(完整版)化学反应工程名词解释与简答题

25均相反应参与反应的物质均处于同一相反应动力学主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，如反应模式、速率方程及反应活化能等等。包含宏观反应动力学和本征反应动力学。化学反应工程化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的学科，即以化学反应为研究对象，又以工程问题为研究对象的学科体系。小试，中试小试：从事探索、开发性的工作，化学小试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求。中试：要解决的问题是：如何釆用工业手段、装备，完成小试的全流程，并基本达到小试的各项经济技术指标，规模扩大。三传一反三传为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反”为化学反应过程（反应动力学）。5催化剂在化学反应中能改变反应物的化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂。6催化剂的特征（1）.催化剂只能加速热力学上可以进行的反应。（2）.催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数）。（3）催化剂对反应具有选择性，当反应可能有一不同方向时，催化剂仅加速其中一种。（4）.催化剂具有寿命，由正常运转到更换所延续时间。7活化组份活性组分是催化剂的主要成分，是真正起摧化作用的组分。常用的催化剂活性组分是金属和金属氧化物。8.载体催化剂活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。9助催化剂本身没有活性，但能改善催化剂效能。助催化剂是加入催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本身没有活性或活性很小，但是他们加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成，化学结构，离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构，孔结构分散状态，机械强度等，从而提高催化剂的活性，选择性，稳定性和寿命。10平推流反应器理想平推流反应器是指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，像活塞一样在反应器中向前平推，11全混流反应器流入反应器的物料，在瞬间与反应器内的物料混合均匀，即在反应器中各处物料的温度、浓度都是相同的。12原子距阵法其依据是封闭物系中各个元素的原子数守恒。得到原子矩阵后，经过初等变换，所得的矩阵的秩即为系统的独立反应数。13收率生成目的产物所消耗的关键组分的物质的量??="进入反应系统的关键组分的物质的量14选择率生成目的产物所消耗的关键组分的物质的量??"已转化的关键组分的物质的量15转化率已转化的关键组分的物质的量??=一"进入反应系统的关键组分的物质的量16化学反应速率单位时间内单位反应混合物体积中反应物的反应量或产物的生成量。反应量或生成量???=—•…反应时间X反应混合物体积17空间速率（空速）单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量，18基元反应直接按质量作用定律写出，能够一步完成的反应称为“基元反应”，即分子经一次碰撞后，在一次化学行为中就可以完成的反应。19非基元反应机理推导，实验确定参数建立经验公式，数据拟合公式中参数。若一个化学反应，总是经过若干个简单反应步骤，最后才能转化为产物分子。20阿累尼乌斯方程k=k°exp（-TRC）lRg21指前因子阿累尼乌斯方程k=koexp（-半C）中的ko是指前因子，其单IRg位与反应速率常数相同22最佳温度曲线对于一定的反应物系组成，某一可逆放热反应具有最大反应速率的温度称为相应于这个组成的最佳温度。23物料衡算方程某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量24动量衡算方程气相流动反应器的压降大时，需要考虑压降对反应的影响，需进行动量衡算。但有时为了简化计算，常采用估算法。26催化剂比孔容每克催化剂内部微孔的容积Vg.cm3/g测定孔容积较准确的方法是：氦-汞法。堆积密度是指单位体积的催化剂（包括孔容积、催化剂体积、颗粒间空隙体积）所具有的质量。孔隙率指催化剂颗粒孔容积占整个催化剂体积的百分率。空隙率指催化剂颗粒孔容积占整个催化剂体积的百分率。催化反应动力学化学吸附、表面反应和脱附三步是串联的，构成了催化反应过程。按照上述三步获得的催化反应动力学，称之为催化反应化学动力学，或者催化反应本征动力学31表面覆盖率9A表示已被组分A覆盖的活性位占活性位总数的分率。气－固相催化反应反应步骤1）反应物从气相主体扩散到颗粒外表面——外扩散；2）反应物从颗粒外表面扩散进入颗粒内部的微孔——内扩散；3）反应物在微孔的表面进行化学反应，反应分三步，串联而成：反应物在活性位上被吸附；吸附态组分进行化学反应；吸附态产物脱附。4）反应产物从内表面上扩散到颗粒外表面；5）反应产物从颗粒外表面扩散到气相主体。反应器按照操作方式可分为间歇反应器、管式或釜式连续反应器、半间歇反应器反应控制步骤气一固相催化反应过程由反应物在催化剂表面上的活性位上的化学吸附、活性吸附态组分在表面上进行反应和产物脱附三个串联的步骤组成，若其中某一步骤的阻滞作用最大，则总的催化反应过程的速率决定于这个步骤的速率，或称过程为这一步骤所控制，至于非速率控制步骤则均认为达到平衡。宏观动力学在本征动力学的基础上，考虑反应器结构设计和操作条件（温度、压力和操作方法）;传质传热和动量传递以及催化剂结构（内外扩散）对反应速率的影响后的反应速率。脱附速率化学吸附是一个可逆过程，在这个过程中既有反应物在催化剂表面的吸附也有生成物在催化剂表面脱附，脱附速率为单位时间内生成物离开催化剂表面的数量。分子扩散的阻力由于分子与分子之间的碰撞或分子与孔壁之间的不断碰撞改变分子运动的方向，使分子停滞不前，这就是分子扩散的阻力。停留时间分布函数F（t）在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某一瞬间t=0流入反应器内的流体，在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F（t）39间歇操作是指反应物料一次投入反应器内，而在反应过程中不再向反应器投料，也不向外排出反应物，待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产物40分子扩散当入/2鳥<0.01时，气体在孔中的扩散属于分子扩散，与通常的气体扩散完全相同，传递过程的阻力来自分子间的碰撞，与孔半径无关。41努森扩散当入/2ra>>10时，称为努森扩散--气体与孔壁碰撞的机会远远大于分子之间的碰撞机会。42内扩散有效因子等温催化剂单位时间内颗粒中的实际反应量与按外表面反应组分浓度及颗粒内表面积计算的反应速率之比。用公式表示为：????????)????????????????43动力学模型化学反应工程采用工程实践和动力学模型来为化学反应器的设计或操作工艺条件设计的模型44催化剂的失活由于各种物质及热作用，催化剂的组成及结构渐起变化，导致活性下降及催化性能劣化，这种现象称为失活。45反应器的特性主要是指器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等，它们又将随反应器的几何结构（包括内部构件）和几何尺寸而异。46平推流反应器当管式反应器的管长远大于管径且物系处于湍流状态时接近平推流流动，习惯用平推流反应器来表示。47间歇操作是指反应物料一次投入反应器内，而在反应过程中不再向反应器投料，也不向外排出反应物，待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产物。48空间时间简称空时。t=VRVo反应器有效体积Vr与初态反应混合流量乂之比。49扰动由于各种偶然的因素，致使热平衡状态被破坏，从而引起原设计平衡状态参数变动的现象称为扰动。50起燃点或着火点气体、液体和固体可燃物与空气共存，当达到一定温度时，与火源接触即自行燃烧。火源移走后，仍能继续燃烧的最低温度，成为该物质的燃点或称着火点51热稳定状态点其中具有热自衡能力的点称为热稳定的状态点。52返混不同年龄物料之间的混合，也称逆向混合53微团微团是指固体颗粒，液滴、气泡或分子团等尺度的物料聚集体。每个微团是均匀的54全混流反应器又称理想混合流反应器或连续搅拌釜式反应器，进出物料的操作是连续的，可以单釜或多釜串联操作55停留时间连续流动反应器中流体微元从进入反应器到流出反应器出口所经历的时间56应答技术用一定的方法将示踪剂加到反应器进口，然后在反应器出口物料中检验示踪剂信号，以获得示踪剂在反应器中停留时间分布的实验数据。57示踪剂光学的、电学的、化学的、放射性的（1）尽可能与主流体物理性质一致（2）易于检测，浓度很低时也能检测。（3）不发生相转移或被吸附（4）易于转变为电信号或光信号以便于采集数据58脉冲法在定常态操作的连续流动系统的入口处，在t=0的瞬间输入一定量的M克的示踪剂A,并同时在出口处出口物料中示踪剂的浓度随时间的变化。59平均停留时间所有质点停留时间的“加权平均值”，也称为数学期望指整个物料在设备内的停留时间，而不是个别质点的停留时间。反应器出口处测定的结果60方差各个物料质点停留时间t与平均停时间t差的平方的加权平均值。61全混流反应器中的物料，各年龄均匀混合62一维模型只考虑反应器中沿气流方向的浓度差及温度差63理想流动模型化学反应工程采用工程实践和动力学模型来为化学反应器的设计或操作工艺条件设计的模型64固定床的压降单相流体通过固定床所产生的压力降，主要来源于颗粒的粘滞曳力。65飞温飞温通常又称反应器飞温，是指反应器处在非稳定的操作状态下，当操作参数有小的扰动，反应器的局部地方或整个反应器中的温度便会大幅度地上升的现象。66鼓泡反应器特点是气相高度分散在液相之中，具有大的液体持有量和相际接触面、传质和传热效率较高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况；同时，鼓泡反应器结构简单，操作稳定，投资和维修费用低。它的缺点是液相有较大的返混和气相有较大的压降。按其结构可分为：空心式、多段式、气提式和液体喷射式67薄床层催化反应器催化剂床层厚度在30-500微米的反应器68气-液相平衡：气-液相达平衡时，i组分在气相与液相中的逸度相等，即九）—力（L）气相中i组分的逸度厶）是分压C/（或）与逸度因子必的f-丹@乘积，即^液相中i组分为被溶解的气体，xi是i组分在液相中摩尔分数，如果是符合亨利定律的稀溶液，即'：''；-是亨利系数。69亨利系数是指一定温度下溶于定量液体中的气体量正比于与溶液处于平衡的该气体分压。亨利常数亦可作为描述化合物在气液两相中分配能力的物理常数，有机物在气液两相中的迁移方向和速率主要取决于亨利常数的大小。70气-液反应器气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡反应器、搅拌鼓泡反应器和板式反应器；液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷时和文氏反应器等；液体以膜状运动与气相进行接触的填料反应器和降膜反应器等。71板式反应器它适用于快速和中速反应过程。采用多板可以将轴向返混降低至最小程度，并且它可以在很小的液体流速下进行操作，但是板式反应器具有气相流动压降较大和传质表面较低等缺点。72鼓泡塔的流动状态鼓泡塔的流动状态可划分为如下三种区域：安静鼓泡区，湍流鼓泡区，栓塞气泡流动区73填料反应器它适用于快速和瞬间反应过程。其轴向返混几乎可以忽略，广泛地应用于带有化学反应的气体净化过程。74流化床反应器利用气体或液体自下而上通过固体颗粒床层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应或液固相反应的反应器。75散式流态化对于较小和较轻的A类颗粒，当表观气速ug刚超过临界流化速度的一段操作范围内，多余的气体仍进入颗粒群使之均匀膨胀而形成散式流态化，76聚式流态化对于较大和较重的颗粒如B类和D类颗粒，当表观气速ug超过临界流化速度umf，多余的气体并不进入颗粒群去增加颗粒间的距离，而形成气泡通过床层称为鼓泡流化床，此时为聚式流态化。77临界流化速度当流体速度依次增加时，达到某一速度时，床层处于由固定床向流化床转变的临界状态，相应的表观流速称为临界流化速度78气-固鼓泡流化床在气固流化床中当气速较低时，气泡较大，压降波动大，气体和固体的接触不好时的床层就是气-固鼓泡流化床。79湍动流态化液态鼓泡流化床中的气速进一步提高时，床层压降的相对脉动,即床层压降的脉动值与平均压降之比，先随表观气速的增大而增大，这是由于气泡发生的频率增大和聚并增大的程度加剧所致。当气速达到ue时，相对脉动值曲线达到极大值ue,即起始湍动流化速度。其中物质的状态就呈现湍动流态化液态80固体流态化在气固流化床中，当气体流速增加到一定程度时，气体对固体颗粒产生的作用与固体颗粒可以沿气流流动，固体颗粒呈现类似流体状态，这种状态称为固体物料的流态化。1•反应工程数学模拟方法？反应和描述工业反应器中各参数之间的关系，称为物理概念模型。表达物理概念模型的数学式称为数学模型，用数学方法来模拟反应过程的模拟方法称为数学模拟方法。数学槐拟方注过程刖由四部分纽成•2.简述反应器的分类？按操作方法分类：间歇反应器，管式及釜式连续流动反应器，半反应间歇器按流动模型分类：流动模型，平推流模型，全混流模型根据反应体系特点分类：按固体状态：固定床，流化床，移动床；按换热方式：连续换热，间歇换热3•简述多重反应独立反应数的确定？原子矩阵法：其依据是封闭物系中各个元素的原子数守恒。得到原子矩阵后，经过初等变换，所得的矩阵的秩即为系统的独立反应数。简易法：独立反应数=反应体系中所含的物质数-形成这些物质的元素数。4•化学反应的最佳温度确定？（P24）对于一定的反应物系组成，某一可逆放热反应具有最大反应速率的温度称为相应于这个组成的最佳温度。5•设等温、等容的不可逆平行反应？？材？？??>0为目标产物，讨论内扩散对选择率的影响？??->????>0存在内扩散影响时，催化剂颗粒内反应物Ai的浓度Cai显然低于外表面浓度Caq则催化剂颗粒内某一位置处瞬时选择率S=???去=屮??/??）；??”??^不存在kl内扩散影响时，瞬时选择率S'=春广1+（?阿爲?浮-??1。由上述两式可见：（1）两个反应级数相同，内扩散对选择率无影响。（2）主反应级数大于副反应的级数，则内扩散使选择率降低。（2）主反应级数小于副反应的级数，则内扩散使选择率升高。简述理想反应器的种类？通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者相等。对于反应，r??=kiG?Ei；r??=k2C??E2当Ei>E2时如何选择操作温度可以提高产物的收率？所以，当日>巳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。对与平行反应？??=-?■=?和扌？？????所以，当E2>E1时应尽可能提高反应温?????0????2/??????0度，方可提高R的选择性，提高R的收率。9•反应器设计的基本方程?动力学方程、物料衡算方程、热量衡算方程10.停留时间分布密度函数E(t)的含义？停留时间分布函数F(t)的含义？在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t至Ut+dt之间的流体的质点所占的分率为E(t)dt在定常态下的连续稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体，在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为F(t)。11•简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线。所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布。根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法。12•气一固相催化反应的动力学步骤？反应物从气相主体扩散到颗粒外表面——外扩散；反应物从颗粒外表面扩散进入颗粒内部的微孔一一内扩散；反应物在微孔的表面进行化学反应，反应分三步，串联而成：反应物在活性位上被吸附；吸附态组分进行化学反应；吸附态产物脱附。反应产物从内表面上扩散到颗粒外表面；反应产物从颗粒外表面扩散到气相主体。简述内扩散有效因子？等温催化剂单位时间内颗粒中的实际反应量与按外表面反应组分浓度及颗粒内表面积计算的反应速率之比催化剂的活化？目的是除去吸附和沉积的外来杂质。方法是：适度加热驱除易除去的外来杂质；小心燃烧除去顽固杂质；用氢气、硫化氢、一氧化碳或氯化烃作为活化剂活化催化剂。简述建立非理想流动的流动模型的步骤？通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布；根据所得的有关E(t)或F(t)的结果通过合理的简化提出可能的流动模型，并根据停留时间分布的实验数据来确定所提出的模型中所引入的模型参数；结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果；通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性。简述非理想流动轴向扩散模型的特点？在管内径向截面上流体具有均一的流速；在流动方向上流体存在扩散过程，该过程类似于分子扩散，符合Fick定律；轴向混合系数EZ在管内为定值；径向不存在扩散；（5）管内不存在死区或短路流。17•简述非理想流动轴向扩散模型的定义？为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果，可借助这种返混与扩散过程的相似性，在平推流的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正，并人为的假定该轴向返混过程可以用费克（Fick）定律加以定量描述。所以，该模型称为“轴向分散模型”（或轴向扩散模型）简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？（1）均匀表面（或理想表面）：即催化剂表面各处的吸附能力是均一的，吸附热与表面已被吸附的程度如何无关；（2）单分子层吸附；（3）被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子；（4）吸附的机理均相同，吸附形成的络合物均相同。简述BET方程测定固体催化剂比表面积的原理？根据BET方程，利用低温下测定气体在固体上的吸附量和平衡分压值，将P/V（POP）对P/P0作图，可得到一条直线，直线斜率为（C-1）/CVm,因此可求出Vm和常数C,可利用表面积公式求出简述流化床反应器的特点？优点：①能实现固体物料的连续输入和输出；特别适用于强放热反应；便于进行催化剂的连续再生和循环操作。局限性：①目的产物的收率低；反应转化率较低；催化剂加速粉化，流失大；经验性操作，随意性大。解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？多孔物质催化剂的粒内扩散较为复杂。当微孔孔径较大时，分子扩散阻力是由于分子间的碰撞所致，这种扩散为分子扩散。当微孔孔径小于分子的自由程0.1um时，分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞，而成为扩散阻力的主要因素，这种扩散为努森扩散。简述非催化气固反应缩粒模型的特点？非催化气固反应缩粒模型是固体粒子的粒径随反应的进行向不断缩小，如煤炭的燃烧造气，从焦碳与硫磺蒸汽制造二硫化碳。23简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类？（同上）简述气一液反应的宏观过程：A（g）+bB（I）t产物（l）？（1）反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；（2）反应物气相组分A从气液相界面扩散入液相，并在液相内反应；（3）液相内的反应产物向浓度下降方向扩散，气相产物则向界面扩散；气相产物向气相主体扩散。简述气固相催化反应固定床反应器非均相模型的特点？凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。非均相模型考虑了粒子与流体间温度与浓度的差别。简述鼓泡反应器的特点？鼓泡反应器的特点是气相高度分散在液相之中，具有大的液体持有量和相际接触面，传质和传热效率较高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况；同时，鼓泡反应器结构简单，操作稳定，投资和维修费用低。其缺点是液相具有较大的返混及气相有较大的压降简述固定床反应器的优缺点？催化剂在床层内不易磨损；床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力；固定床中的传热较差；催化剂的更换必须停产进行。简述聚式流化床的形成？对于气一固系统的流化床反应器的粗颗粒系统，气速超过起始流化速度后，就出现气泡，气速愈高，气泡的聚并及造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动频繁，这种流化床称为聚式流化床。简述鼓泡床的形成？对于气一固系统的流化床反应器，只有细颗粒床，才有明显的膨胀，待气速达到起始鼓泡速度后才出现气泡；而对粗颗粒系统，则一旦气速超过起始流化速度后，就出现气泡，这些通称为鼓泡床。简述描述流化床的特征流速的定义？当流速达到某一限值，床层刚刚能被托动时，床内粒子就开始流化起来了，这时的流体空线速称为起始流化速度。当气速增大到某一定值时，流体对粒子的曳力与粒子的重力相等，则粒子会被气流带出，这一速度称为带出速度或终端速度。