冶金反应工程学习题.docx
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冶金反应工程学习题
冶金反应工程学习题
第一章绪论
客观题部分
1.判断题冶金反应工程学的研究对象是:
a）冶金化学反应b）冶金反应器c）冶金反应器及器内的化学反应。
2.判断题冶金反应工程学是为了:
a）弄清冶金化学反应机理b）弄清冶金化学反应步骤
c）解决化学理论问题d）解决工程实际问题。
3.单选择题冶金反应工程学的研究目的是:
a）研究化学反应能否进行b）研究化学反应的速度如何
c）研究反应器内的化学反应进程如何d）研究反应器的总速度和总效率问题。
4.判断题冶金反应工程学的主要研究方法是:
a）对反应器进行过程解析b）对反应器进行结构解析
c）对反应器进行改造d）对反应器进行组合。
5.判断题冶金反应的特点有:
a）规模大、产量高b）能耗高、污染严重
c）温度高、气固液多相并存d）反应物、生成物复杂。
6.单选择题冶金反应工程学的动力学是:
a）化学动力学b）微观动力学c）宏观动力学d）气体动力学。
7.判断题1）宏观动力学是传统物理化学中的化学动力学，它是在分子碰撞理
论和由量子力学、统计力学导出的绝对反应速度理论基础上，研究纯化学反
应的微观机理、步骤和速度的学科。
2）宏观动力学是考虑了热量、动量和质
量传递过程，并把决定上述各传递过程速度的操作条件与反应进行速度之间
的关系，用数学公式联系起来，它不追究化学反应本身的微观机理。
仅给出
一个综合反应速度来描述过程的进行。
8.判断题所谓传递（或称传输）是指:
1）电力的输送2）热量的传递3）电
磁波信号的传递4）动量、热量和质量的传递。
9.判断题“传递现象”是指1）流体力学、传热学和传质学三门各自独立的学
科体系，相互之间没有联系。
2）动量、热量和质量的传递，是一门研究三类
物理量传输的速率过程及其相互联系的科学。
10.选择题冶金反应装置中的流体流动和混合情况、温度和浓度分布情况如何
1）都直接影响反应过程，2）与反应过程无关。
最终离开反应装置的物料组成则
3）完全由构成该物料的诸微元在装置内的停留时间和所经历的温度和浓度的
变化决定4）仅与化学反应微观机理有关。
11.判断题冶金反应工程学研究的重要基础是:
1）物理学2）物理化学3）宏观动力学4）化学。
主观题部分
1.冶金反应工程学是怎样一个学科,
2.冶金反应有什么特点,均相化学反应速度与多相反应速度有何区别,3.微观动力学与宏观动力学有何区别,
4.以粗钢生产为例，简述何谓过程系统、分系统、亚分系统,5.简述反应装置的的三种放大方法及适用范围，何谓“放大效应”,6.何谓“数学模型法”,它大致可分为几个步骤,
7.举例说明何谓数学模型,
8.冶金反应工程研究中的数学模型一般都包括哪几种,
9.冶金反应装置如何分类,
【答案】
客观题
1、答案c）、2、（答案d）、3、答案d）、4、答案a）、5、（答案c）、6、答案c）、7、答案2）、8、答案4）
9、答案2）、10、答案1）、3）、11、答案3）
二章宏观动力学基础
客观题部分
1.判断题对于反应而言，1）微观动力学研究它的反应机理，即研aA，bB,cC，dD
究A与B经过哪些步骤得到产物C和D，哪一步是限制步骤，求得反应速度常数k和
反应级数n，最后考虑温度的影响，求出反应的活化能E，给出反应速度表达式。
2）微
观动力学研究反应物A和B如何达到反应区，产物C和D又怎样离开反应区，以及反
应热的传递和反应区中温度分布对反应本身的影响。
而言，1）微观动力学在理论上是基于液体理论2.判断题对于反应aA，bB,cC，dD
和固体理论，运用气体分子运动的碰撞理论和由统计力学、量子力学得到的绝对反应速
度理论，研究化学反应机理，预测反应速度。
2）微观动力学研究化学反应速度和物质
传递与反应热传递速度及它们之间相互关系。
3.判断题1）冶金宏观动力学把化学反应和与其相关的物质传递及能量传递结合起来研
究，给出包括反应速度和物质传递速度的体系综合速度的数学表达式，并与表征反应器
内流动、混合和质量与能量传递的数学模型表达式相关联，去求解反应器的主要性能指
标和反应操作的最佳条件2）冶金宏观动力学是基于液体理论和固体理论，运用气体分
子运动的碰撞理论和由统计力学、量子力学得到的绝对反应速度理论，它只研究化学反
应机理，预测反应速度。
不研究反应物如何达到反应区，产物怎样离开反应区，以及反
应热的传递和反应区中温度分布对反应本身的影响。
4.判断题1）冶金宏观动力学是以化学动力学为基础，接受它的全部理论成果。
如对化学
反应机理研究，化学反应级数，反应速度常数，反应活化能等，都是冶金宏观动力学必
要的重要参数。
把化学反应的研究置于反应器的环境中，强调反应过程与物质和能量传
递过程的相互联系，并用数学语言来描述，着眼于数学模型的真实、简单和实用，是冶
金宏观动力学的特征。
2）冶金宏观动力学是基于液体理论和固体理论，运用气体分子
运动的碰撞理论和由统计力学、量子力学得到的绝对反应速度理论，它只研究化学反应
机理，预测反应速度。
不研究反应物如何达到反应区，产物怎样离开反应区，以及反应
热的传递和反应区中温度分布对反应本身的影响。
5.选择题在一定温度下，化学反应，按反应物A与B的aA，bB,qQ，sS
dNdNdNQSBrrr消耗速度定义的反应速度为1）2）3）4）,,,,,SQBdtdtdt
dNAr。
,Adt
6.选择题在一定温度下，化学反应，按产物Q与S的生成aA，bB,qQ，sS
dNdNdNQBArrr速度定义的反应速度为1）2）3）4）,,,,,AQBdtdtdt
dNS。
r,,Sdt
7.判断题在一定温度下，化学反应，的化学计量关系式为:
aA，bB,qQ，sS
dNdNdNdN1111QSAB，式中，，和1）是反应方程式中各as,,,,,,,bqadtbdtqdtsdt
组分的化学计量系数2）分别表示四种物质的量3）分别表示这四种物质的反应速度。
8.判断题在一定温度下，化学反应，的化学计量关系式为:
aA，bB,qQ，sS
dNdNdNdN1111QSAB，式中，，，1）分别表示四NNN,,,,,,,NSABQadtbdtqdtsdt
种物质的量2）分别表示这四种物质的反应速度3）是反应方程式中各组分的化学计量系数。
dN1j9.判断题以下各式中按固体单位质量计的反应速度为:
1）、2）r,jvVdtj
dNdNdCNdX111jjjj0j,,,、3）、4）、5）。
rrrr,,,,,jjjjvWdtvSdtvdtvVdtjjjj
dN1j10.判断题以下各式中按单位流体体积计的反应速度为:
1）、2）r,jvVdtj
dNdNdCNdX111jjjj0j,,,、3）、4）、5）。
rrrr,,,,,jjjjvWdtvSdtvdtvVdtjjjj
dNdN11jj,11.判断题以下各式中按转化率计的反应速度为:
1）、2）、rr,,jjvVdtvWdtjj
dCdNNdX11jjj0j,,3）、4）、5）。
rrr,,,,jjjvSdtvdtvVdtjjj
dN1j12.判断题以下各式中按单位相界面积计的反应速度是:
1）、2）r,jvVdtj
dNdNdCNdX111jjjj0j,,,、3）、4）、5）。
rrrr,,,,,jjjjvWdtvSdtvdtvVdtjjjj
NaA013.判断题在一定温度下，化学反应，且有，aA，bB,qQ，sSX,XABbNB0式中，X和X分别为:
1）反应方程式中各组分的化学计量系数2）分别表示四种物质AB
的量3）分别表示这四种物质的反应速度4）反应物A和B的转化率。
14.判断题基元反应是1）需要经过两步以上的简单反应才能完成的复杂反应2）只需一步就能完成的简单反应。
15.判断题对于化学反应
aA，bB，？
qQ，sS，？
根据质量作用定律，在一定温度压力下，其反应速度为
ab，该反应的反应级数可表示为:
1）、2）a+b、3）axbr,kCC？
a，b，？
nAB
16.判断题1）反应级数不能为零、2）反应级数不能为负、3）反应级数只能为整数、4）反应级是实际上参与反应的分子个数、5）反应级数可以是可以是分数，甚至是负数。
17.判断题对于给定的化学反应，反应速度1）只与反应速度常数有关、2）只与反应物浓度有关、3）只与反应体系温度有关、4）与反应速度常数和反应物浓度有关。
18.判断题对于反应器中的化学反应，反应速度1）仅与反应体系的温度、压力和组成，以及有无催化剂的存在这些因素有关，与其他因素无关、2）不仅与反应体系的温度、压力和组成，以及有无催化剂的存在这些因素有关，还与各种物理传递过程有关的体系参数（如流动条件，混合程度，质量和热量传递参数等）有关。
19.判断题某反应物A在反应前的初始浓度为1.0mol/L，反应结束后变为0.2mol/L，则反应物A的转换率为:
1）20%、2）50%、3）80%、4）75%。
20.判断题反应动力学参数是指:
1）反应结束后的反应物浓度、2）反应结束后的反应体系温度、3）反应速度常数和反应级数、4）反应物的转化率。
主观题部分
1.以反应为例，说明化学（微观）动力学与宏观动力学各自aA，bB,cC，dD
的研究对象及任务。
2.反应速度是如何定义的,导出常见的几种定义形式
3.何谓反应的物料转化率,对于反应，分别导出反应物A、aA，bB,qQ，sS
B的转化率表达式及二者之间的关系式。
4.何谓反应级数,它是如何定义的,
5.根据质量作用定律和阿雷尼乌斯公式，分析影响反应速度的因素有哪些,
6.动力学实验反应器有何用途,它有哪些分类,
7.何谓反应动力学模型,对于一级反应A?
Q，和多级反应A+B?
Q如何通过动力学实验数据建立反应动力学模型,
8.常见的动力学实验数据处理方法有哪几种，处理的目的如何,
9.简述积分法、微分法、半衰期法、时间比法处理动力学实验数据的原理及步骤。
10.液体A按一级反应在间歇反应器分解，5分钟A转化50%，若A转化90%需要多少时间,
11.某液相反应物按1/2级反应转化，10分钟有75%转化为产物，15分钟时有多少反应物转化为产物,完全转化需要多少时间,
12.在间歇反应器中，初始浓度为1mol/L的某反应物8分钟转化了80%，18分钟转化了90%，写出该反应的速度方程式。
13.根据以下反应及实验数据，求该反应的反应级数。
反应:
2H2+2NO?
N2+2H2O
总压力kPa26.732.037.342.743.5
半衰期s26518611510467客观题
1、答案1）、2、答案1）、3、答案1）、4、答案1）、5、答案2）、4）、6、答案1）、4）、7、答案1）、8、答案1）9、答案2）、10、答案1）、11、答案5）、12、答案3）、13、答案4）、14、答案2）、15、答案1）、16、答案5）、17、答案4）、18、答案2）、19、答案3）、20、答案3）、
主观题
1、参考答案要点:
参见冶金宏观动力学概论（序言）、
2、参考答案要点:
参见2.1.1反应速度小节。
、
3、参考答案要点:
参见2.1.1小节。
、
4、参考答案要点:
参见2.1.2小节。
、
5、参考答案要点:
参见2.1.3小节。
、
6、参考答案要点:
参见2.2.1小节。
、
7、参考答案要点:
参见2.2.2小节。
、
8、参考答案要点:
参见2.3小节。
、
9、参考答案要点:
参见2.3、2.4、2.5小节。
、
10、参考答案要点:
参见2.2.2小节。
11、参考答案要点:
参见2.2、2.3、2.4、2.5小节。
、
12、参考答案要点:
参见2.2、2.3、2.4、2.5小节。
、
13、参考答案要点:
参见2.2、2.3、2.4、2.5小节。
第五章理想反应器
客观题部分
1.选择题反应器中进行的过程可分解为化学过程和包括流动、传质、传热在内的传递过
程，其中1）化学过程的化学反应规律只与设备条件有关，与反应条件无关、2）流动、
传质、传热等传递过程对化学反应速度无影响、3）化学反应规律与设备大小无关、4）
传递过程伴随化学反应发生，虽然它并不改变化学反应的规律，但能影响反应场所的条
）传递规律可随设备而变，与所进行的化学反应类别件，从而影响最终的反应结果。
5
并无直接关系。
2.判断题在有物料流动的冶金反应器中，1）传质和传热现象独立发生，与流动现象无关、
2）传质现象与流动现象相关，但传热现象与流动现象无关、3）流动在传递现象中起决
定性作用，流动现象必然伴生传热和传质现象。
3.选择题间歇反应器，亦称间歇式全混槽（釜），间歇搅拌槽（釜）等，其基本特征是:
1）其中的化学变化仅与热变化有关，2）其中的化学变化和热变化仅与时间有关，3）
反应器内物料的浓度和温度是位置的函数，与时间无关，4）反应器内物料的浓度和温
度是时间的函数，与位置无关。
4.判断题1）间歇反应器内物料的浓度和温度时时处处均相同、2）间歇反应器内物料的
浓度时时处处均相同，温度不同、3）间歇反应器内物料的温度时时处处均相同，浓度
不同、4）同一时刻，间歇反应器内物料的浓度和温度处处相同。
5.判断题1）不同时刻，间歇反应器内物料的浓度和温度不同，2）不同时刻，间歇反应
器内物料的浓度相同，温度不同，3）不同时刻，间歇反应器内物料的浓度和温度完全
相同。
6.判断题活塞流反应器亦称理想管式反应器，平推流反应器，理想置换反应器。
活塞流
反应器器内物料浓度1）沿流动方向（轴向）是均匀的，2）沿径向是均匀的，仅沿流动
方向（轴向）有变化，3）不仅沿流动方向（轴向）有变化，沿径向也有变化，4）不论
沿轴向还是沿径向均无变化。
7.判断题当物料的流量一定时，活塞流反应器器内物料浓度1）仅与管径有关，与管长无
关，2）仅与管长有关，与管径无关，3）与管长和管径都有关4）与管长和管径都无关。
8.判断题等温气相反应，如果反应开始时只有反应物J，则膨胀率为:
1）50%、J,2P,j
2）100%、3）200%
9.判断题等温气相反应，如果反应开始时有反应物J和惰性气体各1/2，则膨胀J,2P
为:
1）50%、2）100%、3）200%率,j
10.判断题活塞流反应器器内发生恒容反应，此时，物料在反应器中的真实停留时间和空t
时1）数值上不相等、2）数值上相等。
11.判断题活塞流反应器器内发生变容反应，此时，物料在反应器中的真实停留时间和空t
时1）数值上不相等、2）数值上相等。
12.判断题全混流反应器也有多种名称，如连续搅拌槽式反应器（CSTR），连续流动搅拌
釜反应器（CFSTR），理想混合反应器，返混反应器等。
其基本特征是:
1）器内物料的
浓度和温度时时处处均相同、2）器内物料的浓度时时处处均相同，温度不同、3）器内
物料的温度时时处处均相同，浓度不同、4）不同时刻，器内物料的浓度和温度各不相
同。
13.判断题1）不同时刻，全混流反应器器内物料的浓度和温度不同，2）不同时刻，全混
流反应器器内物料的浓度相同，温度不同，3）不同时刻，全混流反应器器内物料的浓
度和温度完全相同。
14.判断题图5-7分别为三种理想反应器的反应物浓度、转化率及反应速度曲线，其中1）
图（a）为活塞流反应器的浓度、转化率、反应速度的变化图、2）图（b）为活塞流反
应器的浓度、转化率、反应速度的变化图2）图（c）为活塞流反应器的浓度、转化率、
反应速度的变化图。
15.判断题图5-7分别为三种理想反应器的反应物浓度、转化率及反应速度曲线，其中1）
图（a）为全混流反应器的浓度、转化率、反应速度的变化图、2）图（b）为全混流反
应器的浓度、转化率、反应速度的变化图3）图（c）为全混流反应器的浓度、转化率、
反应速度的变化图。
C1j0
（a）
00ttt
1Cj0
（b）
00ll
Cj0
（c）
0V0VV
图5-7不同型式反应器中浓度、转化率、反应速度的变化图
主观题部分
1.何谓均相反应器,均相反应器分那几类,
2.理想反应器有哪几种,其假定条件各是什么,
3.BCMT是什么反应器,导出BCMT的基础设计方程。
4.用间歇反应器进行等温定容反应，已知反应动力学方程式为
2,，，。
求转化率kmol（L,min）k,1.97L（Kmol,min）C,0.005kmolLr,kCA0AA
分别为、0.8、0.9时，所需要的反应时间,若日处理量为20.4kmolA，x,0.6A
转化率为80,，每批操作的非生产时间为1.5h，计算反应器体积为多少,设反应器装料系数为0.80。
5.导出BCMT的热平衡计算方程，并说明何谓最大绝热温变,
6.有等容下的液相反应，在间歇反应器内进行。
已知A，B,P
32，，，N=N=2.5kmol，V,1m，?
，,,H,11800kJkmolU,1836kJm,h,A0B0
在70?
的恒温条件下进行反应，经过1.5h后，转化率达到90,，若加热介质的最高温度为?
，为达到75,的转化率，传热表面应如何配置,T,200m
7.CPFR是什么反应器,分别导出CPFR在恒容和变容条件下的基础设计方程。
，，8.假定物系体积V随转化率X的变化为线性关系，即V,V1，,X0jj给出膨胀率的定义。
9.等温气相反应，设1）反应开始时只有反应物J，2）开始时，除反应J,2P
物J以外还有50,的惰性气体，计算反应物全部转化后系统的膨胀率各为多少。
10.何谓反应器的空间时间（空时）,若均相气体反应在215?
和507KPa下，按照的反应在一活塞流反应器中进行，已知在此条件下的动力学方程为A,3P
212当进料含50,惰性气体时，分别用解析解法、图解，，mol/L,sr,10CAA
法、及数值解法计算:
转化率为80,时所需要的空时。
11.导出CPFR的热平衡计算方程，并讨论等温和绝热两种情况下的特点，说明何谓绝热温升,
12.CCMT是什么反应器,分别导出CCMT的基础设计方程。
13.简述CCMT中，物料停留时间有何特点,平均停留时间的含义如何,
14.用全混流反应器进行等温定容反应，已知反应动力学方程式为
2,，，。
求转化率kmol（L,min）k,1.97L（Kmol,min）C,0.005kmolLr,kCA0AA
为时，反应器体积为多少,x,0.6A
15.下式为全混流反应器的热平衡计算方程，说明该式的用途、多项式中每
T,,个单项及符号的含义。
，，，，,FcdT，r,,HV,UAT,T,0,,,ivijmT,0T0,,
16.在全混流反应器中进行一级不可逆反应:
A,B-1反应器内维持在163?
操作，此时反应速度常数k,0.8h。
已知下列数据:
A和B的定容比热均为2.09kJ/（kg?
k），A和B的密度均为0.9kg/L;反
3应热，，，C=3.6kmol/m，A的反应率为0.97，进料速度,,H,86800J/molA0
为133.7kg/h，进料温度为20?
。
求反应器体积和传热量各为多少,
17.以C,t，X,t和r,t作图，讨论BCMT、CPFR、CCMT三种理想jjj
反应器各自的性能、特点，区别和联系。
18.试证明，化学反应、反应条件及处理量相同时，使用全混流反应器比使用活塞流反应器需要更大的反应器容积。
19.比较三种理想反应器的生产能力，讨论如何根据各种条件选择合适的反应器,
k20.恒容单分子一级不可逆反应，其反应速度为A,,,R
dCA，初始时反应物浓度为C，A转化50%时，用时5分钟，,kCA0Adt
求该反应速度表达式。
等温恒容
21.间歇式反应器中进行的等温恒容一级反应，其动力学方程为:
ra=0.02CA/min，当反应物初始浓度1）0.1mol/L、2）0.5mol/L时，求1）反应
30min后A的浓度各为多少,转化率为多少,2）当CA=0.001mol/L时，需要多少反应时间,
22.间歇式反应器中进行的等温恒容二级反应，其动力学方程为:
ra=18.5CA?
2/L.min，当反应物初始浓度1）0.5mol/L、2）2mol/L时，求1）初始反应速度，2）转化率达到50%时，需要多少反应时间,3）当CA=0.005mol/L时，需要多少反应时间,
23.在一个有效容积为2.5立方米的BCMT中，进行等温恒容液相反应A+B=Pr/kmol.s、CA0=CB0=4kmol/m?
3，反应物转化率80%，a=kCACB、k=0.00278m?
3
A的处理量为0.684kmol/min。
当反应物转化率和A的处理量不变时，求:
1）若在管径为0.125m的CPFR中进行反应，所需管长为多少,2）若在CCMT中进行反应,所需反应器有效容积为多少,
【答案】
客观题
1、答案4）、5）、2、答案3）、3、答案2）、4）。
、4、答案4）。
、5、答案1）、6、答案2）、7、答案2）、8、答案2）、9、答案1）、10、答案2）、11、答案1）、12、答案1）。
、13、答案3）14、答案2）、15、答案3）、
主观题
1、参考答案要点:
参见5.1小节。
2、参考答案要点:
参见5.1小节。
3、参考答案要点:
参见5.2小节。
4、参考答案要点:
参见5.2小节。
5、参考答案要点:
参见5.2小节。
6、参考答案要点:
参见5.2小节。
7、参考答案要点:
参见5.3小节。
8、参考答案要点:
参见5.3小节。
9、参考答案要点:
参见5.3小节。
10、参考答案要点:
参见5.3小节。
11、参考答案要点:
参见5.3小节。
12、参考答案要点:
参见5.4小节。
13、参考答案要点:
参见5.4小节。
14、参考答案要点:
参见5.4小节。
15、参考答案要点:
参见5.4小节。
16、参考答案要点:
参见5.4小节。
17、参考答案要点:
参见5.5小节。
18、参考答案要点:
参见5.5小节。
19、参考答案要点:
参见5.5小节。
20、参考答案要点:
参见5.1、5.2、5.3、5.4小节。
21、参考答案要点:
参见5.1、5.2、5.3、5.4小节。
22、参考答案要点:
参见5.1、5.2、5.3、5.4小节。
23、参考答案要点:
参见5.1、5.2、5.3、5.4小节。
第六章非理想流动
客观题部分
1.判断题在实际工业反应器中，物料的流动与理想流动模型往往都有程度不同的偏离，
这种流动属于非理想流动。
1）造成与活塞流偏离的情况有:
涡流和湍动引起的轴向混
合，层流引起的径向流速不均，填充不均匀引起的短路和沟流，此外也可能存在死角等。
2）造成与活塞流偏离的情况有:
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