环工原理思考题1

•催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般情况下催化剂的用量很少。
•催化剂只能改变反应的历程和反应速率，不能改变反应的产物。
•对于可逆反应，催化剂不改变反应的平衡状态，即不改变化学平衡关系。
•催化剂对反应有较好的选择性，一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。
(2)固体催化剂的一般组成是什么？载体在固体催化剂中起什么作用？
(10)什么是流化床反应器？与固定床反应器相比，它有哪些优缺点？
第二节
(1)气-液相反应过程一般可概括为哪些步骤？
1、A从气相主体通过气膜扩散到气液相界面。2、A从相界面进入液膜，同时B从液相主体扩散进入液膜，A、B在液膜内发生反应；3、液膜中未反应完的A扩散进入液相主体，在液相主体与B发生反应；4、生成物P的扩散。5.液膜中未反应完的A扩散进入液相主体，在液相主体与B发生反应。
(5)什么是空间时间和空间速度？它们所表达的物理意义分别是什么？
空间时间：反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。
空间时间τ＝30s表示了什么？每30s处理与反应器有效体积相等的流体
空间速度（空速）：单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量。
空间速度
表示单位时间内能处理几倍于反应器体积的物料，反映了一个反应器的强度。（SV＝2 h-1表示1h处理2倍于反应器体积的流体。）
④反应达到定常态时，各步骤的速率相等。
(5)固相催化反应的本征动力学过程包括哪些步骤？
1、吸附，2、表面反应3、脱附
(7)催化剂有效系数的基本定义是什么？它有哪些用途？
固体催化剂的实际反应速率与固体颗粒内部各处的反应物浓度和温度均与固体表面相同时的理想反应速率之比定义为催化剂的有效系数。用途：只要知道了有效系数，就可以较为方便的计算出宏观反应速率。
反应器设计用到的基本方程：
反应动力学方程、物料/能量/动量衡算式。
第二节
(1)什么是膨胀因子？膨胀因子为1的反应体系，反应后系统的物质的量将如何变化？若是膨胀因子为0.5的反应体系，则如何变化？
膨胀因子：每消耗1mol的某反应物所引起的反应系统总物质的量的变化量(δ)称为该反应物的膨胀因子。
膨胀因子为1时，系统增加1mol；膨胀因子为0.5时系统增加0.5mol。（膨胀因子可正可负）
第四节
(7)细胞循环反应器可以在大于微生物比生长速率的条件下稳定运行，为什么？
因为细胞循环连续反应器把从反应器排出的反应液中的微生物浓缩，将浓缩液返回反应器。
(3)微生物反应中的基质有哪些作用？
1、合成新的细胞物质2、生成反应产物，合成细胞外产物3、提供必要的能量。
(4)微生物反应的产物有哪几类？
第一类产物：基质水平磷酸化产生的产物(如乙醇、乳酸，柠檬酸)。
第二类产物：由合成代谢生成的较复杂的物质（如胞外酶、多糖、抗生素、激素、维生素、生物碱等）
第三类产物：一般指在碳源过量、氮源等受到限制的条件下产生的一类物质（蓄能化合物，如多糖、储存于细胞内的糖原、脂肪等。)
(7)根据反应物料的流动与混合状态，反应器可分为哪些类型。
理想流反应器和非理想流反应器。完全混合流（全混流）反应器和推流反应器。
(8)反应器设计的基本内容包括哪几个方面？它通常用到哪几类基本方程？
1、选择合适的反应器型式；2、确定最佳的操作条件；3、计算达到规定的目标所需要的反应体积，确定反应器的主要尺寸。
•反应主要发生在液相主体
(11)气-液相反应的宏观速率方程根据本征反应速率的快慢有不同的表达形式，为什么？
(12)气-液相中速反应的基本特点是什么？
•A与B的反应速率较慢
•A与B在液膜中反应，但一部分A进入液相主体，与B发生反应
十五章
第一节
(2)微生物反应一般可分为哪几类反应？
①基质利用②细胞生长③细胞死亡/溶化④产物生成。
(3)气-液相瞬间反应的基本特点是什么？
组分A和组分B之间的反应瞬间完成，A与B不能共存，反应过程为传质控制
(6)气-液相快速反应的基本特点是什么？
•A与B之间的反应速率较快
•反应发生在液膜内的某一区域中
•在液相主体不存在A组分，不发生A和B之间的反应
(10)气-液慢速反应的基本特点是什么？
•反应很慢，液膜中的反应消耗量较少，可以忽略不计
(4)对于连续反应器，某一关键组分的转化率的一般定义是什么？
xA=(qnA0－qnA)/qnA0=1－qnA/qnA0
式中qnA0和qnA分别为流入和排出反应器的A组分的量。
第三节
(1)若将反应速率的定义写成－rA＝－dcA/dt，该定义式成立的条件是什么？说明理由。
条件：恒容反应。因为对于恒容反应有dV/dt=0
第二节
第三节
(1)在稳态状态下，槽式连续反应器内的组分组成和转化率随时间变化吗？为什么？
十三章
第一节
(2)间歇反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？
将反应物料按一定比例一次加到反应器内，然后开始搅拌，使反应器内物料的浓度和温度保持均匀。反应一定时间，反应率达到所定的目标之后，将混合物料排出反应器。之后再加入物料，进行下一轮操作，如此反复。
(1)将排出反应器的混合物的一部分不经任何处理直接返送到入口处。
(2)在反应器出口设一分离装置，将反应产物分离取出，只把未反应的物料返送到反应器入口处。
(3)微生物培养中常用的一种形式。在反应器出口设置菌体分离器，将反应产生的菌体浓缩，把浓缩后的菌体的一部分或全部返送到反应器。
十四章
第一节
(1)催化反应有哪些基本特征？
(3)什么是反应级数？它的大小能否反映反应速率的大小？为什么？
反应，实验测得其速率方程式为；则m称为反应物A的分级数；n称为反应物B的分级数；（m+n）为反应的级数。反应级数不能独立地预示反应速率的大小，只表明反应速率对浓度变化的敏感程度。反应级数越大，浓度对反应速率的影响越大。
(4)对于某一化学反应，它的速率常数是否与反应物的浓度有关？催化剂能否改变速率常数的大小？
连续操作：连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器。操作特点∶物料连续输入，产物连续输出，时刻伴随着物料的流动。
半间歇操作/半连续操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为半间歇操作或半连续操作。主要特点：半间歇操作具有间歇操作和连续操作的某些特点。反应器内的组成随时间变化而变化。
(2)什么是简单反应和复杂反应？可逆反应属于哪一类反应？为什么？
•简单反应（单一反应）包括：可逆反应，因为可逆反应可以写出正反应和负反应的两个计量方程，但两者并不独立，用其中一个计量方程即可表达反应组分间的定量关系，因此亦可视为一种简单反应。
•复杂反应（复合反应）包括：平行反应，串联反应，平行-串联反应
(8)催化西勒(Thiele)模数的物理意义是什么？具体说明西勒(Thiele)模数的大小如何影响催化剂的有效系数？
意义：
•以催化剂颗粒体积为基准的最大反应速率与最大内扩散速率的比值。
•反映了反应过程受内扩散及本征反应的影响程度。
•内扩散阻力越大，De越小，Φs值则越大。
(9)简述影响球形催化剂有效系数的主要因素及其产生的影响。
十一章
第一节
(2)反应器的一般特性主要指哪几个方面？
反应器内反应物的流动状态、混合状态、浓度与温度分布、质量和能量传递性能等
(4)什么是间歇操作、连续操作和半连续操作？它们一般各有哪些主要特点？
间歇操作：将反应原料一次加入反应器，反应一段时间或达到一定的反应程度后一次取出全部的反应物料，然后进入下一轮操作。操作特点：反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出。
(2)与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需全混流连续反应器的体积有何不同？为什么？
全混流反应器所需体积大于间歇反应器。
第三节
(3)与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需平推流反应器的体积相同。如何解释这种现象？
所需时间一样。
(4)循环反应器有哪几种典型的操作方式？
与反应物的浓度无关；可以改变速率常数的大小。
(8)对于可逆单一反应，反应物的浓度能减少到零吗？为什么？
不能，
十二章
第一节
(2)用槽式反应器进行动力学实验有哪些优点？
动力学数据的解析比较容易。转化率的大小没有限制，因此对分析的要求也不太苛刻。
(3)对反应器进行物料衡算时，一般应注意哪些问题？（估计会出计算题）
组成：活性物质、载体、助催化剂、抑制剂。作用：载体常常是多孔性物质，主要作用是提供大的表面和微孔，使催化活性物质附着在外部及内部表面。
(3)固相催化反应过程一般可概括为哪些步骤？
(4)固相催化反应有哪些基本特点？
①多步骤串联过程
②固相反应速率与反应本身和反应组分的扩散有关
③反应速率取决于慢步骤，该步骤称为控制步骤，扩散控制(传质控制)、动力学控制
例子：中草药熬制、啤酒酿造
第二节
(1)全混流连续反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？
连续恒定地向反应器内加入反应物，同时连续不断地把反应液排出反应器，并采取搅拌等手段使反应器内物料浓度和温度保持均匀。全混流反应器是一种理想化的反应器。
例子：污水的pH中和槽、混凝么是计量学限制性基质？
计量学限制性物质：细胞生长过程中首先完全消耗掉的物质
(2)什么是生长速率限制性基质？
在一定的环境条件下，向反应系统中加入某一基质，能使微生物生长速率增加，则该基质被称为生长速率限制性基质。（富营养化湖泊的营养限制因子）
第三节
(1)什么是微生物的比生长速率？
单位时间单位质量的微生物所增加的微生物量称为微生物比生长速率。