化學(xué)反應(yīng)工程基本概念

1、第一章1. 化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究 (化學(xué)反應(yīng)個(gè)工程問題)的科學(xué)。2. 所謂數(shù)學(xué)模型是指 (用數(shù)學(xué)方法表達(dá)各變量間的關(guān)系)。3. 化學(xué)反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型包括 （動(dòng)力學(xué)方程式、 物料橫算式子、 熱量衡算式、 動(dòng)量衡算式 和 參數(shù)計(jì)算式）4. 所謂控制體積是指 （能把反應(yīng)速率視作定值的最大空間范圍）。5. 模型參數(shù)隨空間而變化的數(shù)學(xué)模型稱為 （ 分布參數(shù)模型）。6. 模型參數(shù)隨時(shí)間而變化的數(shù)學(xué)模型稱為 （非定態(tài)模型）。7. 建立物料、熱量和動(dòng)量衡算方程的一般式為 (累積量=輸入量-輸出量)。第二章1. 均相反應(yīng)是指 (在均一的液相或氣相中進(jìn)行的反應(yīng))。2. 對于反應(yīng)aA + bB pP + sS，則

2、rP=( p/a )rA。3.著眼反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的定義式為(轉(zhuǎn)化率Xa=轉(zhuǎn)化了的物料A的量/反應(yīng)開始的物料A的量)。4. 產(chǎn)物P的收率P與得率P和轉(zhuǎn)化率xA間的關(guān)系為( Xp/Xa )。5. 化學(xué)反應(yīng)速率式為rA=kCCACB，用濃度表示的速率常數(shù)為kC，假定符合理想氣體狀態(tài)方程，如用壓力表示的速率常數(shù)kP，則kC= (RT)的a+B次方kP。6.對反應(yīng)aA + bB pP + sS的膨脹因子的定義式為 （P+S）-(A+B)/A 。7.膨脹率的物理意義為 (反應(yīng)物A全部轉(zhuǎn)化后系統(tǒng)的體積變化率)。8. 活化能的大小直接反映了 (反應(yīng)速率) 對溫度變化的敏感程度。9. 反應(yīng)級數(shù)的大小直接反映了

3、(反應(yīng)速率) 對濃度變化的敏感程度。10.對復(fù)合反應(yīng)，生成主產(chǎn)物的反應(yīng)稱為 (主反應(yīng))，其它的均為(副反應(yīng))。11. 平行反應(yīng)A P、A S 均為一級不可逆反應(yīng)，若E1E2，選擇性Sp與 (A的濃度)無關(guān)，僅是 (A的濃度) 的函數(shù)。12. 如果平行反應(yīng)A P、A S均為一級不可逆反應(yīng)，若E1E2，提高選擇性SP應(yīng)(提到溫度)。13. 一級連串反應(yīng)A P S在平推流反應(yīng)器中，為提高目的產(chǎn)物P的收率，應(yīng)(降低)k2/k1。14. 產(chǎn)物P的收率的定義式為 (生成的全部P的物質(zhì)的量/反應(yīng)掉的全部A的物質(zhì)的量)15. 產(chǎn)物P的瞬時(shí)收率P的定義式為(生成的物質(zhì)的量/反應(yīng)的A的物質(zhì)的量)16. 產(chǎn)物P的選

4、擇性SP的定義式為(單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物P的物質(zhì)的量/單位時(shí)間內(nèi)生成產(chǎn)物S的物質(zhì)的量)17. 由A和B進(jìn)行均相二級不可逆反應(yīng)AA+BB = SS，速率方程為：rA=dCA/dt=kCACb。求： （1）當(dāng)CA0/CB0=A/B時(shí)的積分式 （2）當(dāng)CA0/CB0=A/B時(shí)的積分式 18. 反應(yīng)A B為n級不可逆反應(yīng)。已知在300K時(shí)要使A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到20%需12.6min，而在340K時(shí)達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率僅需3.20min，求該反應(yīng)的活化能E。第三章1. 理想反應(yīng)器是指(理想混合反應(yīng)器 平推流反應(yīng)器)。2. 全混流反應(yīng)器的空時(shí)是 (反應(yīng)器容積) 與(進(jìn)料的體積流量)之比。3. 全混流反應(yīng)器的放熱速率QG

5、= 。4. 全混流反應(yīng)器的移熱速率Qr= 5. 全混流反應(yīng)器的定常態(tài)操作點(diǎn)的判據(jù)為 。6. 全混流反應(yīng)器處于熱穩(wěn)定的定常態(tài)操作點(diǎn)的判據(jù)為 。7. 全混流反應(yīng)器的返混 （無限大）。8. 平推流反應(yīng)器的返混為 (為零)。9. 平推流是指 (反應(yīng)物料以一致的方向向前移動(dòng))。10. 全混流是指 (剛進(jìn)入反應(yīng)器的新鮮物料與已存在的反應(yīng)器中的物料能達(dá)到瞬間的完全混合)。11. 平推流的特征為 (所有物料顆粒在反應(yīng)器中的停留時(shí)間相同不存在反混)。12. 全混流的特征為 (反應(yīng)器中各處濃度溫度相等 且都與出口處一致 反混無限大)。13. 如果將反應(yīng)器出口的產(chǎn)物部分的返回到入口處與原始物料混合，這類反應(yīng)器為 (

6、循環(huán)反應(yīng)器)。14. 對循環(huán)反應(yīng)器，當(dāng)循環(huán)比0時(shí)為 (平推流) 反應(yīng)器，而當(dāng)時(shí)則相當(dāng)于(全混釜)反應(yīng)器。15. 對于反應(yīng)級數(shù)n0的反應(yīng)，為降低反應(yīng)器容積，應(yīng)選用 (全混流) 反應(yīng)器為宜。16. 對于反應(yīng)級數(shù)n0的反應(yīng)，為降低反應(yīng)器容積，應(yīng)選用 (平推流) 反應(yīng)器為宜。17. 對于可逆放熱反應(yīng)如何選擇操作溫度？ 答：對于放熱反應(yīng)要使反應(yīng)速率盡可能保持最大必須隨轉(zhuǎn)化率的提高，按最優(yōu)溫度曲線相應(yīng)降低溫度，這是由于可逆放熱反應(yīng)，由于逆反應(yīng)速率也隨反應(yīng)溫度的提高而提高，凈反應(yīng)速率出現(xiàn)一極大值；而溫度的進(jìn)一步提高將導(dǎo)致正逆反應(yīng)速率相等而達(dá)到化學(xué)平衡。18. 對于反應(yīng)，rRk1CA2，E1；rSk2CA，E

7、2，當(dāng)E1E2時(shí)如何選擇操作溫度可以提高產(chǎn)物的收率？ 答：對于平行反應(yīng)，所以，當(dāng)時(shí)應(yīng)盡可能提高反應(yīng)溫度，方可提高R的選擇性，提高R的收率。19. 在間歇釜中一級不可逆反應(yīng)，液相反應(yīng)A 2R，rAkCAkmol/m3·hk=9.52×109exp-7448.4/T h-1CA02.3 kmol/m3，MR60，CR00，若轉(zhuǎn)化率xA0.7，裝置的生產(chǎn)能力為50000 kg產(chǎn)物R/天。求50等溫操作所需反應(yīng)器的有效容積？（用于非生產(chǎn)性操作時(shí)間t0=0.75 h） 解： 20. 應(yīng)用兩個(gè)按最優(yōu)容積比串聯(lián)的全混流釜進(jìn)行不可逆的一級液相反應(yīng)，假定各釜的容積和操作溫度都相同，已知此時(shí)的

8、速率常數(shù)k=0.92h-1，原料液的進(jìn)料速度v010m3/h，要求最終轉(zhuǎn)化率xA0.9，試求V1、V2和總?cè)莘eV。 解：對于一級不可逆反應(yīng)應(yīng)有 代入 得 整理得 ， 總?cè)莘e 21. 用兩串聯(lián)全混流反應(yīng)器進(jìn)行一個(gè)二級不可逆等溫反應(yīng)，已知在操作溫度下k0.92m3/（kmol.h），CA02.30kmol/m3，v010m3/h，要求出口xA=0.9，計(jì)算該操作最優(yōu)容積比V1/V2和總?cè)莘eV。 解： 代入 總?cè)莘e 22.在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級反應(yīng)，出口轉(zhuǎn)化率可達(dá)0.85?，F(xiàn)將反應(yīng)轉(zhuǎn)移至一個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，操作條件完全不變，試問出口轉(zhuǎn)化率將為多少？ 解 ： 23. 等溫間歇反應(yīng)器反

9、應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)物濃度的關(guān)系在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫二級反應(yīng)A B,rA=0.01CA2mol/(l.s)，當(dāng)CA0為1mol/l時(shí)，求反應(yīng)至CA0.01mol/l所需時(shí)間。 解： 24. 液相反應(yīng)AR在一全混釜中進(jìn)行，CA01mol/l，反應(yīng)速率常數(shù)k1l/（mol.s），求：1）  平均停留時(shí)間為1s時(shí)該反應(yīng)器的xA；2）  若v01l/s，xA0.56，求反應(yīng)器的體積。第四章1. 停留時(shí)間分布的密度函數(shù)在t0時(shí)，E（t）=（0）。2. 停留時(shí)間分布的密度函數(shù)在t0時(shí)，E（t）（>0）。3. 當(dāng)t=0時(shí)，停留時(shí)間分布函數(shù)F（t）=（0）。4. 當(dāng)t=時(shí)，停留時(shí)間分布函數(shù)

10、F（t）=（1）。5. 停留時(shí)間分布的密度函數(shù)E（）= t E（t）。6. 表示停留時(shí)間分布的分散程度的量2 1/(t*t) t2。7. 根據(jù)示蹤劑的輸入方式不同，測定停留時(shí)間分布的方法主要分為（脈沖示蹤法）和（階躍示蹤法）。8. 平推流反應(yīng)器的E（t）=( 0 t<T)、(無窮 t=T)。9. 平推流反應(yīng)器的F（t）=(0 t<T)、(1 t=T)。10. 全混流反應(yīng)器的E（t）( )。11. E（t）dt的物理意義是(停留時(shí)間在A到之間粒子的分率)。12. F（t）的物理意義是 ( 表示物料中停留時(shí)間小于t(包括t)的粒子所占的分率 )。13. 脈沖示蹤法測定的停留時(shí)間分布曲線

11、為 ( E（t）曲線) 。14. 階躍示蹤法測定的停留時(shí)間分布曲線為 (F(t)曲線)。15. 以分子尺度粒子作為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元來進(jìn)行混合的流體稱為 (微觀流體)。16. 以分子集團(tuán)粒子作為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元來進(jìn)行混合的流體稱為 (宏觀流體)。17. 當(dāng)反應(yīng)級數(shù)n1時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體 ( 低 ) 的出口轉(zhuǎn)化率。18. 當(dāng)反應(yīng)級數(shù)n ( > )1時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體高的出口轉(zhuǎn)化率。19. 停留時(shí)間分布密度函數(shù)E（t）的含義？ 答：在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，相對于某瞬間t=0流入反應(yīng)器內(nèi)的流體，在反應(yīng)器出口流體的質(zhì)點(diǎn)中，在器內(nèi)停留了t到t+dt之間的流體的質(zhì)點(diǎn)所占的分率為E（t）

12、dt。 。 20. 停留時(shí)間分布函數(shù)F（t）的含義？ 答：在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，相對于某瞬間t=0流入反應(yīng)器內(nèi)的流體，在出口流體中停留時(shí)間小于t的物料所占的分率為F（t）。第五章1.工業(yè)催化劑所必備的三個(gè)主要條件是：(活性好、 選擇性高 、壽命長)。2.氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是靠 （范德華力 ）結(jié)合的，而化學(xué)吸附是靠 （化學(xué)鍵力） 結(jié)合的。3.氣體在固體表面上的吸附中物理吸附是（多）分子層的，而化學(xué)吸附是（單）分子層的。4.氣體在固體表面上發(fā)生吸附時(shí)，描述在一定溫度下氣體吸附量與壓力的關(guān)系式稱為 （吸附等溫方程）。5. 在氣固相催化反應(yīng)中，反應(yīng)速率一般是以單位催化劑的重量為

13、基準(zhǔn)的，如反應(yīng)AB，A的反應(yīng)速率的定義為 （ ） 。6. 對于多孔性的催化劑，分子擴(kuò)散很復(fù)雜，當(dāng)孔徑較大時(shí)，擴(kuò)散阻力是由（分子間碰撞）所致。7. 對于多孔性的催化劑，分子擴(kuò)散很復(fù)雜，當(dāng)孔徑較大時(shí)，擴(kuò)散阻力是由分子間碰撞所致，這種擴(kuò)散通常稱為（分子擴(kuò)散）。8. 對于多孔性的催化劑，分子擴(kuò)散很復(fù)雜，當(dāng)微孔孔徑在約0.1um時(shí)，分子與孔壁的碰撞為擴(kuò)散阻力的主要因素，這種擴(kuò)散稱為（努森擴(kuò)散）。9. 等溫催化劑的有效系數(shù)為催化劑粒子的（實(shí)際反應(yīng)速率）與催化劑內(nèi)部的（濃度和溫度與其表面上的相等時(shí)的反應(yīng)速率）之比。10. 氣固相催化反應(yīng)的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)s ，它是表征內(nèi)擴(kuò)散影響的重要參數(shù)。11. 氣固相催化反應(yīng)的

14、內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)s是表征內(nèi)擴(kuò)散影響的重要參數(shù)，其數(shù)值平方的大小反映了 (表面反應(yīng)速率) 與 (內(nèi)不擴(kuò)散速率) 之比。12. 氣固相催化反應(yīng)的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)s的大小可判別內(nèi)擴(kuò)散的影響程度，s愈大，則粒內(nèi)的濃度梯度就 (愈大) ，反之，s愈小，內(nèi)外濃度愈近于 (均一) 。13. 根據(jù)氣固相非催化反應(yīng)的縮核模型，一般而言，強(qiáng)化這種反應(yīng)過程的主要措施是_升高溫度_和_加大物料流率_。14. 氣固相催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)步驟？答：1反應(yīng)物從氣流主體向催化劑的外表面和內(nèi)孔擴(kuò)散2）反應(yīng)物在催化劑表面上吸附3）吸附的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成反應(yīng)的生成物 4）反應(yīng)生成物從催化劑表面上脫附下來5）脫附下來的生成物向催化劑外表面、氣流主體中擴(kuò)

15、散。15. 簡述朗繆爾（Langmuir）等溫吸附方程的基本特點(diǎn)？ 答：1）均勻表面（或理想表面）：即催化劑表面各處的吸附能力是均一的，吸附熱與表面已被吸附的程度如何無關(guān)； 2） 單分子層吸附； 3）被吸附的分子間互不影響，也不影響別的分子； 4）吸附的機(jī)理均相同，吸附形成的絡(luò)合物均相同。 16. 解釋努森擴(kuò)散和分子擴(kuò)散分別在何種情況下占優(yōu)勢？ 答：多孔物質(zhì)催化劑的粒內(nèi)擴(kuò)散較為復(fù)雜。當(dāng)微孔孔徑較大時(shí)，分子擴(kuò)散阻力是由于分子間的碰撞所致，這種擴(kuò)散為分子擴(kuò)散。當(dāng)微孔孔徑小于分子的自由程0.1um時(shí)，分子與孔壁的碰撞機(jī)會(huì)超過了分子間的相互碰撞，而成為擴(kuò)散阻力的主要因素，這種擴(kuò)散為努森擴(kuò)散。17. 一氧化碳與水蒸氣在鐵催化劑上的總反應(yīng)為： CO + H2O H2 + CO2假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行： CO + CO CO + H2O H2 + CO2 CO2 CO2 + 試根據(jù)朗繆爾（Langmuir）吸附等溫線分別推導(dǎo)或或?yàn)榭刂撇襟E時(shí)的反應(yīng)速率式。第六章1. 凡是流體通過不動(dòng)的固體物料所形成的床層而進(jìn)行反應(yīng)的裝置都稱作(固定床反應(yīng)器)。2. 目前描述固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型可分為(擬均相) 和(非均相)的兩大類。3. 描述固定床反應(yīng)器的擬均相模型忽略了粒子與流體之間 (溫度) 與(濃度) 的差別。4. 忽略固定床內(nèi)粒子與流體之間溫度