化學反應工程填空題、簡答題目

三傳一反：質量傳遞、熱量傳遞、動量傳遞，反應動力學化學反應工程是一門專門研究化學反應的工程問題的學科，既以化學反應作為研究對象，又以工程問題為其對象反應器的形式，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、連續(xù)式、半連續(xù)式在化學反應工程中，數學模型主要包括：動力學模型、物料衡算式、熱量衡算式、動量恒算式、參數計算式。在建立數學模型時，根據基礎資料建立物料、熱量和動量恒算式的一般式為：積累量=輸入量-輸出量均相反應是指：在均一的液相或氣相中進行的反應均相反應的速率取決于物料的濃度和溫度多相反應過程是指同時存在兩個或更多相態(tài)的反應系統所進行的反應過程非理想流動：凡是流動狀況偏離平推流和全混流這兩種理想情況的流動，統稱為非理想流動理想混合反應器是指：理想混合反應器、平推流反應器視催化劑的運動情況可分為固定床、流化床等裝置催化劑的中毒：均勻中毒、殼層中毒催化劑的制備方法：混合法、浸漬法、共凝膠法、噴涂法、溶蝕法、熱熔法氣固相催化反應，要測定真實的反應速率，首先要排除內擴散和外擴散的影響化學反應速率是指單位反應體系內反應速率和時間的變化率如果反應物分子在碰撞中一步直接轉化為生成物分子，則該反應為基元反應幾個基元反應才能轉化為生成物分子的反應，則稱為非基元反應反應級數在一定溫度范圍內保持不變，它的絕對值不會超過3，可以是分數、負數、0反應級數（n）的大小反映了該物料濃度對反應速率影響的程度，n越高，該物料濃度對反應速率的影響越顯著，n=0，在動力學方程中該物料的濃度項就不出現，說明該物料濃度的變化對反應速率沒有影響，如果n為負值，說明該物料濃度的增加的反而抑制了反應，使反應速率下降。非均相催化反應過程的三個控制步驟分別是外擴散過程、內擴散過程、化學動力學過程催化劑失活的類型和原因大致可分為物理中毒、化學中毒、結構變化孔徑較大時，分子的擴散阻力是由于分子間的碰撞所致，這種擴散就是分子擴散或容積擴散，當微孔的孔徑小于分子的自由程（約0.1ηm）時，分子與孔壁的碰撞機會超過了分子間的相互碰撞，從而前者成了擴散阻力的主要因素，這種擴散成為克努森擴散，當分子擴散和克努森擴散同時存在時，為綜合擴散停留時間不同的流體顆粒之間的混合，通常稱為返混平推流（PFR）：反應物料以一致的方向向前移動，在整個截面上各處的流速完全相等特點：所有物料顆粒在反應器中的停留時間是相同的，不存在返混全混流（CSTR）：剛進入反應器的新鮮物料與已存留在反應器中的物料能達到瞬間的完全混合，以致在整個反應器內各處物料的濃度和溫度完全相同，且等于反應器出口處物料的濃度和溫度。特點：返混達到了最大限度西勒模數（內擴散模數）：反映反應速度和擴散速度對過程影響程度的參數。比表面積（BET）：單位質量催化劑所具有的表面積膨脹率：當反應物A全部轉化后系統體積的變化分率工業(yè)催化劑所具備的三個主要條件是：活性好、選擇性高、壽命長發(fā)生在停留時間相同的物料之間的均勻化過程，稱之為簡單混合，發(fā)生在停留時間不同的物料之間的均勻化過程，稱之為返混催化劑的組成中，其核心部分是活性組分，常常兼做穩(wěn)定劑和分散劑的是催化劑的載體σ2為隨機變量θ的方差，對于全混流，σ2=1，對于平推流σ2=σt2=0，對于一般實際流況0≤σ2≤1BET式只適用于物理吸附，焦姆金式只適用于化學吸附，朗繆爾式和費羅因德利希式則對兩者都可應用氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是靠范德華力結合的，而化學吸附是靠化學鍵力結合的助催化劑：又稱促進劑，本身催化活性很小，但添加極少量于催化劑中，卻能顯著的改善催化劑的效能循環(huán)比β可自零至無限大，當循環(huán)比β=0，平推流管式反應器，當β=∞，全混流釜式反應器。簡述非均相催化反應的七個步驟：反應物從氣流主體擴散到催化劑的外表面（外擴散過程）反應物進一步向催化劑的微孔內擴散進去（內擴散過程）反應物在催化劑的表面上被吸附（吸附過程）吸附的反應物轉化成反應的生成物（表面反應過程）反正的生成物從催化劑表面上脫附下來（脫附過程）脫附下來的生成物分子從微孔內向外擴散到催化劑外表面處（內擴散過程）生成物分子從催化劑外表面處擴散到主流氣流中被帶走（外擴散過程）簡述工業(yè)上處理催化劑失活問題的基本方法：改進催化器采用“中期活性”或安全系數設計反應器嚴格控制操作條件，充分凈化原料氣嚴格控制操作溫度必要的恢復活性處理優(yōu)化操作以彌補失活造成的生產能力下降簡述朗格繆爾（Langmuir）模型假設吸附過程需要滿足的條件均勻表面（或稱理想表面），及催化劑表面各處的吸附能力是均一的，或者說是能量均勻的表面。單分子吸附層，因為在化學吸附時，被吸附的分子與固體催化劑表面間存在有類似于化學鍵的結合，所以催化劑表面最多能吸附這樣的一層。被吸附的分子間互不影響，也不影響別的分子的吸附。吸附的機理均相同，吸附形成的絡合物亦均相同。簡述等溫恒容平推流反應器空時、反應時間、停留時間的概念及三者之間的關系空時：進入反應器的物料通過反應器體積所需的時間（反應器容積/進料的體積流量）空速：單位時間內進入反應器的物料體積相當于幾個反應器的容積（1/空時）反應時間（t）：從反應物料加入反應器后實際進行反應時算起至反應進行到某一時刻所需的時間。停留時間：指從反應物料進入反應器時算起至離開反應器時為止所經歷的時間。停留時間分布：對于不是平推流的連續(xù)操作的反應器，由于同時進入反應器的物料顆粒在反應器中的停留時間有長有短，因而形成一個分布，稱作停留時間分布。一般用“平均停留時間”來表述。在間歇反應器和平推流管式反應器中停留時間和反應時間都是相同的，停留時間和反應時間也是相一致的，恒容時的空時等于體積流速之比，這時三者相等。固定床反應器的概念及其優(yōu)缺點固定床反應器的概念：凡是流體通過固定的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。優(yōu)點：固定床中催化劑不易磨損而可長期使用/床層內流體的流動接近于平推流，因此與返混式的反應器相比，它的反應速率較快，可用較少量的催化劑和較小的反應容積來獲得較大的生產能力/停留時間可以嚴格控制，溫度分布可以適當調節(jié)，有利于提高選擇性和轉化率缺點：固定床傳熱較差/催化劑的更換必須停產進行流化床反應器的概念：原料氣以一定的流動速度使催化劑呈懸浮湍動，并在催化劑作用下進行化學反應的設備優(yōu)點：傳熱效能高，而且床內溫度易于維持均勻/大量固體顆?？煞奖愕赝鶃磔斔?由于顆粒細，可以消除內擴散阻力，能充分地發(fā)揮催化劑的效能。缺點：氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態(tài)經過床層，氣固兩相接觸不夠有效/顆粒運動基本上是全混式，因此停留時間不一/顆粒的磨損和帶出造成催化劑的損失。簡述固定床層空隙率對流體流速的影響。簡述沿壁效應以及減少沿壁效應的措施空隙率的分布將直接影響流體流速的分布。由于床層孔隙率不均勻，引起流速不同，使流體與顆粒間傳熱、傳質行為不同，流體的停留時間不同，最終會影響到化學反應的結果。沿壁效應：這種由于沿壁處空隙率不同而帶來的對過程的影響成為沿壁效應，為減少沿壁效應，要求床層的直徑至少為粒徑的8倍。簡述雙曲線型本征動力學方程所依托模型的基本假設條件在吸附-反應-脫附三個步驟中必然存在一個控制步驟，該控制步驟的速率便是本征反應速率除了控制步驟外，其他步驟均處于平衡狀態(tài)吸附和脫附過程屬于理想過程，即吸附和脫附過程可用朗格繆爾吸附模型加以描述簡述催化劑載體的作用，并舉出至少兩種催化劑載體提供有效的表面積和適合的孔結構使催化劑獲得一定的機械強度提高催化劑的熱穩(wěn)定性提供活性中心與活性組分作用形成新的化合物節(jié)省活性組分用量催化劑載體：活性炭、硅膠、膨潤土、氧化鋁、分子篩等簡述建立非理想流動的流動模型的步驟通過冷態(tài)模型試驗測定實驗裝置的停留時間分布根據所得的有關E（t）和F（t）的結果通過合理的簡化提出可能的流動模型結合反應動力學數據通過模擬計算來預測反應結果通過一定規(guī)模的熱模實驗來驗證模型的準確性簡述非催化氣固反應縮核模型的特點非催化氣固反應縮核模型是反應從粒子外表面逐漸向內核部分推進，但粒子體積不變，如硫化礦的焙燒，氧化鐵的還原等。簡述非催化氣固反應縮粒模型的特點非催化氣固反應縮粒模型是固體粒子的粒徑隨反應的進行向不斷縮小，如煤炭的燃燒造氣，從焦碳與硫磺蒸汽制造二硫化碳。簡述氣—液反應的宏觀過程：A（g）+bB（l）→產物（l）？1）反應物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相界面，在界面上假定達到氣液相平衡；2）反應物氣相組分A從氣液相界面擴散入液相，并在液相內反應；3）液相內的反應產物向濃度下降方向擴散，氣相產物則向界面擴散；4）氣相產物向氣相主體擴散。簡述尋求停留時間分布的實驗方法及其分類通過物理示蹤法來測反應器物料的停留時間的分布曲線。所謂物理示蹤是指采用一種易檢測的無化學反應活性的物質按一定的輸入方式加入穩(wěn)定的流動系統，通過觀測該示蹤物質在系統出口的濃度隨時間的變化來確定系統物料的停留時間分布。根據示蹤劑輸入方式的不同大致分為四種：脈沖法、階躍法、周期示蹤法和隨機輸入法。對于可逆放熱反應如何選擇操作溫度對于放熱反應，要使反應速率盡可能保持最大，必須隨轉化率的提高，按最優(yōu)溫度曲線相應降低溫度；這是由于可逆放熱反應，由于逆反應速率也隨反應溫度的提高而提高，凈反應速率出現一極大值；而溫度的進一步提高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。簡述均相反應及其動力學的研究內容參與反應的各物質均處于同一個相內進行的化學反應稱為均相反應。均相反應動力學是研究各種因素如溫度、催化劑、反應物組成和壓力等對反應速率、反應產物分布的影響，并確定表達這些影響因素與反應速率之間定量關系的速率方程。簡述氣固相催化反應固定床反應器擬均相模擬的特點凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。擬均相模型忽略了床層中粒子與流體間溫度與濃度的差別。53.簡述氣固相催化反應固定床反應器非均相模型的特點凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。非均相模型考慮了床層中粒子與流體間溫度與濃度的差別。54.簡述氣固相催化反應固定床反應器擬均相一維模型的特點凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置都稱作固定床反應器。擬均相一維模型是忽略床層中粒子與流體的溫度與濃度差別，考慮在流體流動的方向（軸向）上有溫度和濃度的變化，而在與流向垂直的截面上（徑向）則是等溫和等濃度的。55.簡述氣—固相催化反應固定床反應器擬均相二維模型的特點答：凡是流體通過不動的固體物料所形成的床層而進行反應的裝置為固定床反應器，擬均相二維模型是忽略床層中粒子與流體間溫度與濃度的差別，同時考慮流體在軸向和徑向上的溫度梯度和濃度梯度。56.1.簡述氣—液相反應器的設計所包含的內容？2.簡述氣—液相反應器型式的選擇應考慮的因素？3.以純液體在懸浮催化劑上的加氫反應為例來說明氣—液—固反應的過程？1.首先是根據氣—液反應系統的動力學特征來選擇正確的反應器型式然后結合反應器