化工生产中大多数反应是过程，气-固相催化反应是重要反应之一。
本章讨论：1，2，连续过程中化学反应速率的有关问题；气-固相催化反应的化学动力学，即本征动力学。
第一节化学计量学1-1化学计量式化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成相互关系变化的数学表达式。
化学计量式是化学计量的基础。
化学计量式表示参加反应的各组分的娄量关系，等式左边的组分为反应物，等式右边的组分为产物，化学计量式的通式为：或或一般将反应物的化学计量取负值，产物的化学计量取正值。
如果反应系统中有m 个反应，则第j个反应的化学计量式的通式为或也可用矩阵表示为......1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子一．反应程度对于间歇反应中的单反应进行物料衡算按化学计量关系有R上式中的ξ称为化学反应程度。
注意上述表达式中各项的正负号。
（1-7）式也可表达为：为i组分已反应的量，所以，知道反应程度即可计算出所有反应物及产物已经反应（或生成）的量。
二、转化率反应物A的反应量与其初如量之比称为A的转化率:nA0nA0nA0工业反应过程中的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系，通常选择不过量的反应物计算转化率，这样的组分称为关键组分。
三、化学膨胀因子在恒温恒压的连续系统中发生反应对于液相反应，反应前后物料的体积流量变化不大，一般作为恒容过程。
对于气相反应，反应前后物料的体积流量变化较大。
定义每转化1mol的A时反应混合物增加或减少的量为化学膨胀因子，即：则有：由此，组分A的瞬时浓度可表示为：对于连续，则式中，大写字母表示摩尔流量，小写字母表示物质的量。
例1－1 计算下列反应的化学膨胀因子1. A+B→P+S2. A→P+S3. A+3B→2P解：1. δA=[(1+1)－(1+1)] / 1=02. δA=[(1+1)－1)] / 1=13. δA=[2－(1+3)] / 1=－21-4 多重反应的收率及选择率1，单一反应和多重反应单（一）反应：一组物定的反应物反应生成一组特定的产物。
（1） 简述活塞流模型和全混流模型的基本特征。
（2） 根据缩芯模型，描述S H 2和ZnO 反应的宏观步骤（3） 对于快速的一级不可逆的气液反应，写出其宏观反应速率的表达式（指明式中各参数的含义）。
（4） 对于一级不可逆的气固相催化反应，写出其宏观反应速率的表达式（指明式中各参数的含义）。
1.简述理想反应器的种类？答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。
所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。
2.简述分批式操作的完全混合反应器？答：反应物料一次性投入反应器内，在反应过程中，不再向器内投料，也不出料，待达到反应要求的转化率后，一次性出料，每批操作所需生产时间为反应时间与非生产性时间之和，非生产性时间包括加料、排料和物料加热、冷却等用于非反应的一切辅助时间。
4.对于可逆放热反应如何选择操作温度？答：1）对于放热反应，要使反应速率尽可能保持最大，必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度；2）这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高，净反应速率出现一极大值；3）而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。
1、幂函数型反应动力学方程和双曲函数型反应动力学方程一般各适用什么场合？各有什么特点与区别？答：上述两类动力学模型都具有很强的拟合实验数据的能力，都既可用于均相反应体系，也可用于非均相反应体系。
以均匀表面吸附理论为基础的L -H 型反应动力学方程称为双曲函数型动力学方程；以 不均匀表面吸附理论为基础的反应动力学方程，且只有单组分吸附态时，可形成幂函数型，称为数型反应动力学方程。
幂函数反应动力学方程形式简单，参数数目少，通常也能够精确地拟合实验数据，所 以在非均相反应过程开发和工业反应器设计得到广泛应用。
若反应产物对反应起到抑制作用，反应物的浓度将出现在反应动力学方程中，即)(幂级函数s S C r R C B C A C k A r βα=- )(1双曲函数型s SC r R C k B C A C k A r *+=-βα当反应开始时，反应产物浓度为0，r A 趋于无穷大，不符合事实。
而用双曲型函数修正，既可避免上述困难。
2、气固催化反应一般要经历哪几个步骤？其中具有化学变化特征的是哪几个步骤？答：一般要经历以下几个步骤：①反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒表面；②反应物从催化剂颗粒外表面向催化剂孔道内部扩散；③在催化剂内部孔道所组成的内表面上进行催化反应；④产物从外表面扩散到内表面；⑤产物从外表面扩散到气流主体。
①⑤称为外扩散过程，②④称为内扩散过程，③为本征动力学方程，其中步骤三具有化学特征变化。
3、在什么样的情况下，反应原料的预混合相当重要的？答：当反应发生在两种或两种以上组分之间时，这些组分必须预先混合，提供不同组分互相接触的机会，反应能进行。
如在气固催化反应中，反应物一经接触就开始反应，必须采用有效地预混合措施以保证最佳的浓度和温度分布。
在均相反应的极快反应中，如对一些易燃易爆的组分预混合必不可少，否则物料在流动中容易形成爆炸死角。
4、流动模型法的意义是什么？用流动模型模拟非理想流动反应器中流体流动状况的依据是什么？答：意义：化学反应器中流体流动状况影响反应速率和反应选择率，直接影响反应结果。
研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、设计和优化的基础。
流动模型是反应器中流体流动与返混的描述，尽管工业反应器多种多样，反应器中流动复杂，但就其返混情况而言可以从不同的流动模型来描述。
依据：连续反应器在定态下，反应物料的温度、浓度等操作参数不随时间而变，反应物料质点在反应器中的停留时间可能相同也可能不同，因此对连续反应器则可能存在返混问题，关联返混与停留时间分布关系。
5、什么是绝热温升？有什么应用意义？答：当化学反应物系中的A 全部转换时，物系升高或降低的度数ptA C Hr C ρλ)(0∆-= 由于连续操作的反应器中温度与物料流量无关，因此绝热温升可以作为衡量反应放热程度的指标，且绝热反应器设计计算常用绝热温升作为估算气温升的依据。
6、什么是反应器的热稳定性？反应器热稳定操作的两个必要条件是什么？ 答：如果一个反应器是在某一平衡状态下设计并进行操作，就传热而言，这个反应器处于热平衡状态，若平衡不被破坏，反应器内温度将不随时间而变化，处于定态。
但实际上各有关参数不可能严格保持定值，会有各种偶然的原因引起波动，这种波动常称为扰动。
这种扰动是自然波动。
若处于原平衡的反应器的反应温度会自动返回原来平衡状态，称该反应器是热稳定的。
热稳定性是反应器操作受到外来扰动后的自衡能力。
dTdq dT dq g r > g r Q Q = 7、催化吸附理论中理想吸附的四个基本假设是什么？答：均匀表面、单层吸附、无相互作用、吸附机理相同。
8、反应器有哪些基本类型？各有何特点？答：间歇釜式、连续管式、连续釜式。
按反应物料的相态分类可以分为①均相反应器；②非均相反应器。
按反应器的结构形式分类可以分为①釜式反应器，特点：适用性强，操作弹性大连续操作时温度、浓度易控制，但返混严重；②管式反应器，特点：返混小，所需反应器体积小，比传热面积大；③塔式反应器，特点：结构简单，压降大，返混小；④固定床反应器，特点：返混小，催化剂不易磨损；⑤流化床反应器，特点：返混大，传质传热好，催化剂有效系数大，但磨损大。
按操作方式分类可以分为①间歇操作反应器；②连续操作反应器；③半连续(半间歇)反应器9、实验室小试反应器与工业反应器的区别有哪些？什么是反应器的放大效应？ 答：利用小型设备进行华工过程实验得出的研究结果，在相同的操作条件下与大型生产装置得出的结果往往有很大差别，这些差别包括反应物的温度、浓度、物料停留时间分布不同而引起的，化工过程实验从小型设备放大到大型设备引起的这些差别的影响称为放大效应。
10、什么是催化剂的效率因子？效率因子一定小于1还是可以大于1吗？ 答：效率因子反应速率内扩散对过程有影响的反应速率内扩散对过程有影响的=η 放热反应中，颗粒(催化剂)内的温度高于外表面的温度，0)(>∆-=s effs eT D H C λβ为正值。
颗粒内温度增加对反应速率常数的影响超过颗粒内反应物浓度降低的影响时，内扩散有效因子1>η11、现在很多研究课题与有机催化合成有关，如果你面临这样一个课题，你会怎么展开这方面的研究？答： ①首先确定要研究的有机合成反应类型(如：酯催化加氢反应生成醇)。
③采用从文献中的方法制备具有催化作用的催化剂，尝试进行催化反应，并测量不同催化剂的活性。
④对有活性的催化剂进行改性，通过优化反应条件和操作方法筛选出催化反应活性最高的催化剂。
⑤对筛选出的催化反应活性最高的催化剂进行表征，并对催化机理进行深入研究。
12、什么是反应动力学？怎么样建立反应动力学方程？答：反应动力学是研究各种物理、化学因素(如温度、压力浓度反应体系中的介质、催化剂、流场、温度分度和停留时间分布)对反应速率的影响以及相应的反应机理和数学表达式等的化学反应工程的分支学科。
反应动力学的研究方法依靠经验进行研究，从机理进行研究①对于均相反应动力学，从机理进行研究因缺乏理论依据，不易进行下去②对于非均相反应动力学，以机理研究为主，以经验为辅，其研究过程大致如下以反应M L bB aA +−→−+为例 ①写出反应速率方程形式，以经验为主βαβαB A RT E B A T A C C ek C C k r c )/(0-==②βα,,,0c E k 的估算a 实验设计几实验测量；b 数据处理(如：多参数估计算法)③将研究结果用于等温情况下解决具体问题，最终应用于反应器的设计。
13、什么是反应工程的数学模型方法？怎么样进行模拟？答：14、化学反应工程的基本内涵有哪些？答：①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力、降低能耗、提高效能。
②开发新的技术和设备。
③指导和解决反应过程开发中的放大问题。
④实现反应过程的最优化。
⑤不断发展反应工程学的理论和方法。
15、什么样的反应动力学方程不宜外推？答：反应动力学实验研究结果通常从反应动力学模型的方式表达，按照对反应动力学规律认识程度的差异，反应动力学模型可分为三类：机理的动力学模型、半经验的动力学模型、经验的动力学模型。
其中经验的动力学模型提供的操作条件和反应结果之间的关系完全没有涉及反应过程的机理，所以只能内插使用不能外推。
而流体粒子在全混流反应器中的停留时间极度参差不齐，从零到无限大17、气固催化反应本征速率和宏观反应速率的区别是什么？各包含哪些步骤？答：宏观动力学与本征动力学的区别在于除了研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递过程对化学反应的交联作用及相互影响。
本征动力学是由反应物在催化剂内表面的活性位上的化学吸附、活性吸附态组分进行反应和产物的脱附三个串联的步骤组成。
18、催化剂颗粒的内表面利用率与哪些因素有关？答：催化剂颗粒的内表面利用率与催化剂的粒径和催化剂的孔隙率有关。
19、为什么一般釜式反应器的反应转化率比管式反应器的低？答：一般釜式反应器属于全混流反应器，反应器内各物料质点的停留时间并不相同，也就意味着反应器内存在一定程度的返混，而返混势必会对反应器内反应速率造成不利影响，从而使得反应器内转化率降低。
其返混较小，反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高，反应器内转化率也相应的较高。
20、工业上为了解决釜式反应器转化率低的措施是什么？答：多个全混流反应器串联类似于一个平推流反应器，其优点是可以解决平推流反应器反应温度不易于控制特点，同时可以解决全混流反应器转化率低的特点。
其优点是：①反应温度易于控制；②转化率增大。
21、反应器的停留时间分布与反应器的流动模型之间有什么联系？答：流动模型是连续流动反应器中流体流经反应器的流动和返混的模型，一定的流动模型描述了反应器内一定的返混程度，一定的返混必然会造成确定的停留时间分布，但是同样的停留时间分布可以是不同的返混所造成，所以停留时间与返混之间不一定存在对应的关系。
从而选择一个较为切合实际的合理简化的流动模型，并用数学模型方法关联返混与停留时间分布的定量关系，然后通过停留时间分布的实验测定来检验模型并确定所引入的模型参数，最后结合反应动力学计算反应结果。
其目的在于可以对反应器内的流动状况做出定性判断，以确定是否符合工艺要求或提出相应的改善方案，从而达到对反应过程进行定量设计计算的目的。
23、机理反应动力学方程和经验反应动力学方程有何区别？答：机理反应动力学研究是根据测定的动力学数据与物理化学的观摩研究，例如光谱研究和同位素研究等。
来确定完成整个反应过程一系列简单步骤，将机理动力学模型和描述反应器中各种物理传递过程的模型相结合，可以外推到较宽范围去模拟、预测反应器的行为。
经验动力学：根据对和工业反应器结构相似的模拟反应器(或中式反应器)中进行的反应条件对反应结果影响的研究，将所得结果用简单的代数方程(或多项式)或图表表达，可直接用于反应器的放大设计，只能内插使用，不宜进行外推。