化學反應工程基礎知識總結 筆記

2021-10-23 13:04:38 字數 2519 閱讀 2359

1、化學反應工程是一門研究涉及化學反應的工程問題的學科。如何將其在工業規模上實現是化學反應工程的主要任務。

2、理想置換反應器的特點: ①由於流體沿同一方向,以相同速度向前推進,在反應器內沒有物料的返混,所有物料通過反應器的時間都是相同的②在垂直於流動方向上的同一截面,不同徑向位置的流體特性是一致的③在定常態下操作,反應器內狀態只隨軸向位置改變,不隨時間改變。

3、全混流反應器的特性 ①物料在反應器內充分返混②反應器內各物料引數均一③反應器的出口組成與器內物料組成相同④反應過程中連續進料與出料,是一定常態過程。

4、返混的定義:物料在反應器內不僅有空間上的混合而是有時間上的混合,這種混合過程稱返混。

5、非均相催化反應過程步驟 ①反應組分從流體主體向固體催化劑外表面傳遞②反應組分從外表面向催化劑內表面傳遞③反應組分在催化劑表面的活性中心上吸附④在催化劑表面上進行化學反應⑤反應產物在催化劑表面上解吸⑥反應產物從催化劑內表面向外表面傳遞⑦反應產物從催化劑的外表面向流體主體傳遞

6、蘭格繆尓(langmuir)吸附模型條件 ①催化劑表面上活性中心分布是均勻的②吸附活化能和脫附活化能與表面吸附的程度無關③每個活性中心僅能吸附乙個氣相分子④被吸附分子間互不影響,也不影響空位對氣相分子的吸附。

7、焦姆金(temkhh)吸附模型:

一般吸附活化能隨覆蓋率的增加而增大,脫附活化能則隨覆蓋率的增加而減小,因此吸附熱必然隨覆蓋率的增加而減小。

8、催化劑顆粒內氣體擴散:多孔催化劑顆粒內的擴散現象是很複雜的。除擴散路徑極不規則外,孔的大小不同時,氣體分子擴散機理亦有所不同。

當孔徑較大時,分子的擴散阻力要是由於分子間碰撞所致,這種擴散通常所稱的分子擴散或容積擴散。當微孔的孔徑小於分子的平均自由程時,分子與孔壁的碰撞機會超過了分子間的相互碰撞,從而使分子與孔壁的碰撞成為擴散阻力的主要因素,稱為克努森(knudson)擴散。

9、一微擬均相非理想流模型 ①流體在床層中流動屬非理想流動,但遵循軸向擴散模型②流體沿床層徑向溫度、濃度是均一的,僅沿軸向變化③流體與催化劑在同一截面處的溫度、濃度相同。三個基本方程:動量、物料、熱量衡算方程。

10、流體床反應器的特點 ①流體床反應器採用的催化劑顆粒直徑遠小於固定床反應器選用的顆粒直徑。則流化床反應器中顆粒外表面積遠大於固定床反應器中顆粒的外表面積②由於流化床反應器顆粒直徑較小,催化劑顆粒的內擴散影響可忽略。③流體通過床層時基本上可視為平推流,催化劑顆粒在床內運動接近全混流。

④由於顆粒在床內運動激烈,故要求顆粒有足夠強度。

11、氣液反應過程的步驟 ①氣相中反應組分由氣體透過氣膜擴散到氣液介面②該組分進入液相後通過液膜擴散到液相主體③進入液相的該組分與液相中反應組分進行反應生成產物④產物由液相主體透過液膜擴散到氣液介面⑤產物從氣液介面透過氣膜擴散到氣相主體。

12、簡述等溫恆容平推流反應器空時、反應時間、停留時間三者關係?

空時是反應器的有效容積與進料流體的容積流速之比。(①分)反應時間是反應物料進入反應器後從實際發生反應的時刻起到反應達某一程度所需的反應時間。(①分)停留時間是指反應物進入反應器的時刻算起到離開反應器內共停留了多少時間。

(①分)由於平推流反應器內物料不發生返混,具有相同的停留時間且等於反應時間,恆容時的空時等於體積流速之比,所以三者相等。(②分)

13、簡述階躍示蹤法測停留時間分布的實驗方法及其對應曲線?

階躍示蹤法是對於定常態的連續流動系統,(①分)在某瞬間t=0將流入系統的流體切換為含有示蹤劑a且濃度為的流體,(①分)同時保持系統內流動模式不變,並在切換的同時,在出口處測出出口流體中示蹤劑a的濃度隨時間的變化。(①分)對應的曲線為f(t),。(②分)

14、簡述均相反應及其動力學的研究內容?

答:參與反應的各物質均處於同乙個相內進行的化學反應稱為均相反應。均相反應動力學是研究各種因素如溫度、催化劑、反應物組成和壓力等對反應速率、反應產物分布的影響,並確定表達這些影響因素與反應速率之間定量關係的速率方程。

15、對於可逆放熱反應如何選擇操作溫度?

答:1)對於放熱反應,要使反應速率盡可能保持最大,必須隨轉化率的提高,按最優溫度曲線相應降低溫度; 2)這是由於可逆放熱反應,由於逆反應速率也隨反應溫度的提高而提高,淨反應速率出現一極大值;3)而溫度的進一步提高將導致正逆反應速率相等而達到化學平衡。

16、簡述氣-液反應的巨集觀過程:a(g) + bb(l)→ 產物(l)?

1)反應物氣相組分從氣相主體傳遞到氣液相介面,在介面上假定達到氣液相平衡; 2)反應物氣相組分a從氣液相介面擴散入液相,並在液相內反應; 3)液相內的反應產物向濃度下降方向擴散,氣相產物則向介面擴散; 4)氣相產物向氣相主體擴散。

17、簡述固定床反應器的優缺點?

1)催化劑在床層內不易磨損; 2)床層內流體的流動接近於平推流,與返混式反應器相比,用較少的催化劑和較小的反應器容積來獲得較大的生產能力; 3)固定床中的傳熱較差; 4)催化劑的更換必須停產進行。

18、簡述雙膜理論?

該模型設想在氣-液兩相流的相介面處存在著呈滯流狀態的氣膜和液膜,而把氣液兩相阻力集中在這兩個流體膜內,而假定氣相主體和液相主體內組成均一,不存在傳質阻力。組分是通過在氣膜和液膜內的穩定的分子擴散過程來進行傳質的,通過氣膜傳遞到相介面的溶質組分瞬間的溶於液體且達到平衡。因此,把複雜的相間傳質過程模擬成串聯的穩定的雙膜分子擴散過程的疊加,相間傳質總阻力等於傳質阻力的加和。

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