化学反应工程填空题、简答题目

三传一反：质量传递、热量传递、动量传递，反应动力学化学反应工程是一门专门研究化学反应的工程问题的学科，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为其对象反应器的形式，不外乎管式、釜式、塔式、固定床、流化床，操作方式不外乎分批式、连续式、半连续式在化学反应工程中，数学模型主要包括：动力学模型、物料衡算式、热量衡算式、动量恒算式、参数计算式。在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量恒算式的一般式为：积累量=输入量-输出量均相反应是指：在均一的液相或气相中进行的反应均相反应的速率取决于物料的浓度和温度多相反应过程是指同时存在两个或更多相态的反应系统所进行的反应过程非理想流动：凡是流动状况偏离平推流和全混流这两种理想情况的流动，统称为非理想流动理想混合反应器是指：理想混合反应器、平推流反应器视催化剂的运动情况可分为固定床、流化床等装置催化剂的中毒：均匀中毒、壳层中毒催化剂的制备方法：混合法、浸渍法、共凝胶法、喷涂法、溶蚀法、热熔法气固相催化反应，要测定真实的反应速率，首先要排除内扩散和外扩散的影响化学反应速率是指单位反应体系内反应速率和时间的变化率如果反应物分子在碰撞中一步直接转化为生成物分子，则该反应为基元反应几个基元反应才能转化为生成物分子的反应，则称为非基元反应反应级数在一定温度范围内保持不变，它的绝对值不会超过3，可以是分数、负数、0反应级数（n）的大小反映了该物料浓度对反应速率影响的程度，n越高，该物料浓度对反应速率的影响越显著，n=0，在动力学方程中该物料的浓度项就不出现，说明该物料浓度的变化对反应速率没有影响，如果n为负值，说明该物料浓度的增加的反而抑制了反应，使反应速率下降。非均相催化反应过程的三个控制步骤分别是外扩散过程、内扩散过程、化学动力学过程催化剂失活的类型和原因大致可分为物理中毒、化学中毒、结构变化孔径较大时，分子的扩散阻力是由于分子间的碰撞所致，这种扩散就是分子扩散或容积扩散，当微孔的孔径小于分子的自由程（约0.1ηm）时，分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞，从而前者成了扩散阻力的主要因素，这种扩散成为克努森扩散，当分子扩散和克努森扩散同时存在时，为综合扩散停留时间不同的流体颗粒之间的混合，通常称为返混平推流（PFR）：反应物料以一致的方向向前移动，在整个截面上各处的流速完全相等特点：所有物料颗粒在反应器中的停留时间是相同的，不存在返混全混流（CSTR）：刚进入反应器的新鲜物料与已存留在反应器中的物料能达到瞬间的完全混合，以致在整个反应器内各处物料的浓度和温度完全相同，且等于反应器出口处物料的浓度和温度。特点：返混达到了最大限度西勒模数（内扩散模数）：反映反应速度和扩散速度对过程影响程度的参数。比表面积（BET）：单位质量催化剂所具有的表面积膨胀率：当反应物A全部转化后系统体积的变化分率工业催化剂所具备的三个主要条件是：活性好、选择性高、寿命长发生在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为简单混合，发生在停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混催化剂的组成中，其核心部分是活性组分，常常兼做稳定剂和分散剂的是催化剂的载体σ2为随机变量θ的方差，对于全混流，σ2=1，对于平推流σ2=σt2=0，对于一般实际流况0≤σ2≤1BET式只适用于物理吸附，焦姆金式只适用于化学吸附，朗缪尔式和费罗因德利希式则对两者都可应用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助催化剂：又称促进剂，本身催化活性很小，但添加极少量于催化剂中，却能显著的改善催化剂的效能循环比β可自零至无限大，当循环比β=0，平推流管式反应器，当β=∞，全混流釜式反应器。简述非均相催化反应的七个步骤：反应物从气流主体扩散到催化剂的外表面（外扩散过程）反应物进一步向催化剂的微孔内扩散进去（内扩散过程）反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程）吸附的反应物转化成反应的生成物（表面反应过程）反正的生成物从催化剂表面上脱附下来（脱附过程）脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程）生成物分子从催化剂外表面处扩散到主流气流中被带走（外扩散过程）简述工业上处理催化剂失活问题的基本方法：改进催化器采用“中期活性”或安全系数设计反应器严格控制操作条件，充分净化原料气严格控制操作温度必要的恢复活性处理优化操作以弥补失活造成的生产能力下降简述朗格缪尔（Langmuir）模型假设吸附过程需要满足的条件均匀表面（或称理想表面），及催化剂表面各处的吸附能力是均一的，或者说是能量均匀的表面。单分子吸附层，因为在化学吸附时，被吸附的分子与固体催化剂表面间存在有类似于化学键的结合，所以催化剂表面最多能吸附这样的一层。被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子的吸附。吸附的机理均相同，吸附形成的络合物亦均相同。简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间的概念及三者之间的关系空时：进入反应器的物料通过反应器体积所需的时间（反应器容积/进料的体积流量）空速：单位时间内进入反应器的物料体积相当于几个反应器的容积（1/空时）反应时间（t）：从反应物料加入反应器后实际进行反应时算起至反应进行到某一时刻所需的时间。停留时间：指从反应物料进入反应器时算起至离开反应器时为止所经历的时间。停留时间分布：对于不是平推流的连续操作的反应器，由于同时进入反应器的物料颗粒在反应器中的停留时间有长有短，因而形成一个分布，称作停留时间分布。一般用“平均停留时间”来表述。在间歇反应器和平推流管式反应器中停留时间和反应时间都是相同的，停留时间和反应时间也是相一致的，恒容时的空时等于体积流速之比，这时三者相等。固定床反应器的概念及其优缺点固定床反应器的概念：凡是流体通过固定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。优点：固定床中催化剂不易磨损而可长期使用/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，它的反应速率较快，可用较少量的催化剂和较小的反应容积来获得较大的生产能力/停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，有利于提高选择性和转化率缺点：固定床传热较差/催化剂的更换必须停产进行流化床反应器的概念：原料气以一定的流动速度使催化剂呈悬浮湍动，并在催化剂作用下进行化学反应的设备优点：传热效能高，而且床内温度易于维持均匀/大量固体颗粒可方便地往来输送/由于颗粒细，可以消除内扩散阻力，能充分地发挥催化剂的效能。缺点：气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层，气固两相接触不够有效/颗粒运动基本上是全混式，因此停留时间不一/颗粒的磨损和带出造成催化剂的损失。简述固定床层空隙率对流体流速的影响。简述沿壁效应以及减少沿壁效应的措施空隙率的分布将直接影响流体流速的分布。由于床层孔隙率不均匀，引起流速不同，使流体与颗粒间传热、传质行为不同，流体的停留时间不同，最终会影响到化学反应的结果。沿壁效应：这种由于沿壁处空隙率不同而带来的对过程的影响成为沿壁效应，为减少沿壁效应，要求床层的直径至少为粒径的8倍。简述双曲线型本征动力学方程所依托模型的基本假设条件在吸附-反应-脱附三个步骤中必然存在一个控制步骤，该控制步骤的速率便是本征反应速率除了控制步骤外，其他步骤均处于平衡状态吸附和脱附过程属于理想过程，即吸附和脱附过程可用朗格缪尔吸附模型加以描述简述催化剂载体的作用，并举出至少两种催化剂载体提供有效的表面积和适合的孔结构使催化剂获得一定的机械强度提高催化剂的热稳定性提供活性中心与活性组分作用形成新的化合物节省活性组分用量催化剂载体：活性炭、硅胶、膨润土、氧化铝、分子筛等简述建立非理想流动的流动模型的步骤通过冷态模型试验测定实验装置的停留时间分布根据所得的有关E（t）和F（t）的结果通过合理的简化提出可能的流动模型结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性简述非催化气固反应缩核模型的特点非催化气固反应缩核模型是反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进，但粒子体积不变，如硫化矿的焙烧，氧化铁的还原等。简述非催化气固反应缩粒模型的特点非催化气固反应缩粒模型是固体粒子的粒径随反应的进行向不断缩小，如煤炭的燃烧造气，从焦碳与硫磺蒸汽制造二硫化碳。简述气—液反应的宏观过程：A（g）+bB（l）→产物（l）？1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；4）气相产物向气相主体扩散。简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。对于可逆放热反应如何选择操作温度对于放热反应，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；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；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。简述均相反应及其动力学的研究内容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。简述气固相催化反应固定床反应器拟均相模拟的特点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。拟均相模型忽略了床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。53.简述气固相催化反应固定床反应器非均相模型的特点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。非均相模型考虑了床层中粒子与流体间温度与浓度的差别。54.简述气固相催化反应固定床反应器拟均相一维模型的特点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。拟均相一维模型是忽略床层中粒子与流体的温度与浓度差别，考虑在流体流动的方向（轴向）上有温度和浓度的变化，而在与流向垂直的截面上（径向）则是等温和等浓度的。55.简述气—固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点答：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为固定床反应器，拟均相二维模型是忽略床层中粒子与流体间温度与浓度的差别，同时考虑流体在轴向和径向上的温度梯度和浓度梯度。56.1.简述气—液相反应器的设计所包含的内容？2.简述气—液相反应器型式的选择应考虑的因素？3.以纯液体在悬浮催化剂上的加氢反应为例来说明气—液—固反应的过程？1.首先是根据气—液反应系统的动力学特征来选择正确的反应器型式然后结合反应器