化学反应工程学问答题答案

理想平推流反应器（PFR）和全混流反应器（CSTR）的特点。高转化率时应选用何种类型反应器？

答：理想平流推反应器的特点：

连续状态下，垂直于物料流动方向的各个截面上的各种参数是位置的函数（物料的温度、浓度不断变化）；

垂直于物料流动方向的任一截面上物料的所有参数，如温度、浓度、压力、流速都相同；径向速度均匀，径向也不存在浓度分布；

所有物料质点在反应器中具有相同的停留时间，反应器中不存在返混，反应物料具有相同的停留时间；

轴向不存在流体的混合。

全混流反应器的特点：

定态操作；

反应器中的各种操作参数（C、T）不随时间变化，也不随位置变化；反应速率在各点处相同，且不随时间变化——等速反应器；

出口处的C、T等于反应器的C、T；

多用于液相反应、恒容操作。

高转化率应选用混合反应器。

Langmuir化学吸附模型的特征。焦姆金吸附模型与Langmuir吸附模型的区别是什么？

答：Langmuir化学吸附模型的特征：

1催化剂表面活性中心的分布是均匀的；

2吸、脱附活化能与表面覆盖率无关；

3每个活性中心只能吸附一个分子；

4吸附的分子之间互不影响。

区别：与Langmuir吸附模型不同，焦姆金吸附模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈线性关系。

本征动力学实验中如何消除内扩散和外扩散的影响？

答：内扩散影响的消除：在催化剂的外表面的组分浓度与颗粒毛细孔内表面浓度差异比较大，内扩散阻力的作用。当用不同粒度的催化剂颗粒测定的动力学数据一致时，认为消除了内扩散的影响。

外扩散影响的消除：改变通过催化剂床层气体的线速度，减小气膜阻力。当气体线速度对反应动力学不产生影响时，认为消除了外扩散的影响

内、外扩散影响的排除

1保证处于动力学控制区2催化剂表面浓度近似等于气相浓度。

外扩散影响的排除

在同一反应器中放置不同重量的催化剂W1、W2，同一温度下，改变气体流量FA0（进料组成不变），测得其转化率，两者按xA~W/FA0作图。

内扩散影响的排除

在恒定W/FA0下，改变催化剂粒径dp，测得转化率，以xA~dp作图，则

b点以左，为内扩散影响排除区

b点以右，内扩散影响未排除实验用dp<(dp)b

试比较气固相固定床反应器与流化床反应器的优缺点？

答：流体床优点——

①气固混合搅拌强烈，传质传热快，床层温度较均匀；

②催化床层的内外扩散的影响较小，宏观动力学与本征动力学接近。

③具有流体一样的流动性，便于输送、便于实现连续化和自动化；

④气固接触面积大，3000～5000m2/m3。

缺点：

①气体的流动状态难以描述，偏离平推流。气泡长大，产生气节、沟流等，气固接触不充分，转化率只有50～70%；

②由于返混，增加二次反应，气体和焦炭产率增加（轻质油产率降低）。

③由于返混，降低了再生反应速度和再生器效率；

④催化剂带出量大；

⑤粒子间及粒子与设备间强烈磨擦。

固定床优点——

①固定床中的催化剂不易磨损，可长期使用

②床层内流体的流动接近平推流，反应速度较快，可用少量的催化剂和较小容积的反应器就可获得较大的生产能力。

③停留时间较易控制，温度分布亦可以适当调节，可以达到较高的转化率和高的选择性；

缺点：

①床层传热较差，对于热效应大的反应，传热和温控困难；

②更换催化剂时需停车。③催化剂寿命要求长。