環(huán)工原理思考題答案

1、十一章第一節(jié)(1) 快速去除污染物的關(guān)鍵是什么？(2) 反應(yīng)器的一般特性主要指哪幾個(gè)方面？指反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng)狀態(tài)、混合狀態(tài)以及質(zhì)量和能量傳遞性能等，它們?nèi)Q于反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式、操作方式等。(3) 反應(yīng)器研究開發(fā)的主要任務(wù)是什么？(4) 什么是間歇操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作？它們一般各有哪些主要特點(diǎn)？1. 間歇操作：將反應(yīng)原料一次加入反應(yīng)器，反應(yīng)一段時(shí)間或達(dá)到一定的反應(yīng)程度后一次取出全部的反應(yīng)物料，然后進(jìn)入下一輪操作。間歇操作的主要特點(diǎn) ：（1）操作特點(diǎn)：反應(yīng)過程中既沒有物料的輸入，也沒有物料的輸出，不存在物料的進(jìn)與出。 （2） 基本特征：間歇反應(yīng)過程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的過程，反應(yīng)器內(nèi)組成隨時(shí)間變化

2、而變化。 （3） 主要優(yōu)點(diǎn)：操作靈活，設(shè)備費(fèi)低，適用于小批量生產(chǎn)或小規(guī)模廢水的處理。 （4） 主要缺點(diǎn)：設(shè)備利用率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，每批的操作條件不易相同，不便自動(dòng)控制。2. 連續(xù)操作：連續(xù)地將原料輸入反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物也連續(xù)地流出反應(yīng)器 。 特點(diǎn)： （1）操作特點(diǎn)物料連續(xù)輸入，產(chǎn)物連續(xù)輸出，時(shí)刻伴隨著物料的流動(dòng)。 （2） 基本特征連續(xù)反應(yīng)過程是一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，反應(yīng)器內(nèi)各處的組成不隨時(shí)間變化。（反應(yīng)組分、濃度可能隨位置變化而變化。）（3） 主要優(yōu)點(diǎn)便于自動(dòng)化，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，反應(yīng)程度與產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。規(guī)模大或要求嚴(yán)格控制反應(yīng)條件的場合，多采用連續(xù)操作。 （4） 主要缺點(diǎn)靈活性小，設(shè)備投資高。 3. 半

3、連續(xù)操作：原料與產(chǎn)物中的一種或一種以上為連續(xù)輸入或輸出，而其它成分分批加入或取出的操作。 特點(diǎn)：半間歇操作具有間歇操作和連續(xù)操作的某些特點(diǎn)。反應(yīng)器內(nèi)的組成隨時(shí)間變化而變化。 (5) 什么是空間時(shí)間和空間速度？它們所表達(dá)的物理意義分別是什么？空間時(shí)間：反應(yīng)器有效體積(V)與物料體積流量(qv)之比值.空間速度：單位反應(yīng)器有效體積所能處理的物料的體積流量.(6) 一般情況下，反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)狀態(tài)會(huì)對反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生影響，為什么？(7) 根據(jù)反應(yīng)物料的流動(dòng)與混合狀態(tài)，反應(yīng)器可分為哪些類型。理想流反應(yīng)器和非理想流反應(yīng)器；完全混合流（全混流）反應(yīng)器和推流反應(yīng)器。(8) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括哪幾個(gè)方面？

4、它通常用到哪幾類基本方程？基本內(nèi)容：選擇合適的反應(yīng)器型式；確定最佳的操作條件；計(jì)算達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)所需要的反應(yīng)體積，確定反應(yīng)器的主要尺寸。反應(yīng)器設(shè)計(jì)用到的基本方程： 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程、物料/能量/動(dòng)量衡算式第二節(jié)(1) 什么是膨脹因子？膨脹因子為1的反應(yīng)體系，反應(yīng)后系統(tǒng)的物質(zhì)的量將如何變化？若是膨脹因子為0.5的反應(yīng)體系，則如何變化？膨脹因子：每消耗1mol的某反應(yīng)物所引起的反應(yīng)系統(tǒng)總物質(zhì)的量的變化量()稱為該反應(yīng)物的膨脹因子405頁(2) 什么是簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)？可逆反應(yīng)屬于哪一類反應(yīng)？為什么？簡單反應(yīng)：指能用一個(gè)計(jì)量方程描述的反應(yīng)。復(fù)雜反應(yīng)：指需用多個(gè)計(jì)量方程描述的反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)屬于簡單反應(yīng)

5、。因?yàn)樗梢詫懗稣磻?yīng)和負(fù)反應(yīng)的兩個(gè)計(jì)量方程，但兩者并不獨(dú)立，用其中一個(gè)計(jì)量方程即可表達(dá)反應(yīng)組分間的定量關(guān)系。(3) 什么是均相內(nèi)反應(yīng)和界面反應(yīng)？(4) 對于連續(xù)反應(yīng)器，某一關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率的一般定義是什么？組分在反應(yīng)器內(nèi)的變化情況。(5) 對于實(shí)際規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)器，影響某一關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率的主要因素是什么？第三節(jié)(1) 若將反應(yīng)速率的定義寫成rAdcA/dt，該定義式成立的條件是什么？說明理由。(2) 氣固相反應(yīng)的反應(yīng)速率有哪幾種表達(dá)方式？氣液相反應(yīng)情況又如何？(3) 什么是反應(yīng)級數(shù)？它的大小能否反映反應(yīng)速率的大??？為什么？反應(yīng)級數(shù)是由實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)值，只有基元反應(yīng)時(shí)，才與計(jì)量系數(shù)相等。反應(yīng)

6、級數(shù)不能獨(dú)立地預(yù)示反應(yīng)速率的大小，只表明反應(yīng)速率對濃度變化的敏感程度(4) 對于某一化學(xué)反應(yīng)，它的速率常數(shù)是否與反應(yīng)物的濃度有關(guān)？催化劑能否改變速率常數(shù)的大小？對于化學(xué)反應(yīng)： k的大小與溫度和催化劑等有關(guān)，與反應(yīng)物濃度無關(guān)。催化劑能改變。(5) 零級不可逆單一反應(yīng)有哪些主要特點(diǎn)？(6) 一級不可逆單一反應(yīng)有哪些主要特點(diǎn)？ (7) 二級不可逆單一反應(yīng)有哪些主要特點(diǎn)？ (8) 對于可逆單一反應(yīng)，反應(yīng)物的濃度能減少到零嗎？為什么？ (9) 在平行反應(yīng)中，什么是主反應(yīng)？什么是副反應(yīng)和副產(chǎn)物？ (10) 對于串聯(lián)反應(yīng)，其中間產(chǎn)物的濃度隨反應(yīng)時(shí)間如何變化？在實(shí)際操作中能否將中間產(chǎn)物的濃度控制到最大值？如何

7、控制？ 十二章第一節(jié)(1) 動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要目的有哪些？(2) 用槽式反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)有哪些優(yōu)點(diǎn)？動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的解析比較容易。轉(zhuǎn)化率的大小沒有限制，因此對分析的要求也不太苛刻。（3）對反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算時(shí)，一般應(yīng)注意哪些問題？盡量選取組分濃度、溫度等均一的單元，可以簡化計(jì)算（書P427）(4) 對于全混流槽式反應(yīng)器和推流式反應(yīng)器，分別如何選擇物料衡算單元，為什么？第二節(jié)(1) 在環(huán)境工程研究中，進(jìn)行液相反應(yīng)速率方程的實(shí)驗(yàn)測定時(shí)，常采用間歇反應(yīng)器或槽式連續(xù)反應(yīng)器，為什么？(2) 簡述利用間歇反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般步驟。(3) 試用流程圖表達(dá)間歇?jiǎng)恿W(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積分解析法。(4) 試用流程圖

8、表達(dá)間歇?jiǎng)恿W(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的微分解析法。(5) 如何利用半衰期確定反應(yīng)級數(shù)？第三節(jié)(1) 在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，槽式連續(xù)反應(yīng)器內(nèi)的組分組成和轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化嗎？為什么？(2) 試用流程圖表達(dá)利用槽式連續(xù)反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般步驟。(3) 試用流程圖表達(dá)利用積分平推流反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般步驟。(4) 試用流程圖表達(dá)利用微分反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般步驟。(5) 什么是積分反應(yīng)器和微分反應(yīng)器？它們用于動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，各有什么特點(diǎn)？十三章第一節(jié)(1) 對于一個(gè)實(shí)際規(guī)模的均相連續(xù)反應(yīng)器，影響反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的主要因素有哪些？(2) 間歇反應(yīng)器的一般操作方式是什么？你能舉出哪些間歇反應(yīng)器的例子？將反應(yīng)物料按一定

9、比例一次加到反應(yīng)器內(nèi)，然后開始攪拌，使反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度和溫度保持均勻。反應(yīng)一定時(shí)間，反應(yīng)率達(dá)到所定的目標(biāo)之后，將混合物料排出反應(yīng)器。之后再加入物料，進(jìn)行下一輪操作，如此反復(fù)。例子：八寶粥、中草藥熬制、啤酒釀造(3) 半間歇反應(yīng)器有哪幾種操作方式？(4) 半間歇反應(yīng)器與間歇反應(yīng)器相比有哪些異同點(diǎn)？(5) 對于半間歇反應(yīng)器，轉(zhuǎn)化率是如何定義的？第二節(jié)(1) 全混流連續(xù)反應(yīng)器的一般操作方式是什么？你能舉出哪些間歇反應(yīng)器的例子？連續(xù)恒定地向反應(yīng)器內(nèi)加入反應(yīng)物，同時(shí)連續(xù)不斷地把反應(yīng)液排出反應(yīng)器，并采取攪拌等手段使反應(yīng)器內(nèi)物料濃度和溫度保持均勻。全混流反應(yīng)器是一種理想化的反應(yīng)器。(2) 與間歇反應(yīng)器相比

10、，對于同一反應(yīng)，在同樣的反應(yīng)條件下，達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率，所需全混流連續(xù)反應(yīng)器的體積有何不同？為什么？對于同一反應(yīng)器，利用間歇反應(yīng)器達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化率所需要的時(shí)間比全混流連續(xù)反應(yīng)器的時(shí)間要短。書P435(3) 對于一簡單不可逆反應(yīng)，在反應(yīng)器總有效體積和反應(yīng)條件不變的條件下，隨著全混流反應(yīng)器的級數(shù)的增加，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率如何變化？為什么？轉(zhuǎn)化率的極限值是什么？(4) 簡述多級全混流反應(yīng)器的解析計(jì)算法。(5) 簡述多級全混流反應(yīng)器的圖解計(jì)算法。第三節(jié)(1) 對于一個(gè)實(shí)際規(guī)模的反應(yīng)器，在什么條件下可視為平推流反應(yīng)器？(2) 對于不可逆液相反應(yīng)，利用間歇反應(yīng)器和理想平推流反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)操作時(shí)的基本方程有何異同？

11、簡要分析其理由。(3) 與間歇反應(yīng)器相比，對于同一反應(yīng)，在同樣的反應(yīng)條件下，達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率，所需平推流反應(yīng)器的體積相同。如何解釋這種現(xiàn)象？(4) 循環(huán)反應(yīng)器有哪幾種典型的操作方式？1)將排出反應(yīng)器的混合物的一部分不經(jīng)任何處理直接返送到入口處2)在反應(yīng)器出口設(shè)一分離裝置，將反應(yīng)產(chǎn)物分離取出，只把未反應(yīng)的物料返送到反應(yīng)器入口處。3)微生物培養(yǎng)中常用的一種形式。在反應(yīng)器出口設(shè)置菌體分離器，將反應(yīng)產(chǎn)生的菌體濃縮，把濃縮后的菌體的一部分或全部返送到反應(yīng)器 (5) 對于在平推流反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的不可逆液相反應(yīng)，如果將出口處的反應(yīng)物料一部分返回到反應(yīng)器，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將如何變化？如何解釋這種變化？十四章第一節(jié)

12、(1) 催化反應(yīng)有哪些基本特征？ 催化劑本身在反應(yīng)前后不發(fā)生變化，催化劑能夠反復(fù)利用，所以一般情況下催化劑的用量很少。 催化劑只能改變反應(yīng)的歷程和反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)的產(chǎn)物。 對于可逆反應(yīng)，催化劑不改變反應(yīng)的平衡狀態(tài)，即不改變化學(xué)平衡關(guān)系。 催化劑對反應(yīng)有較好的選擇性，一種催化劑一般只能催化特定的一個(gè)或一類反應(yīng)(2) 固體催化劑的一般組成是什么？載體在固體催化劑中起什么作用？固體催化劑的組成活性物質(zhì)、載體、助催化劑、抑制劑(1)活性物質(zhì)：催化劑中真正起催化作用的組分，它常被分散固定在多孔物質(zhì)的表面。（金屬、金屬氧化物）(2)載體（擔(dān)體）：載體常常是多孔性物質(zhì)，主要作用是提供大的表面和微孔，使

13、催化活性物質(zhì)附著在外部及內(nèi)部表面。(3)促進(jìn)劑：改善催化劑活性（氨催化合成鐵催化劑CaO）(4)抑制劑：抑制催化劑活性，增強(qiáng)穩(wěn)定性（銀催化劑中加入鹵化物控制乙烯的完全氧化）(3) 固相催化反應(yīng)過程一般可概括為哪些步驟？(4) 固相催化反應(yīng)有哪些基本特點(diǎn)？多步驟串聯(lián)過程固相反應(yīng)速率與反應(yīng)本身和反應(yīng)組分的擴(kuò)散有關(guān)反應(yīng)速率取決于慢步驟，該步驟稱為控制步驟(rate controlling step) 擴(kuò)散控制(傳質(zhì)控制)、動(dòng)力學(xué)控制反應(yīng)達(dá)到定常態(tài)時(shí)，各步驟的速率相等(5) 固相催化反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)過程包括哪些步驟？固相催化反應(yīng)的本質(zhì): 化學(xué)吸附表面反應(yīng)脫附 以氣固反應(yīng)為例，進(jìn)行說明(6) 在進(jìn)行本征

14、動(dòng)力學(xué)速率方程的實(shí)驗(yàn)測定中，如何消除外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散的影響？分別如何確定實(shí)驗(yàn)條件？ (7) 催化劑有效系數(shù)的基本定義是什么？它有哪些用途？基本定義：書P463對一級反應(yīng)而言反應(yīng)物A在催化劑表面的濃度以顆粒體積為基準(zhǔn)的反應(yīng)速率常數(shù)(8) 催化西勒(Thiele)模數(shù)的物理意義是什么？具體說明西勒(Thiele)模數(shù)的大小如何影響催化劑的有效系數(shù)？s稱西勒(Thiele)模數(shù)的物理意義 以催化劑顆粒體積為基準(zhǔn)的最大反應(yīng)速率與最大內(nèi)擴(kuò)散速率的比值。 反映了反應(yīng)過程受內(nèi)擴(kuò)散及本征反應(yīng)的影響程度。內(nèi)擴(kuò)散阻力越大， De越小，s值則越大。(9) 簡述影響球形催化劑有效系數(shù)的主要因素及其產(chǎn)生的影響。(10)

15、什么是流化床反應(yīng)器？與固定床反應(yīng)器相比，它有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？第二節(jié)(1) 氣-液相反應(yīng)過程一般可概括為哪些步驟？1.A從氣相主體通過氣膜擴(kuò)散到氣液相界面；2.A從相界面進(jìn)入液膜，同時(shí)B從液相主體擴(kuò)散進(jìn)入液膜；3.A、B在液膜內(nèi)發(fā)生反應(yīng)；4.生成物P的擴(kuò)散；5.液膜中未反應(yīng)完的A擴(kuò)散進(jìn)入液相主體，在液相主體與B發(fā)生反應(yīng)。(2) 氣-液相反應(yīng)的本征反應(yīng)速率方程是什么涵義？(3) 氣-液相瞬間反應(yīng)的基本特點(diǎn)是什么？組分A和組分B之間的反應(yīng)瞬間完成，A與B不能共存。在液膜內(nèi)的某一個(gè)面上A和B的濃度均為0，該面稱“反應(yīng)面”，“反應(yīng)面”的位置隨液相中B的濃度的升高向氣膜方向移動(dòng)。(4) 氣-液相瞬間反應(yīng)的增強(qiáng)

16、系數(shù)有何物理意義？(5) 什么是界面反應(yīng)？(6) 氣-液相快速反應(yīng)的基本特點(diǎn)是什么？ A與B之間的反應(yīng)速率較快 反應(yīng)發(fā)生在液膜內(nèi)的某一區(qū)域中 在液相主體不存在A組分，不發(fā)生A和B之間的反應(yīng)(7) 根據(jù)氣-液相擬一級快速反應(yīng)的宏觀速率方程，簡述提高反應(yīng)速率的措施。(8) 什么是八田數(shù)？它有何物理意義？(9) 氣-液相擬一級快速反應(yīng)的增強(qiáng)系數(shù)具有什么物理意義？(10) 氣-液慢速反應(yīng)的基本特點(diǎn)是什么？ 反應(yīng)很慢，液膜中的反應(yīng)消耗量較少，可以忽略不計(jì) 反應(yīng)主要發(fā)生在液相主體(11) 氣-液相反應(yīng)的宏觀速率方程根據(jù)本征反應(yīng)速率的快慢有不同的表達(dá)形式，為什么？氣-液相反應(yīng)過程是包括傳質(zhì)和反應(yīng)的多個(gè)步驟的

17、綜合過程，其宏觀反應(yīng)的速率取決于多個(gè)步驟中最慢的一步(12) 氣-液相中速反應(yīng)的基本特點(diǎn)是什么？ A與B的反應(yīng)速率較慢 A與B在液膜中反應(yīng)，但一部分A進(jìn)入液相主體，與B發(fā)生反應(yīng)十五章第一節(jié)(1) 為什么說微生物反應(yīng)類似于化學(xué)反應(yīng)中的自催化反應(yīng)？(2) 微生物反應(yīng)一般可分為哪幾類反應(yīng)？基質(zhì)利用，細(xì)胞生長，細(xì)胞死亡/溶化，產(chǎn)物生成。(3) 微生物反應(yīng)中的基質(zhì)有哪些作用？合成新的細(xì)胞物質(zhì)，生成反應(yīng)產(chǎn)物，提供必要的能量。書P491(4) 微生物反應(yīng)的產(chǎn)物有哪幾類？第一類產(chǎn)物：基質(zhì)水平磷酸化產(chǎn)生的產(chǎn)物(如乙醇、乳酸，檸檬酸)。第二類產(chǎn)物：由合成代謝生成的較復(fù)雜的物質(zhì)（如胞外酶、多糖、抗生素、激素、維生素

18、、生物堿等）第三類產(chǎn)物：一般指在碳源過量、氮源等受到限制的條件下產(chǎn)生的一類物質(zhì)（蓄能化合物，如多糖、儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)的糖原、脂肪等。) (5) 有機(jī)物的微生物分解反應(yīng)中產(chǎn)生的能量有哪些用途？第二節(jié)(1) 什么是計(jì)量學(xué)限制性基質(zhì)？計(jì)量學(xué)限制性物質(zhì)：細(xì)胞生長過程中首先完全消耗掉的物質(zhì)(2) 什么是生長速率限制性基質(zhì)？生長速率限制性基質(zhì)：在一定的環(huán)境條件下，向反應(yīng)系統(tǒng)中加入某一基質(zhì)，能使微生物生長速率增加，則該基質(zhì)被稱為生長速率限制性基質(zhì)。（富營養(yǎng)化湖泊的營養(yǎng)限制因子）(3) 細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)有哪些用途？(4) 細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)有哪幾種？它們?nèi)≈捣秶魇鞘裁矗?5) 什么是有效電子？如何計(jì)算？(6) 什么是代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率系數(shù)？ 第三節(jié)(1) 什么是微生物的比生長速率？比生長速率 ：每小時(shí)單位質(zhì)量的菌體所增加的菌體量稱為菌體比生長速率。(2) Monod方程中的最大比生長速率和飽和系數(shù)各表達(dá)什么意義？(3) 與富營養(yǎng)細(xì)胞相比，貧營養(yǎng)細(xì)胞的飽和系數(shù)有何特點(diǎn)？(4) 影響以微生物膜表面積為基準(zhǔn)的基質(zhì)消耗速率的主要因素（主要指與微生物膜和基質(zhì)本身特性有直接關(guān)系的主要因素，不包括溫度、pH等環(huán)境條件）有哪些？