反應(yīng)工程簡答題

反應(yīng)工程簡答題1.簡述均相反應(yīng)及其動力學的研究內(nèi)容？答：參與反應(yīng)的各物質(zhì)均處于同一個相內(nèi)進行的化學反應(yīng)稱為均相反應(yīng)。均相反應(yīng)動力學是研究各種因素如溫度、催化劑、反應(yīng)物組成和壓力等對反應(yīng)速率、反應(yīng)產(chǎn)物分布的影響，并確定表達這些影響因素與反應(yīng)速率之間定量關(guān)系的速率方程。2.簡述鏈鎖反應(yīng)所具有的基本特征？答：1）鏈反應(yīng)具有三個階段：鏈的引發(fā)、鏈的傳播和鏈的終止；2）鏈的引發(fā)和傳播均需要通過游離原子或游離基；3）游離原子和游離基均具有較高活性，容易受器壁或其它惰性物的作用而重新生成穩(wěn)定的分子，從而使鏈反應(yīng)終止。3.簡述理想反應(yīng)器的種類？答：通常所指的理想反應(yīng)器有兩類：理想混合（完全混合）反應(yīng)器和平推流（活塞流或擠出流）反應(yīng)器。所謂完全混合流反應(yīng)器是指器內(nèi)的反應(yīng)流體瞬間達到完全混合，器內(nèi)物料與反應(yīng)器出口物料具有相同的溫度和濃度。所謂平推流反應(yīng)器是指器內(nèi)反應(yīng)物料以相同的流速和一致的方向進行移動，不存在不同停留時間的物料的混合，所有的物料在器內(nèi)具有相同的停留時間。4.簡述分批式操作的完全混合反應(yīng)器？答：反應(yīng)物料一次性投入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)過程中，不再向器內(nèi)投料，也不出料，待達到反應(yīng)要求的轉(zhuǎn)化率后，一次性出料，每批操作所需生產(chǎn)時間為反應(yīng)時間與非生產(chǎn)性時間之和，非生產(chǎn)性時間包括加料、排料和物料加熱、冷卻等用于非反應(yīng)的一切輔助時間。5.簡述等溫恒容平推流反應(yīng)器空時、反應(yīng)時間、停留時間三者關(guān)系？答：空時是反應(yīng)器的有效容積與進料流體的容積流速之比。反應(yīng)時間是反應(yīng)物料進入反應(yīng)器后從實際發(fā)生反應(yīng)的時刻起到反應(yīng)達某一程度所需的反應(yīng)時間。停留時間是指反應(yīng)物進入反應(yīng)器的時刻算起到離開反應(yīng)器內(nèi)共停留了多少時間。由于平推流反應(yīng)器內(nèi)物料不發(fā)生返混，具有相同的停留時間且等于反應(yīng)時間，恒容時的空時等于體積流速之比，所以三者相等。6.對于可逆放熱反應(yīng)如何選擇操作溫度？答：1）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；2）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；3）而溫度的進一步提高將導(dǎo)致正逆反應(yīng)速率相等而達到化學平衡。7.簡述尋求停留時間分布的實驗方法及其分類？答：通過物理示蹤法來測反應(yīng)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(yīng)活性的物質(zhì)按一定的輸入方式加入穩(wěn)定的流動系統(tǒng)，通過觀測該示蹤物質(zhì)在系統(tǒng)出口的濃度隨時間的變化來確定系統(tǒng)物料的停留時間分布。根據(jù)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。8.簡述脈沖示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應(yīng)曲線？答：脈沖示蹤法是在定常態(tài)操作的連續(xù)流動系統(tǒng)的入口處在t=0的瞬間輸入一定量M克的示蹤劑A，并同時在出口處記錄出口物料中示蹤劑的濃度隨時間的變化。對應(yīng)的曲線為E(t)曲線，。9.簡述階躍示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應(yīng)曲線？答：階躍示蹤法是對于定常態(tài)的連續(xù)流動系統(tǒng)，在某瞬間t=0將流入系統(tǒng)的流體切換為含有示蹤劑A且濃度為的流體，同時保持系統(tǒng)內(nèi)流動模式不變，并在切換的同時，在出口處測出出口流體中示蹤劑A的濃度隨時間的變化。對應(yīng)的曲線為F（t），。10.簡述建立非理想流動的流動模型的步驟？答：1）通過冷態(tài)模型實驗測定實驗裝置的停留時間分布；根據(jù)所得的有關(guān)E（t）或F（t）的結(jié)果通過合理的簡化提出可能的流動模型，并根據(jù)停留時間分布的實驗數(shù)據(jù)來確定所提出的模型中所引入的模型參數(shù)；結(jié)合反應(yīng)動力學數(shù)據(jù)通過模擬計算來預(yù)測反應(yīng)結(jié)果；通過一定規(guī)模的熱模實驗來驗證模型的準確性。11.簡述非理想流動軸向擴散模型的特點？答：1）在管內(nèi)徑向截面上流體具有均一的流速；2）在流動方向上流體存在擴散過程，該過程類似于分子擴散，符合Fick定律；3）軸向混合系數(shù)EZ在管內(nèi)為定值；4）徑向不存在擴散；5）管內(nèi)不存在死區(qū)或短路流。12.簡述非理想流動軸向擴散模型的定義？答：為了模擬返混所導(dǎo)致流體偏離平推流效果，可借助這種返混與擴散過程的相似性，在平推流的基礎(chǔ)上疊加上軸向返混擴散相來加以修正，并人為的假定該軸向返混過程可以用費克（Fick）定律加以定量描述。所以，該模型稱為“軸向分散模型”（或軸向擴散模型）13.簡述非理想流動多級混合模型的特點？答：把實際的工業(yè)反應(yīng)器模擬成由n個容積相等串聯(lián)的全混流區(qū)所組成，來等效的描述返混和停留時間分布對反應(yīng)過程內(nèi)的影響。設(shè)反應(yīng)器容積為V，物料流入速率為v0，則，。14.舉例說明微觀流體和宏觀流體的區(qū)別？答；若流體是分子尺度作為獨立運動單元來進行混合，這種流體稱為微觀流體；若流體是以若干分子所組成的流體微團作為單獨的運動單元來進行微團之間的混合，且在混合時微團之間并不發(fā)生物質(zhì)的交換，微團內(nèi)部具有均勻的組成和相同的停留時間，這種流體稱為宏觀流體。如在氣—液鼓泡攪拌裝置中，氣體以氣泡方式通過裝置，此時氣體是宏觀流體，而液體為微觀流體。15.簡述Langmuir等溫吸附方程的基本特點？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)；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）吸附的機理均相同，吸附形成的絡(luò)合物均相同。16.簡述BET方程測定固體催化劑比表面積的原理？答：1）氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態(tài)經(jīng)過床層，氣—固兩相接觸不夠有效；2）粒子運動基本上是全混式，因此停留時間不一。在以粒子為加工對象時，影響產(chǎn)品質(zhì)量的均一性，）且粒子的全混造成了氣體的部分返混，影響反應(yīng)速率和造成副反應(yīng)的增加；3）粒子的磨損和帶出造成催化劑的損失，并要設(shè)置旋風分離器等粒子回收系統(tǒng)。34.簡述流化床反應(yīng)器中操作氣速U0是如何選取的？答：實用的操作氣速U0是根據(jù)具體情況選取的。一般之值（稱作流化數(shù)）在1.5～10范圍的，另外也有按左右來選取。通常所用的氣速為0.15～0.5m/s左右，對于熱效應(yīng)不大，反應(yīng)速度慢，催化劑粒度細，篩分寬，床內(nèi)無內(nèi)部構(gòu)件和要求催化劑的帶出量少的情況，宜選用較低氣速，反之，則用較高氣速。35.簡述氣泡的結(jié)構(gòu)及其行為？答；氣泡的頂是呈球形的，尾部略為內(nèi)凹，在尾部區(qū)域，由于壓力比近傍稍低，顆粒被卷了進來，形成局部渦流，這一區(qū)域稱為尾渦。在氣泡的上升的途中，不斷有一部分顆粒離開這一區(qū)域，另一部分顆粒補充進來，這樣就把床層下部的顆粒夾帶上去而促進了全床顆粒的循環(huán)與混合。部分氣體可穿過氣泡進行物質(zhì)交換，在泡外形成一環(huán)流，稱為氣泡云。尾渦與氣泡云隨氣泡上升，其中所含粒子濃度與乳相中幾乎相同，二者渾然一體，形成氣泡暈。36.簡述流化床反應(yīng)器的開發(fā)和放大時考慮的問題？答：主要是通過以下三個方面來考慮：1）催化劑的性能。催化劑必須具有良好的活性、選擇性和穩(wěn)定性；催化劑的粒度和粒度分布能維持良好的流化質(zhì)量。2）操作條件要注意放大效應(yīng)的影響；3）床層結(jié)構(gòu)上通過分布板和內(nèi)部構(gòu)件兩方面來考慮，增加氣液的接觸面積和有效的傳熱，維持一定的壓降。37.簡述雙膜理論？答：該模型設(shè)想在氣—液兩相流的相界面處存在著呈滯流狀態(tài)的氣膜和液膜，而把氣液兩相阻力集中在這兩個流體膜內(nèi)，而假定氣相主體和液相主體內(nèi)組成均一，不存在傳質(zhì)阻力。組分是通過在氣膜和液膜內(nèi)的穩(wěn)定的分子擴散過程來進行傳質(zhì)的，通過氣膜傳遞到相界面的溶質(zhì)組分瞬間的溶于液體且達到平衡。因此，把復(fù)雜的相間傳質(zhì)過程模擬成串聯(lián)的穩(wěn)定的雙膜分子擴散過程的疊加，相間傳質(zhì)總阻力等于傳質(zhì)阻力的加和。38.簡述氣—液相反應(yīng)器的設(shè)計所包含的內(nèi)容？答：首先是根據(jù)氣—液反應(yīng)系統(tǒng)的動力學特征來選擇正確的反應(yīng)器型式，然后結(jié)合反應(yīng)器特性來確定能滿足給定生產(chǎn)任務(wù)的反應(yīng)器幾何尺寸。39.簡述氣—液相反應(yīng)器型式的選擇應(yīng)考慮的因素？答：1）氣、液的接觸方式，即氣體和液體在器內(nèi)的流動模式；2）相間傳質(zhì)系數(shù)、；3）氣、液流動速率；4）氣—液反應(yīng)控制區(qū)的考慮。40.以純液體在懸浮催化劑上的加氫反應(yīng)為例來說明氣—液—固反應(yīng)的過程？答：1）氣相中的反應(yīng)組分（如氫氣）通過氣膜向氣液界面的擴散傳質(zhì)；2）氫在氣液界面上溶解，假定達到平衡，然后通過液膜向液相主體內(nèi)進行擴散；3）氫在液相主體內(nèi)具有均一的濃度，它將進一步通過固體表面上的液膜從液相主體向固體粒子表面擴散；4）氣相反應(yīng)組分和液相反應(yīng)組分在固體表面上發(fā)生反應(yīng)；5）整個反應(yīng)過程就是按上述步驟依次的進行。41.產(chǎn)生停留時間分布的原因：物料的流動速率不均勻分子擴散、湍流分布強制對流有死角、短路42.非理想流動的流動模型器內(nèi)的返混導(dǎo)致停留時間分布有停留時間分布不一定有返混的存在無法用停留時間分布來預(yù)測返混以及其程度大小，只有借助模型化的方法來關(guān)聯(lián)和模擬停留時間分布和返混之間的關(guān)系。建立模型的步驟：（1）通過冷態(tài)實驗測裝置的停留時間分布。（2）將E（t）或F（t）合理簡化提出流動模型。（3）結(jié)合動力學數(shù)據(jù)進行模擬計算預(yù)測反應(yīng)結(jié)果。（4）通過一定規(guī)模的熱模實驗驗證其準確。44.軸向分散模型假定條件物料恒算方程初始條件，邊界條件（示蹤劑輸入方式，流動狀態(tài)，檢測裝置）開—開式51.停留時間分布函數(shù)F（t）的含義？在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動系統(tǒng)中（①分），相對于某瞬間t=0流入反應(yīng)器內(nèi)的流體（①分），在出口流體中停留時間小于t的物料所占的分率為F（t）54.簡述氣固流化床反應(yīng)器鼓泡床模型的特點？假定床頂出氣組成完全可用氣泡中的組成代表（②分），而不必計及乳相中的情況（①分），對氣泡的組成進行計算便可以達到反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率60.簡述氣固流化床反應(yīng)器氣泡兩相模型的特點？1）以U0的氣速進入床層的氣體中，一部分在乳相中以起始流動速度Umf通過，而其余部分以（U0-Umf）則全部以氣泡的形式通過；①分2）床層從流化前的高度Lmf增高到流化時的高度Lf，完全是由于氣泡的體積所造成；①分3）氣泡相為向上的平推流，大小均一；①分4）反應(yīng)完全在乳相中進行；