反应第六章

1第六章如何理解活化能的工程意义是反应速率对反应温度敏感程度的一种度量？答：反应速率表达式为12()()iirfTfc∵10()exp()cgEfTkkRT∴1ln/cEkT即1ln/ciErT反应活化能直接决定了反应速率常数对温度的相对变化率大小，因此，活化能的工程意义是反应速率对反应温度敏感程度的一种度量。简述间歇反应器？简述脉冲示踪法测停留时间分布密度的实验方法及其对应曲线？答：脉冲示踪法是在定常态操作的连续流动系统的入口处在t=0的瞬间输入一定量M克的示踪剂A，并同时在出口处记录出口物料中示踪剂的浓度随时间的变化。（4分）对应的曲线为E(t)曲线，0()()()ctEtctdt。用作图法求解理想管式反应器体积？答：反应空时可由下图求得则由0rVV可求得反应器体积。224225CHHOCHOH是可逆放热反应，如何优化管式反应器温度？答：该反应是一个可逆放热反应，提高温度可以提高正方向反应速率，但降低了平衡常数，从而减小了可能达到的最大收率，降低了原料的利用率。因此，在反应器进口处，由于反应气体组成远离平衡，为提高反应速率，采用较高的温度是有利的；在反应器出口处应降低温度，以提高所能达到的平衡转化率。整个反应器温度采用前高后低序列。试描述催化剂在催化反应中的作用？什么是拟一级反应，有什么作用？答：拟一级反应是指在双组分二级反应中，其中一个组分浓度相对与另一个组分浓度很高，则高浓度组分在整个反应过程中浓度可以近似看作不变，则反应可以看作低浓度组分的一级反应，称为拟一级反应。拟一级反应在降低二级反应后期反应时间，降低相同转化率所需时间。简述扩散模型基本假设试用作图法说明如何优化自催化反应反应器，使其反应器体积最小？答：如图所示，自催化反应器可采用全混流反应器串联管式反应器，使整个反应器体积最小。3某双组分串连反应BBAPS，如何提高该反应的选择率？答：在这个反应过程中，反应物B对选择率的影响同样取决于主、副反应对反应物反应级数的相对大小。对于反应物A而言，根据串连反应浓度效应要求，希望反应物A的浓度维持在高浓度。对于双组分反应，使反应物A和B的配比大大超过化学计量关系的需要，即让物料A大大过量，随着转化率的提高，物料A的浓度不会继续下降，而是趋于一个定值，这就大大提高了反应后期的瞬时选择率，也就提高了反应的平均选择率。如何理解反应级数的工程意义是反应速率对反应物浓度敏感程度的一种度量？答：反应速率表达式为12()()iirfTfc∵iiiiirvrcc∴//iiiiirrvcc反应级数的工程意义是表示反应速率对于反应物浓度变化的敏感程度。试回答理想间歇反应器的特点？用作图法求解理想间歇反应器体积答：（4分）间歇反应器反应器体积可按下式求解：0rTVVt，其中Tcttt，t为反应时间，可由上图求得，ct为辅助时间。（2分）44．试回答串连反应选择率的温度效应？答：串连反应的选择率为211PAkcSkc，其中21/kk表示了温度对平行反应选择率影响的温度效益。由阿伦尼乌斯方程可知21()/202110EERTkkekk，(1)如E1E2，即主反应活化能大于副反应活化能，则提高温度有利于反应选择率的增加；(2)如E1E2，即主反应活化能小于副反应活化能，则降低温度有利于反应选择率的增加；(3)如E1＝E2，即主反应活化能和副反应活化能相等，则选择率与温度无关。（5．串连反应12kkAPS，P组分是目的产物，主反应活化能小于副反应活化能，考虑收率和产量要求，如何优化反应器温度？答：反应活化能小于副反应活化能，从选择率目标出发，整个反应过程要尽可能在低温下操作，此时为达到一定处理量所要求的反应器体积必然很大。为了考虑产量目标，必需考虑反应速率，为了加速第一个反应——主反应速率，在反应前期可以提高温度，此时产物P浓度较低，副反应影响较小。随着反应的进行，产物P不断增加，为减少产物P的深度反应，反应温度应逐渐降低。而温度的降低，使副反应速率比主反应速率下降得快，可以减少产物P的深度反应。所以从兼顾选择率和反应速率出发，反应过程存在一个从高温到低温的温度序列。试回答弗隆德里希（Freundlish）真实吸附理论什么是自催化反应答：自催化反应是指反应产物本身具有催化作用，能加速反应的进行。（2分）反应一般表示为APPP，其动力学方程式为()AAPrkcc，（2分）自催化反应过程中有一个最大反应速率出现，反应物浓度对应为00()/2AAPccc。5简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？试简述丹克莱尔（Damkohler）准数物理意义，并写出其表达式。苯氧化反应如下式所示：三个反应活化能分别为196.56/EkJmol，2147.14/EkJmol，367.72/EkJmol，现该反应在管式反应器中进行，如何优化反应器温度并说明原因。简述连续流动釜式反应器的特点6停留时间分布密度函数E（t）的含义？试简述西勒（Thiele）准数物理意义，并写出其表达式。试简述外扩散对反应选择率的影响？答：(1)当主反应级数大于副反应级数(nln2)时，颗粒外扩散阻力的存在使实际反应场所颗粒外表面反应物浓度下降，对于反应选择率是不利的。(2)当主反应级数低于副反应级数(nln2)时，外部传质阻力存在，有利于选择率提高。(3)当主反应级数与副反应级数相同(nl=n2)时，外部传质阻力的存在对选择率无影响。试画出中间换热式多段绝热反应器的T－x图答：·（6分）7试回答平行反应111222(),(),knPAknSAPrkcASrkc主副选择率的温度效应答：平行反应的选择率为212111nnASkck，其中21/kk表示了温度对平行反应选择率影响的温度效益。由阿伦尼乌斯方程可知21()/202110EERTkkekk，(1)如E1E2，即主反应活化能大于副反应活化能，则提高温度有利于反应选择率的增加；(2)如E1E2，即主反应活化能小于副反应活化能，则降低温度有利于反应选择率的增加；(3)如E1＝E2，即主反应活化能和副反应活化能相等，则选择率与温度无关。用作图法求解连续流动釜式反应器体积？答：连续流动釜式反应器空时大小可由下图求得，等同于矩形面积。则反应器体积为0rVV。8对于二级反应，为什么反应器进口端外扩散影响比出口端要大？答：二级反应外扩散效率因子1随丹克莱尔准数增大而减少，二级反应丹克莱尔准数表达式为bgkcDak，反应器进口处浓度比出口端高，所以进口端丹克莱尔准数比出口端大，所以进口端外扩散效率1比出口端小，因此反应器进口端外扩散影响比出口端要大。简述改善颗粒内传质的措施。答：为了改善颗粒内扩散阻力，可采取二个较为有效的措施。(1)在工程上能承受的压降条件下，尽可能的采用细颗粒催化剂。(2)改变催化剂的工程结构，降低内部传质阻力，以利于选择率的提高。简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？试回答平行反应111222(),(),knPAknSAPrkcASrkc主副选择率的浓度效应。答：平行反应的选择率为212111nnASkck，其中21nnAc表示了浓度对平行反应选择率影响的温度效应。(1)如n1n2，即主反应级数大于副反应级数，则提高浓度有利于反应选择率的增加；9(2)如n1n2，即主反应级数小于副反应级数，则降低浓度有利于反应选择率的增加；(3)如n1＝n2，即主反应级数和副反应级数相等，则选择率与浓度无关。什么是全混流假定?停留时间分布密度函数E（t）的含义？如何加强固定床反应器轴向传热答：（1）改变径向传热可以改善轴向传热；（2）改变轴向导热系数，如加入惰性导热片；（3）稀释催化剂浓度等。简述气—固相催化反应的动力学步骤？简述理想管式反应器的特点？10对于反应，21RArkc，1E；2sArkc，2E，当12EE时如何选择操作温度可以提高产物R的收率？答：对于平行反应2112/1010/2020EEERTRRTRAAERTSkekrScecrkek。（4分）所以，当12EE时应尽可能提高反应温度，方可提高R的选择性，提高R的收率。（2分）如何减少流化床反应器返混？答：流化床反应器是气固相连续操作的一种工业反应器，流化床中由于气泡运动造成气相和固相都存在严重的返混。为了限制返混，对高径比较大的流化床反应器，常在其内部装置横向挡板以减少返混。而对高径比较小的，则可设置垂直管作为内部构件，也就是纵向分割。如何加强固定床反应器径向传热？答：消除径向温度分布是一个重要的工程问题，主要措施是加强径向传热，提高径向有效导热系数或降低反应放热强度。（2分）加强径向传热的有效措施是减小反应管直径，缩短床层径向传热距离提高管内流体流动速度，也可以增强径向有效导热能力，但流体流速的提高受到反应转化率与压降的约束。（2分）另外的有效措施是降低反应的放热强度，如降低反应物浓度、降低催化剂活性或采用惰性颗粒稀释催化剂等都可以降低反应的放热强度。（2分）简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？试回答串连反应12kkAPS选择率的浓度效应答：串连反应的选择率为211PAkcSkc，其中PAcc表示了反应选择率的浓度效应。（4分）从该式可以看出，反应的选择率随着转化率Ax的提高而下降，维持高浓11度Ac可以提高反应选择率。（2分）简述脉冲示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？为使自催化反应反应器总体积最小，如何优化自催化反应反应器？答：如图所示，自催化反应器可采用全混流反应器串联管式反应器，使整个反应器体积最小。如何减少气液鼓泡反应器返混答：为了限制气液鼓泡反应器中液相的返混程度，工业上常采用如下一些措施：放置填料，即填料鼓泡塔，填料不但起分散气泡，增强气液相间传质的作用，而且限制了液相的返混；设置多孔多层横向挡板，把床层分成若干级，尽管在每一级内液相仍达到全混，但对整个床层来说就如多釜串连反应器一样，使级间的返混受到最大的限制；安置垂直管，既可限制气泡的合并长大，又在一定程度上起到了限制液相返混的作用。试回答焦姆金真实吸附理论？答：焦姆金真实吸附理论认为固体表面是不均匀的，各吸附中心的能量不等，有强有弱。吸附时吸附分子首先占据强的吸附中心，放出的吸附热大。随后逐渐减弱，放出的吸附热也愈来愈小。由于催化剂表面不均匀性，因此吸附活化能aE随12覆盖率的增加而线性增加，解吸活化能dE则随覆盖率的增加而线性降低，即0aaAEE0ddAEE试回答内扩散对反应选择率的影响？答：(1)当主反应级数大于副反应级数(nln2)时，颗粒内扩散阻力的存在使实际反应场所颗粒外表面反应物浓度下降，对于反应选择率是不利的。(2)当主反应级数低于副反应级数(nln2)时，内部传质阻力存在，有利于选择率提高。(3)当主反应级数与副反应级数相同(nl=n2)时，内部传质阻力的存在对选择率无影响。试画出中间冷激式多段绝热反应器的T－x图答：