南京工業(yè)大學(xué)《化學(xué)工程與工藝專業(yè)試驗》思考題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——南京工業(yè)大學(xué)《化學(xué)工程與工藝專業(yè)試驗》思考題答案試驗1二元體系汽液平衡數(shù)據(jù)測定

1，試驗測量誤差及引起誤差的原因？答：（1）汽液兩相平衡時，回流滴下來的流體速率平穩(wěn)，大約每秒1~2滴，且在一段時間內(nèi)溫度維持不變。

2，影響汽液平衡數(shù)據(jù)測定的確切度的因素有哪些？

答:（2）影響確鑿度的因素有溫度和壓強，裝置氣密性，溫度計靈敏度，折射儀讀數(shù)確鑿性等。

試驗3二氧化碳臨界現(xiàn)象觀測及PVT關(guān)系的測定

1，質(zhì)面比常數(shù)K值對試驗結(jié)果有何影響？為什么？

答:任意溫度任意壓力下，質(zhì)面比常數(shù)k均不變。所以不會對試驗結(jié)果又影響。

2，為什么測量25℃下等溫線時，嚴(yán)格講，出現(xiàn)第1個小液滴時的壓力和最終一個小汽泡

將消失時的壓力應(yīng)相等？

答：在出現(xiàn)第一個小液滴和最終一個汽泡消失過程中CO2處于汽液平衡狀態(tài)。根據(jù)相律得F=C-P+1=1-2+1=0，自由度為0，故過程中壓力應(yīng)為相等。

試驗4氣相色譜法測定無限稀釋溶液的活度系數(shù)

1,無限稀釋活度系數(shù)的定義是什么?測定這個參數(shù)有什么作用?

答:定義:P29公式(4-1),作用:通過測定兩個組分的比保存體積和無限稀釋下的活度系數(shù),計算其相對揮發(fā)度.

2,氣相色譜基本原理是什么?色譜儀有哪幾個基本部分組成?各起什么作用?答:原理：因固定液對于樣品中各組分溶解能力的差異而使其分開。

組成及作用：（1）載氣系統(tǒng)氣相色譜儀中的氣路是一個載氣連續(xù)運行的密閉管路系

統(tǒng)。整個載氣系統(tǒng)要求載氣純凈、密閉性好、流速穩(wěn)定及流速測量確鑿。（2）進樣系統(tǒng)進樣就是把氣體或液體樣品速而定量地加到色譜柱上端。（3）分開系統(tǒng)分開系統(tǒng)的核心是色譜柱，它的作用是將多組分樣品分開為單個組分。色譜柱分為填充柱和毛細管柱兩類。（4）檢測系統(tǒng)檢測器的作用是把被色譜柱分開的樣品組分根據(jù)其特性和含量轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)放大后，由記錄儀記錄成色譜圖。（5）信號記錄或微機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)近年來氣相色譜儀主要采用色譜數(shù)據(jù)處理機。色譜數(shù)據(jù)處理機可打印記錄色譜圖，并能在同一張記錄紙上打印出處理后的結(jié)果，如保存時間、被測組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。（6）溫度控制系統(tǒng)用于控制和測量色譜柱、檢測器、氣化室溫度，是氣相色譜儀的重要組成部分。

3，測γ

∞

的計算式推導(dǎo)做了哪些合理的假設(shè)？

答：（1）樣品進樣十分小，各組分在固定液中可視為處于無限稀釋狀態(tài)，聽從亨利定律，分派系數(shù)為常數(shù)；（2）色譜柱溫度控制精度可達到±0.1℃，可視為等溫

柱；（3）組分在汽、液兩相中的量微小，且擴散迅速，時時處于瞬間平衡狀態(tài)，可設(shè)全柱內(nèi)任何點處于汽液平衡；（4）在常壓下操作的色譜過程，氣相可按理想氣體處理。

試驗5非穩(wěn)態(tài)法測定顆粒物料的導(dǎo)溫系數(shù)

1,本試驗測定@的基本原理及方法？

答：將初始溫度均勻的試樣管，迅速的置于一溫度較高的恒溫環(huán)境中，使其處于一維徑向非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱狀態(tài)。根據(jù)試樣中心溫度隨時間t的變化規(guī)律來確定物料的導(dǎo)溫系數(shù)。

2,本試驗的邊界條件屬于第幾類?答:其次類邊界條件

3,當(dāng)Bi較大時,對所測定的α值將會產(chǎn)生何種影響?

答:Bi越大意味著物體內(nèi)部溫度越不均勻，溫度梯度越大，內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻起控制作用。所測定的α值將會偏小。

4,查閱物料導(dǎo)溫系數(shù)還有哪些測量方式？

答：常用的方法還有1）穩(wěn)態(tài)球壁導(dǎo)熱測定法2）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測定法3）非穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測定法

試驗6氣相擴散系數(shù)的測定

1,本試驗中擴散的推動力是什么?

答:系統(tǒng)的總壓與擴散管口A組分的分壓之差

2,何謂穩(wěn)態(tài)擴散?本試驗屬于穩(wěn)態(tài)還是非穩(wěn)態(tài)擴散過程?

答:穩(wěn)態(tài)擴散：擴散系數(shù)中，任一體積元在任一時刻流入的物質(zhì)量與流出的相等，即任一

點的濃度不隨時間的變化而變化。本試驗屬于穩(wěn)態(tài)擴散過程。

3,你了解那些氣相擴散系數(shù)的經(jīng)驗計算公式,如何獲取?答:1）公式6-8

4,氣相擴散系數(shù)的常用單位和量級范圍是什么?答:單位：m2/s量級范圍：10*-5~~10*-4

5,氣體流量的大小,擴散管直徑的粗細,水浴溫度的高低對擴散系數(shù)有何影響?試驗中還有哪些因素會影響測量的結(jié)果?

答:氣體流量增大,擴散管直徑增加,水浴溫度變高都使擴散系數(shù)增加.試驗中測高儀的讀數(shù)和測試劑的濃度等會影響測量的結(jié)果.

6,擴散管管口處A組分的分壓PA0近似等于多少?為什么?假使確切處理,有何方法?答:PA0近似等于0,空氣流量較大而通過擴散進入空氣主體的測試試劑很少.通過氣相色譜的方式確切計算PA0.

試驗8連續(xù)均相反應(yīng)器停留時間分布的測定

1,示蹤劑輸入的方法有幾種?為什么脈沖示蹤法應(yīng)當(dāng)瞬間注入示蹤劑?答:階躍法和脈沖法保證它停留時間一致

2,為什么要在流量U、轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定一段時間后才能開始試驗？答：保證流形穩(wěn)定

3，把脈沖法所得出口示蹤劑濃度對時間作圖，試問曲線下面積有何意義？答：Ft停留時間分布函數(shù)

4，改變流量對平均停留時間有什么影響？答：流量越大，平均停留時間越短。

試驗9氣升式環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)及傳質(zhì)性能的測定

1.是如何得以循環(huán)起來的?

答:試驗指導(dǎo)書P64，試驗原理的其次段。

2.當(dāng)進氣量變化時，氣含率、液體循環(huán)速度和氧體積傳質(zhì)系數(shù)是如何變化的？答：氣量增加，氣含率增加，液體循環(huán)速度增加，氧體積傳質(zhì)系數(shù)增加。3.氣升式環(huán)流反應(yīng)器是瘦高型還是矮胖型的傳質(zhì)性能好？答：瘦高型

4.試驗中所測的氣含率、液體循環(huán)速度和氧體積傳質(zhì)系數(shù)這3個參數(shù)對指導(dǎo)工程放大有何意義？

答：傳遞過程受系統(tǒng)規(guī)模的影響很大。氣含率是表征反應(yīng)器流體力學(xué)性能的重要參數(shù)之一，反應(yīng)器放大后氣含率的壁效應(yīng)可忽略。通過對傳質(zhì)系數(shù)的試驗測定來確定氣體流量從而控制生物細胞的生長和代謝速率與小試時一致。液體循環(huán)速度應(yīng)正比于反應(yīng)器的大小。

試驗10催化劑內(nèi)擴散有效因子的測定

1.外擴散阻力如何消除？

答：消除外擴散可通過增加氣速方式來使外擴散阻力消除。2.本征反應(yīng)動力學(xué)如何測定？

答：首先應(yīng)當(dāng)排除內(nèi)外擴散，然后利用固定床積分反應(yīng)器，改變流量，測定轉(zhuǎn)化率。按XA-W/FA0作圖，得到各等溫條件下XA與W/FA0的曲線，對組分A進行物料衡算有

→

得到XA與W/FA0的曲線等溫線上的斜率就是該點的反應(yīng)速率

試驗11乙酸乙酯皂化反應(yīng)動力學(xué)的測定

1，假使NaOH和CH3COOC2H5起始濃度不相等，試問應(yīng)怎樣計算K值？答：CH3COOC2H5+NaOH—>CH3COONa+C2H5OHCA0CB0CA0-CACA0-CA

CACB0-CA0+CA

-rA=k*CA*CB+k*CA*(CB0-CA0+CA)=-dCA/dtKt=

dCA?CA0CA*(CB0?CA0?CA)

CA

試驗12甲苯液相催化氧化制甲苯酸

1，汽液反應(yīng)器有哪些類型？各有什么特色？

類型：⑴氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的鼓泡塔反應(yīng)器、攪拌鼓泡釜式反應(yīng)器和板式反應(yīng)器⑵液體以液滴狀分散在氣相中的噴霧、噴射和文氏反應(yīng)器等；

⑶液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料塔反應(yīng)器和降膜反應(yīng)器等。㈠鼓泡塔反應(yīng)器

特點：優(yōu)點：⑴氣體以小的氣泡形式均勻分布，連續(xù)不斷地通過氣液反應(yīng)層，保證了充足的氣液接觸面，使氣液充分混合反應(yīng)良好。

⑵結(jié)構(gòu)簡單，簡單清理，操作穩(wěn)定，投資和維修費用低⑶鼓泡反應(yīng)器具有極高的儲液量和相際接觸面積，傳質(zhì)和傳熱效率較高，適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)和高度放熱的狀況。

⑷在塔的內(nèi)、外都可以安裝換熱裝置。⑸與填料塔相比較，鼓泡塔能處理懸浮液體

缺點：⑴為了保證氣體沿截面的均勻分布，鼓泡塔的直徑不宜過大，一般在2~3m以內(nèi)。⑵鼓泡塔反應(yīng)器液相軸向返混很嚴(yán)重，在不太大的高徑比狀況下可認(rèn)為液相處于理想混合狀態(tài)，因此較難在單一連續(xù)反應(yīng)器中達到較高的液相轉(zhuǎn)化率。⑶鼓泡反應(yīng)器在鼓泡時所耗壓降較大。

適用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)㈡填料塔反應(yīng)器

填料塔反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，易于適應(yīng)各種腐蝕介質(zhì)和不易造成溶液起泡的優(yōu)點。填料反應(yīng)器也有不少缺點：首先，它無法從塔體中直接移去熱量，當(dāng)反應(yīng)熱較高時必需借助增加液體噴淋量以顯熱形式帶出熱量;其次，由于存在最低潤濕率的問題，在好多狀況下需采用自身循環(huán)才能保證填料的基本潤濕，但這種自身循環(huán)破壞了逆流的原則。適用于瞬間反應(yīng)、快速和中速反應(yīng)過程。㈢板式塔反應(yīng)器

優(yōu)點：⑴將軸向返混降低至最小程度

⑵可以在很小的液體流速下進行操作

⑶能在單塔中直接獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率

缺點：⑴可以在板上安置冷卻或加熱元件，以適應(yīng)維持所需溫度的要求

⑵板式塔反應(yīng)器具有氣相滾動壓降較大和傳質(zhì)表面較小適用于快速及中速反應(yīng)㈣噴霧塔反應(yīng)器

結(jié)構(gòu)較為簡單，液體以細小液滴的方式分散與氣體中，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，具有相接觸面積大和氣相壓降小等優(yōu)點。噴霧塔反應(yīng)器具有持液量小和液側(cè)傳質(zhì)系數(shù)過小，氣相和液相返混較為嚴(yán)重的缺點。

適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，也適用于生成固體的反應(yīng)。㈤降膜反應(yīng)器

優(yōu)點：借助于管內(nèi)的滾動液膜進行氣液反應(yīng)，管外使用載熱流體導(dǎo)入或?qū)С龇磻?yīng)熱還具有壓降小和無軸向返混

適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，特別適用于較大熱效率的氣液反應(yīng)過程。㈥攪拌鼓泡釜式反應(yīng)器特點：機械攪拌以增大傳質(zhì)效率發(fā)站起來的。在機械攪拌的作用下反應(yīng)器內(nèi)氣體能較好地分散成細小的氣泡，增大氣液接觸面積。適用于慢速反應(yīng)㈦高速湍動反應(yīng)器

由于湍動的影響，加速了氣膜傳遞過程的速率，因而獲得很高的反應(yīng)速率。適用于瞬間反應(yīng)。

3，增大通氣量對反應(yīng)有何影響?改用富氧作氧化劑如何?

答:甲苯轉(zhuǎn)化率隨氣通氣量的增加而增加,有利于反應(yīng)的向正方向進行.若改用富氧做氧化劑,有利于反應(yīng)的向正方向進行.

4,反應(yīng)中為何要參與苯甲醛?反應(yīng)時為何要加壓進行?

答:甲苯氧化制苯甲酸反應(yīng)分為兩步進行,首先甲苯氧化成苯甲醛,然后由苯甲醛再氧化為苯甲酸.參與苯甲醛可以提高苯甲酸的轉(zhuǎn)化率,更有利于反應(yīng)生成苯甲酸.該反應(yīng)為分子數(shù)減小的反應(yīng),隨著壓力的增大,甲苯的轉(zhuǎn)化率和苯甲酸的收率均有提高.

5,如何提高甲苯氧化的反應(yīng)速度?如何加強氣液間的傳質(zhì)?答:①用富氧作氧化劑,②適當(dāng)增加溫度

通過增加擾動的方式加強氣液間的傳質(zhì),如增加一個攪拌槳等6,工業(yè)上生產(chǎn)苯甲酸的工藝有哪幾種?

答:苯甲酸工業(yè)生產(chǎn)方式有三種:甲苯液相空氣氧化法,芐川三氯水解法,鄰苯二甲酸酐脫羧法.其中甲苯液相空氣氧化法由于技術(shù)成熟,原料易得,故應(yīng)用最廣.

試驗13乙苯脫氫制苯乙烯

1為什么脫氫反應(yīng)要在高溫低壓下進行

烴類脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△HΘ>0，其吸熱量與烴類的結(jié)構(gòu)有關(guān)，大多數(shù)脫氫反應(yīng)在低溫下平衡常數(shù)很小，由于△HΘ>0，隨著反應(yīng)溫度升高而平衡常數(shù)增大，平衡轉(zhuǎn)化率也升高.脫氫反應(yīng)是分子數(shù)增加的反應(yīng)，從熱力學(xué)分析可知，降低總壓力，可使產(chǎn)物的平衡濃度增大.

2提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率有哪些措施

1）可利用圓筒形輻射滾動反應(yīng)器，雙蒸汽兩端絕熱反應(yīng)器，多段徑向流反應(yīng)器來提高乙苯的轉(zhuǎn)化率和收率

2）降低反應(yīng)器的壓力

利用多段絕熱反應(yīng)器，填充不同的催化劑，發(fā)揮催化劑的最大效果3）新型催化劑的研制3反應(yīng)中為何要參與水蒸氣

在水蒸氣存在時,苯乙烯、乙烯等不飽和物在高溫下會聚合、縮合產(chǎn)生焦油和焦,它們會覆蓋在催化劑表面使催化劑活性下降。副產(chǎn)物有甲苯(3.5%左右)和苯(1%左右)以及C2H6,CH4,H2,CO2和碳(焦)等。

4為什么要進行催化劑的再生？如何進行再生？

本試驗采用鐵系催化劑作為乙苯氣相脫氫制苯乙烯反應(yīng)的催化劑。

工業(yè)生產(chǎn)中，常壓下常以水蒸氣為稀釋劑，水蒸氣可以與沉積在催化劑表面的炭發(fā)生反應(yīng)：C+2H2O→CO2+2H

從而使催化劑在反應(yīng)過程中自動獲得再生，延長了催化劑的使用壽命

試驗15液-液萃取試驗

1,在本試驗中水相是輕相還是重相，是分散相還是連續(xù)相？在本試驗中水相是輕相是連續(xù)相

2,轉(zhuǎn)速和油水流量比萃取過程有何影響？轉(zhuǎn)速增加加強了傳質(zhì)過程，提高了液液相萃取的效率對萃取過程有力。油化比減少即萃取劑的量增加，對萃取過程有力。

3,本試驗中分散相的液滴在塔內(nèi)是如何運動的？從下向上動

4,傳質(zhì)單元數(shù)與那些因素有關(guān)？分開要求塔徑傳質(zhì)高度

5,轉(zhuǎn)軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)對試驗是否有關(guān)？

有影響,反轉(zhuǎn)比正轉(zhuǎn)更好.反轉(zhuǎn)更有利于油水之間的混合,使傳質(zhì)過程更加充分.