化学反应工程(1)

1、幂函数型反应动力学方程和双曲函数型反应动力学方程一般各适用什么场合？各有什么特点与区别？

答：上述两类动力学模型都具有很强的拟合实验数据的能力，都既可用于均相反应体系，也可用于非均相反应体系。

以均匀表面吸附理论为基础的L -H 型反应动力学方程称为双曲函数型动力学方程；以 不均匀表面吸附理论为基础的反应动力学方程，且只有单组分吸附态时，可形成幂函数型，称为数型反应动力学方程。

幂函数反应动力学方程形式简单，参数数目少，通常也能够精确地拟合实验数据，所 以在非均相反应过程开发和工业反应器设计得到广泛应用。

若反应产物对反应起到抑制作用，反应物的浓度将出现在反应动力学方程中，即

)(幂级函数s S C r R C B C A C k A r β

α=- )(1双曲函数型s S

C r R C k B C A C k A r *+=-βα

当反应开始时，反应产物浓度为0，r A 趋于无穷大，不符合事实。而用双曲型函数修正，既可避免上述困难。

2、气固催化反应一般要经历哪几个步骤？其中具有化学变化特征的是哪几个步骤？

答：一般要经历以下几个步骤：①反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒表面；②反应物从催化剂颗粒外表面向催化剂孔道内部扩散；③在催化剂内部孔道所组成的内表面上进行催化反应；④产物从外表面扩散到内表面；⑤产物从外表面扩散到气流主体。

①⑤称为外扩散过程，②④称为内扩散过程，③为本征动力学方程，其中步骤三具有化学特征变化。

3、在什么样的情况下，反应原料的预混合相当重要的？

答：当反应发生在两种或两种以上组分之间时，这些组分必须预先混合，提供不同组分互相接触的机会，反应能进行。当反应速率很快或流体黏度很高，达到分子尺度的均匀混合时间很长时，预混合将对反应结果产生重大影响。

如在气固催化反应中，反应物一经接触就开始反应，必须采用有效地预混合措施以保证最佳的浓度和温度分布。在均相反应的极快反应中，如对一些易燃易爆的组分预混合必不可少，否则物料在流动中容易形成爆炸死角。

4、流动模型法的意义是什么？用流动模型模拟非理想流动反应器中流体流动状况的依据是什么？

答：意义：化学反应器中流体流动状况影响反应速率和反应选择率，直接影响反应结果。研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、设计和优化的基础。流动模型是反应器中流体流动与返混的描述，尽管工业反应器多种多样，反应器中流动复杂，但就其返混情况而言可以从不同的流动模型来描述。

依据：连续反应器在定态下，反应物料的温度、浓度等操作参数不随时间而变，反应物料质点在反应器中的停留时间可能相同也可能不同，因此对连续反应器则可能存在返混问题，关联返混与停留时间分布关系。

5、什么是绝热温升？有什么应用意义？

答：当化学反应物系中的A 全部转换时，物系升高或降低的度数pt

A C Hr C ρλ)(0∆-= 由于连续操作的反应器中温度与物料流量无关，因此绝热温升可以作为衡量反应放热程度的指标，且绝热反应器设计计算常用绝热温升作为估算气温升的依据。

6、什么是反应器的热稳定性？反应器热稳定操作的两个必要条件是什么？ 答：如果一个反应器是在某一平衡状态下设计并进行操作，就传热而言，这个反应器处于热平衡状态，若平衡不被破坏，反应器内温度将不随时间而变化，处于定态。但实际上各有关参数不可能严格保持定值，会有各种偶然的原因引起波动，这种波动常称为扰动。这种扰动是自然波动。若处于原平衡的反应器的反应温度会自动返回原来平衡状态，称该反应器是热稳定的。热稳定性是反应器操作受到外来扰动后的自衡能力。

dT

dq dT dq g r > g r Q Q = 7、催化吸附理论中理想吸附的四个基本假设是什么？

答：均匀表面、单层吸附、无相互作用、吸附机理相同。

8、反应器有哪些基本类型？各有何特点？

答：间歇釜式、连续管式、连续釜式。

按反应物料的相态分类可以分为①均相反应器；②非均相反应器。

按反应器的结构形式分类可以分为①釜式反应器，特点：适用性强，操作弹性大连续操作时温度、浓度易控制，但返混严重；②管式反应器，特点：返混小，所需反应器体积小，比传热面积大；③塔式反应器，特点：结构简单，压降大，返混小；④固定床反应器，特点：返混小，催化剂不易磨损；⑤流化床反应器，特点：返混大，传质传热好，催化剂有效系数大，但磨损大。

按操作方式分类可以分为①间歇操作反应器；②连续操作反应器；③半连续(半间歇)反应器

9、实验室小试反应器与工业反应器的区别有哪些？什么是反应器的放大效应？ 答：利用小型设备进行华工过程实验得出的研究结果，在相同的操作条件下与大型生产装置得出的结果往往有很大差别，这些差别包括反应物的温度、浓度、物料停留时间分布不同而引起的，化工过程实验从小型设备放大到大型设备引起的这些差别的影响称为放大效应。

10、什么是催化剂的效率因子？效率因子一定小于1还是可以大于1吗？ 答：效率因子反应速率

内扩散对过程有影响的反应速率内扩散对过程有影响的=η 放热反应中，颗粒(催化剂)内的温度高于外表面的温度，0)(>∆-=s eff

s eT D H C λβ为正值。颗粒内温度增加对反应速率常数

的影响超过颗粒内反应物浓度降低的影响时，内扩散有效因子1>η

11、现在很多研究课题与有机催化合成有关，如果你面临这样一个课题，你会怎么展开这方面的研究？

答： ①首先确定要研究的有机合成反应类型(如：酯催化加氢反应生成醇)。

②根据已经确定的有机合成反应类型查阅相关文献，并找出对此类反应有催化作用的

催化剂。

③采用从文献中的方法制备具有催化作用的催化剂，尝试进行催化反应，并测量不同

催化剂的活性。

④对有活性的催化剂进行改性，通过优化反应条件和操作方法筛选出催化反应活性最

高的催化剂。

⑤对筛选出的催化反应活性最高的催化剂进行表征，并对催化机理进行深入研究。

12、什么是反应动力学？怎么样建立反应动力学方程？

答：反应动力学是研究各种物理、化学因素(如温度、压力浓度反应体系中的介质、催化剂、流场、温度分度和停留时间分布)对反应速率的影响以及相应的反应机理和数学表达式等的化学反应工程的分支学科。

反应动力学的研究方法依靠经验进行研究，从机理进行研究

①对于均相反应动力学，从机理进行研究因缺乏理论依据，不易进行下去

②对于非均相反应动力学，以机理研究为主，以经验为辅，其研究过程大致如下

以反应M L bB aA +−→−

+为例 ①写出反应速率方程形式，以经验为主βαβαB A RT E B A T A C C e

k C C k r c )/(0-==

②βα,,,0c E k 的估算

a 实验设计几实验测量；

b 数据处理(如：多参数估计算法)

③将研究结果用于等温情况下解决具体问题，最终应用于反应器的设计。

13、什么是反应工程的数学模型方法？怎么样进行模拟？

答：

14、化学反应工程的基本内涵有哪些？

答：①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力、降低能耗、提高效能。

②开发新的技术和设备。③指导和解决反应过程开发中的放大问题。