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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。HNIST反应工程复习提纲-反应工程复习大纲一.填空题1.化学反应速率可以表为前提是。（反应体积恒定考点：反应速率的定义，恒容）2.化学反应过程按操作方法分为_、_、_操作。（间歇操作、连续操作、半间歇操作）（理解连续与间歇）3.对于反应，则_,_。（,）（考点：反应物和产物的速率之比等于其化学计量系数之比）4化学反应速率式为，用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数，则=_。（）（以浓度表示的速率常数与分压速率常数的换算关系）5在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个
2、基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，该步骤的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于_。（拟平衡态）（考点：理解拟平衡态、速率控制步骤的定义，用于推导非基元反应动力学）6如果平行反应均为一级不可逆反应，若，提高选择性应_。(提高温度)（考点：主反应活化能大于副反应活化能，升温提高选择性，反之则反，还应注意主反应级数高于副反应级数时应采用高浓度操作，对应应该采用什么样的加料方式或什么类型的反应器？）7一级连串反应在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应_。（降低）（考点：提高连串反应选择性的途径，还包括间歇反应釜中的最佳反应时间和连续反应器的体积（OR空时OR停留时间）问题）8
3、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_结合的，而化学吸附是靠_结合的。物理吸附的吸附热要_化学吸附热，物理吸附是_分子层吸附，而化学吸附是_分子层吸附（范德华力、化学键力、小于、多、单）（考点：比较物理和化学吸附的区别，包括结合力）吸附层数，吸附热等区别）9化学反应速率式为，用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数，则=_。（）；化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数，则=_。（）（以浓度表示的速率常数与分压速率常数的换算关系）10.“三传一反”是化学反应工程的基础。“三传一反”是指：、。（质量传递、热量
4、传递、动量传递、反应动力学）11.混合粒子的平均直径、外表面积当量直径、比表面积当量直径、体积当量直径的计算式分别为。、12对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当孔径较大时，扩散阻力是由分子间碰撞所致，这种扩散通常称为_。分子扩散13对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素，这种扩散称为_。（努森扩散）14气固相催化反应的西勒模数=_，它是表征内扩散影响的重要参数，其中L定义为_。（，催化剂颗粒的特征长度）（西勒模数的定义，含义，表达了什么？并且注意与坦克莱准数进行深刻对比，记住球形和圆柱形催化剂颗粒的特征长度各为多少）15.催化剂的三个要求是：_、_、_
5、。（活性好、选择性高、寿命长）16具有良好搅拌装置的釜式反应器按_反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按_反应器处理。（全混流反应器、平推流）（要深刻理解全混流与平推流的特征，什么情况下，工业反应器可以近似用CSTR，什么时候可用PFR近似处理）17全混流反应器的空时是_与_之比。（反应器的反应体积、进料流体的体积流量，同时还要理解空速和平均停留时间的概念，注意空速中的体积流量是标态下，而非空时中的反应器进口状态下的体积流量，要注意物料PFR中的停留时间即为物料在PFR中的反应时间，由此理解为什么恒容反应时，空时相当于间歇反应器中的反应时间）18对于恒容的平推流管式反应器_、_
6、一致。（平均停留时间、空时。考点与上题一致，）19.对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时为_反应器，而当时则相当于_反应器。（平推流、全混流）；全混流反应器的返混_。（最大）；平推流反应器的返混为_。（零）（如何理解循环反应器是PFR与CSTR相互转化的范例）20对于反应级数n0的反应，为降低反应器容积，应选用_反应器为宜。（平推流）（比较CSTR和PFR所需要的体积，通过作图很直观，一个的空时是曲线下面的面积，一个是矩形的面积）21平推流管式反应器时，E（t）=_。（）平推流管式反应器时，E（t）=_。（0）平推流管式反应器时，F（t）=_。（1）平推流管式反应器时，F（t）=_。（0）
7、平推流管式反应器其E（）曲线的方差_。（0）平推流管式反应器其E（t）曲线的方差_。（0）全混流反应器t=0时E（t）=_。（）全混流反应器其E（）曲线的方差_。（1）全混流反应器其E（t）曲线的方差_。（）（要深刻理解停留时间分布（是一个比值，在0与1之间），分布密度（是分布函数对时间的一次导），平均停留时间（数学期望）和方差（离散度）的定义）PFR的E（t）和F（t）CSTR的E（t）和F（t）22脉冲示踪法测定停留时间分布首先求得的曲线为_。（E（t）曲线）阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为_。（F(t)曲线）（两种主要方法，并且首先易得到哪个曲线）23描述固定床反应器的数学模型，忽略
8、了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_。（拟均相模型）；描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_。（非均相模型）24固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_的催化剂和_的反应器容积来获得较大的生产能力。（较少量、较小）（固定床的其它优点和缺点，特征）25气-固相催化反应的西勒（Thiele）模数的大小可判别内扩散的影响程度，西勒模数愈大，则粒内的浓度梯度就_，反之，西勒模数愈小，内外浓度愈近于_。（愈大、均一）。Thiele模数越小，颗粒内外浓度差越小，扩散速率反应速率；反之，Th
9、iele模数越大，扩散速率反应速率越快（大于，小于）。26在气-固相催化反应中，反应速率一般是以单位催化剂的重量为基准的，如反应AB，A的反应速率的定义为_。（）（催化反应的速率定义式，因为反应在催化剂表面进行，所以用催化剂的质量替代普通速率式中的反应体积V，当然也可以用催化剂颗粒的堆体积或净体积等表示）27气固相催化反应的西勒模数，它是表征内扩散影响的重要参数，数值平方的大小反映了_与_之比。（最大反应速率、最大内扩散速率，）28活化能的大小直接反映了_对的敏感程度。（反应速率、温度）（反应速率与活化能和反应级数的关系）29对于气固相催化放热反应，通常催化剂颗粒内部与催化剂颗粒外表面的温差_
10、，催化剂颗粒外表面与气相主体间的温差最大可达到_。（较小，一个绝热温升）（要注意气固相催化反应时，内外扩散造成的温差大小，尤其要注意外扩散严重时，气相主体与催化剂颗粒外表面的温差较大）30摩尔收率与转化率及选择性的关系为_（收率=转化率选择性）（考点：三者的定义，联系和区别，注意收率的基准问题，摩尔收率为什么小于1，质量收率为什么可能大于1？可能以选择题的形式全面考察）31在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_。（反应消耗量+累积量=输入量-输出量，注意连续流动反应器稳态操作时，累积量为零，而间歇反应器无进料和出料，所以输入输出都为零，三种理想流动反应器的物料衡算
11、方程一定要牢记，并能随手写出，才能熟练完成计算题）32绝热式固定床反应器对绝热的理解为：_和_（与外界无热交换、反应放热完全由反应物系自身吸收），对绝热式固定床反应器，当体系绝热温升_或物料进口温度_或穿过催化剂床层气体线速度_时，床层越容易着火（越大、越高、越小）33.非理想流动不一定是由返混造成的，返混造成了_和。（停留时间分布、反应物浓度的降低）34按照反应器型式或形状来分类，可分为：_、_、_（管式反应器槽式(釜式)反应器塔式反应器）；35固定床反应器按床层与外界的传热方式可分为、四类。（绝热式固定床反应器、多段绝热式固定床反应器、列管式固定床反应器、自热式反应器）36稳定态条件下操作
12、的全混釜其操作温度和转化率应满足和衡算方程。（物料、热量）（CSTR要进行稳定操作，就必须同时满足物料平衡和热量平衡，放热速率与移热速率必须相等）37对放热反应，绝热温升，在绝热条件下进行，反应物系的温度随着反应的进行而不断升高。对吸热反应，绝热温升，在绝热条件下进行，反应物系的温度随反应的进行而不断下降。（0、0）（理解绝热温升的定义式：，即在绝热条件下，反应物系中组分A全部转化时，物系温度升高的数值）38气固相催化反应器可分为、三大类。（固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器）二选择题1化学反应，其中化学反应计量系数为-1的是哪种物质_。（A）A.B.C.D.（计量系数的定义，正负号，注
13、意，反应物的化学计量系数为负，而生成物为正）2对于反应，则_。（A）（加绝对值）A.B.C.D.3气相反应4A+B3R+S进料时无惰性气体，A与B以31的摩尔比进料，则膨胀因子=_。（C）A.1/4B.2/3C.1/4D.2/3（膨胀因子的定义，注意，膨胀因子表示1摩尔该物质完全转化，引起系统体积的变化，只与化学计量数有关，与怎样进料没有关系例如：则，那=？）4反应，则反应级数n=_。（B）A.0B.1C.2D.35反应A+BC，已知，则反应级数n=_。（B）A.0B.1C.2D.3（能够从单位上反推反应级数.反应速率与浓度的关系是：r=kC(A)aC(B)b.。当只考虑量纲时，由于浓度的单位
14、都是mol/L，所以可把各物质浓度合并，可以写作r=kCn(n=a+b+.)，r的量纲是mol/(L.s)，C的量纲是mol/L，所以k的量纲是(L/mol)(n-1)*s-1，k量纲为s-1时，n=1，反应级数为1例如：反应，已知，则反应级数n=2）6如果平行反应均为一级不可逆反应，若，提高选择性应_。（C）A.提高浓度B.降低浓度C.提高温度D.降低温度7一级连串反应APS在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的最优空时_。（D）A.B.C.D.8一级连串反应APS在平推流管式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间_。（C）A.B.C.D.（连串反应的最佳反应时间，由此可
15、求得最佳反应器体积，要注意对CSRT，结论是不一样的，因为CSTR的物料衡算方程与PFR不一样）9一级不可逆液相反应，出口转化率，每批操作时间，装置的生产能力为50000kg产物R/天，=60，则反应器的反应体积V为_。（C）A.19.6B.20.2C.22.2D.23.4（能进行间歇反应器体积的计算，间歇反应器的反应体积决定于一批物料的体积）10对于反应级数n0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用_。（B）A.平推流反应器B.全混流反应器C.循环操作的平推流反应器D.全混流串接平推流反应器（注意级数小于0，如果大于0呢？应该选用PFR）11对于可逆吸热反应，为提高反应速率应_。（C）A
16、.提高压力B.降低压力C.提高温度D.降低温度12对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调增大，则最适合的反应器为_。（A）A.平推流反应器B.全混流反应器C.多釜串联全混流反应器D.全混流串接平推流反应器（为提高收率，应该在高浓度下操作，所以选择平推流）14下列属于理想吸附等温方程的是_。（A）A.Langmuir型B.Freundlich型C.Temkin型D.BET型15下列不属于Langmuir型等温吸附的假定的是_。（B）A.均匀表面B.多分子层吸附C.分子间无作用D.吸附机理相同（理想吸附的概念，L型的吸附方程的成立的前提条件，即将复杂的吸附过程进行模型化简化的方式）16
17、气固催化反应的内扩散模数，其中L为特征长度，若颗粒为圆柱形则L=_。（C）A.厚度/2B.RC.R/2D.R/3（L表示催化剂颗粒的特征长度，L增大或减小对西勒模数的影响，进而影响内扩散效率）19.工业上进行的化学反应，原料中反应物摩尔量之比一般不符合化学计量关系，例如甲烷水蒸气催化转化反应，水蒸气过量；乙烯催化氧化反应制环氧乙烷，氧过量。所以在反应系统的分析计算中多选用关键组分。根据实际需要，关键组分是指：（A，C）A.不过量的反应物B.目的产物C.各反应物中价值最高的组分D.价值最高的反应产物20.如果连续操作的反应器达到定态，那么反应器中的浓度、温度等参数（A）A.不随时间变化，可能随位
18、置变化B.随时间变化，也随位置变化C.不随时间变化，也不随位置变化D.随时间变化，但不随位置变化（连续反应器的定态的理解，可扩展到任何连续操作的定态或叫稳态）21.间歇反应过程是一个非定态过程，反应器的组成随时间改变。以下说法哪些是正确的：（C，D）A.间歇操作过程包括了装料、反应、卸料和清洗等步骤，但就反应过程本身而言，仍属于定态过程B.在间歇反应器中进行的单一反应，产物的浓度总是随着反应时间的延长而增高C.在间歇反应器中进行的复合反应，对于目的产物可能存在最佳的反应时间D.间歇反应器中进行的反应，均可以按恒容处理22.在研究多孔催化剂中反应分子的吸附问题时，常常用到理想吸附模型（或Lang
19、muir模型），该模型的基本假定中未包括：（C）A.吸附表面在能量上是均匀的B.被吸附的分子之间的作用力忽略不计C.被吸附分子的大小不予以考虑D.吸附是单层的（考察L模型的基本假定，理解每个假定在推导中的作用）23.下列情况哪些属于变容反应过程：（C）A.间歇反应装置中进行的变摩尔反应B.间歇反应装置中进行的等摩尔反应C.恒压反应装置中进行的变摩尔反应D.恒压反应装置中进行的等摩尔反应24.在实际生产中，有时需要对釜式反应器进行并联操作。若要达到最小的反应体积，对并联的各釜有一定的要求，即（C）A.各釜体积相等B.各釜进料流量相同C.各釜的空时相同D.都不是（在C的条件下，多个并联的CSTR，
20、正好等同于一个同体积的大的反应釜）25.如果选择性随转化率的增加而下降，那么不同操作方式下的釜式反应器，在相同的转化率下最终收率的大小的顺序是：（A）A.间歇釜、多个釜串联、单一连续釜B.多个釜串联、单一连续釜、间歇釜C.单一连续釜、间歇釜、多个釜串联D.间歇釜、单一连续釜、多个釜串联（间歇与PFR相当，多CSTR釜间无返混故返混程度居中，单个个CSTR返混最大）26管式反应器是符合活塞流模型的一类理想反应器，活塞流模型的假定包括：（B，C）A.轴向的混合用费克定律描述（为轴扩散模型）B.径向流速分布均匀（同一管截面上温度、浓度、速度均一）C.径向温度分布均匀D.速度侧形与层流相同（层流模型）
21、27.对于自催化反应，最合适的反应器为_。（D）A.全混流反应器B.平推流反应器C.循环操作的平推流反应器D.全混流串接平推流反应器28.在间歇反应器中进行等温二级反应AB，当时，求反应至所需时间t=_秒。（D）A.8500B.8900C.9000D.990029.在间歇反应器中进行等温一级反应AB，当时，求反应至所需时间t=_秒。（B）A.400B.460C.500D.560间歇反应器反应时间的计算式适用于等容、等温和变温的各种反应系统，注意积分式的计算31.在多孔催化剂中进行的化学反应，催化剂中存在的扩散过程对反应有直接的影响。在描述多孔催化剂中的扩散过程时，使用有效扩散系数而不是分子扩散
22、系数，其原因包括：（D）A.化学反应的影响B.催化剂颗粒内孔隙仅占颗粒体积的一部分C.扩散孔道蜿蜒曲折D.B和C综合作用的结果（考察有效扩散系数的定义，如何从分子扩散系数修正而来的？）33.固定床层内流体流动不均匀的主要原因包括：AA.床层径向不均匀的空隙分布B.流速偏低C.化学反应的影响D.催化剂颗粒外扩散的作用（固定床内流速分布的原因）34.单段绝热固定床反应器的用途也比较广泛，以下不适合使用单段绝热固定床反应器的情况有:（D）A.反应热效应较小的反应B.温度对选择性影响不大的反应C.虽然热效应大，但单程转化率低或存在大量的惰性物料D.可逆放热反应（单段绝热无法控温，C的热效应大但转化率低
23、，或存在惰性物料稀释热效应，D应该采用多段操作，并且段间移热，以便让操作温度接近最佳操作曲线）35.分批式（间歇）操作的反应器非生产性时间（辅助时间）不包括下列哪一项_。（B）A.加料时间B.反应时间C.物料冷却时间D.清洗釜所用时间36.下列关于理想间歇反应釜和全混流反应釜的说法中，不正确的是：（D）A.依据操作方式的不同，理想反应釜可分为理想间歇反应釜和理想全混流反应釜两类B在理想间歇反应釜中，假定物料在加入反应釜内的一瞬间，就达到分子尺度的混合，即预混合时间为零C在反应进行的任一时刻，间歇和全混流反应釜中，各点的温度和浓度处处均一D完成同样的生产任务，理想间歇反应釜所需要的反应体积总是小
24、于全混流反应釜所需要的反应体积（D不一定正确，虽然间歇反应釜无返混，全混流反应釜返混达到最大，但是考虑到间歇操作反应器需要一定的辅助时间，所以需要的反应体积相应会增大，若间歇操作时辅助时间为零，则D结论正确）37.串联反应AP（目标产物）R（副产物）+S，反应选择性=_。（A）A.B.C.D.38.串联反应AP（目标）R+S，目标产物P的收率=_。（B）A.B.C.D.（选择性、收率、转化率的定义、公式与计算）39.在间歇反应器中进行等温二级反应AB，当时，求反应至所需时间t=_秒。（D）A.8500B.8900C.9000D.990040.在间歇反应器中进行等温一级反应AB，当时，求反应至所
25、需时间t=_秒。（B）A.400B.460C.500D.560三.简答题1.简述三种理想反应器的种类和特征？答：理想反应器有三种：理想间歇反应釜，全混流反应器和平推流反应器。其特征分别为：间歇釜式反应器(1)反应期间，与外界封闭，没有进出物料。(2)物料在反应器内的流动状况是相同的，经历的反应时间也是相同的。(3)反应器内物料达到充分混合，任一时间物料在器内各处的参数(温度、浓度、转化率)相等，可排除物质传递对反应过程的影响，也不需考虑反应器内热量传递。(4)反应器属非定态操作，在反应过程中器内物料的参数(温度、浓度、转化率)随时间发生变化（不随空间位置而变化）；(5)反应器操作时间包括反应时
26、间和辅助时间，即加料、升温、冷却、卸料、清洗等步骤所需时间。平推流反应器特性(1)属连续定态操作，反应器各个截面上的参数(浓度、温度、转化率等)相同，且不随时间而变化；(2)器内参数(浓度、温度、压力等)沿流动方向连续变化，反应速率也随轴向位置变化；(3)物料沿运动方向平行向前移动，在径向上不存在浓度分布；(4)器内所有粒子停留时间相同，返混0。全混流反应器特征(1)属定常态操作，物料保持连续稳定的流动；(2)稳态操作的CSTR内的反应参数不随时间和空间变化。加入的新鲜物料与釜内原来的物料瞬间达到充分混合，釜内各处参数(温度、浓度等)相同，且等于出口处的参数；釜内任一位置上的参数不随时间改变；
27、(3)粒子的停留时间分布极大，返混。(4)反应过程中，釜内温度、组成不变，有恒定的反应速度，并等于出口处的速率。2.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？答：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规定转化率，所需经历的时间。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，空时等于反应体积与进口物料体积流量之比，而反应为等温恒容反应时，整个反应器内物料的体积流量均恒定不变，所以三者均相等。3.停留时间分布密度函数E（
28、t）的含义？E(t)函数的归一性的数学描述？停留时间分布函数F（t）的含义？F(t)函数的归一化性质的数学描述？答：E（t）含义稳定流动系统中，相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体质点，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t到t+dt之间的流体的质点，占全部质点的分率为E（t）dt。E(t)函数的归一性表示为：。因为同时进入稳定流动容器的N个质点最终都会离开此容器，各个寿命段所占分率的总和必为1。F（t）含义归一化性质稳定流动体系中，t=0时同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间(寿命)介于0t之间(或者寿命小于t)的质点数N所占总数N个的分率F(t)dt。F(t)函数的归一化性质表示为因
29、为当t时，t=0同时进入反应器的N个质点全部流出反应器4.简述Langmuir等温吸附方程的基本特点？答：1）均匀表面(或称理想表面)：催化剂表面上活性中心分布是均匀的，即催化剂表面各处的吸附能力是均一的（真实催化剂上活性位通常是不均匀的）2）吸附活化能和脱附活化能与表面吸附的程度无关（真实吸附过程，随着吸附过程的进行，吸附活化能增大，脱附活化能降低，若认为为线性增大或降低，则为焦母金模型，若认为按幂数关系增大或降低，则为弗鲁德里希模型）3）单分子层吸附（即仅仅只发生化学吸附，真实吸附过程中总是存在某些物理吸附的）4）被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子的吸附（即吸附分子之间无作用力，真实
30、吸附时，被吸附分子间存在作用力，因而可能影响邻近活性位上分子的吸附）5简叙气固催化反应的7个（或合并为5个）步骤。答：1）反应物从气流主体向催化剂的外表面扩散2）反应物从催化剂外表面向催化剂孔内扩散；3）反应物在催化剂表面上吸附；4）吸附的反应物转化成反应的生成物；5）反应生成物从催化剂表面上脱附下来；6）脱附下来的生成物由催化剂内孔向催化剂外表面扩散7）产物由催化剂外表面向气流主体中扩散6.简述什么叫双膜理论，并说明其3个特征。双膜理论：气液相界面两侧各存在一个静止膜：气膜，液膜，传质速率取决于通过液膜和气膜的分子扩散速率其三个特征为：1）传质阻力集中在气膜与液膜中，气液相主体中无阻力2）在
31、气液界面上，传质组分达到气液平衡3）无化学反应在膜内发生时，在气、液膜内，组分浓度与膜厚度呈线性下降关系7.解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？答：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。当微孔孔径较小时，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。8.对气固催化反应本征动力学推导，采用Langmuir-Hinshelwood模型，将会推导出双曲函数型动力学方程，该模型的基本假设或简化条件包括哪3点？答：基本假设包括：1、在吸附-反应-脱附三个步骤中必存在一个控制步骤，该
32、控制步骤的速率便是本征反应速率；2、除了控制步骤外，其它步骤均处于平衡状态（拟平衡态）；3、吸、脱附过程可用兰格缪尔吸附模型加以描述9.简述固定床反应器的优、缺点答：优点：1）固定床层内的气相流动接近平推流，有利于实现较高的转化率与选择性；2）可用较少量的催化剂和较小的反应器容积获得较大的生产能力；3）结构简单、催化剂机械磨损小，适合于贵金属催化剂；4）反应器的操作方便、操作弹性较大。缺点：1）催化剂颗粒较大，有效系数较低；2）催化剂床层的传热系数较小，容易产生局部过热；3）催化剂颗粒的更换费事，不适于容易失活的催化剂。10.简述均相反应及其动力学的研究内容？答：参与反应的各物质均处于同一个相
33、内进行的化学反应称为均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。11.催化剂活性下降的主要原因有哪些？解决催化剂失活问题有哪些方法？答：催化剂活性下降的主要原因：1）结构变化-烧结、粉化、活性组分晶粒长大等。2）物理失活-结碳、粉尘、惰性组分吸附等。3）化学中毒-原料中的有害物质与催化剂活性组分发生反应，永久性结合。解决催化剂失活问题有哪些方法？1）改进催化剂加强耐高温、抗毒性。2）采用“中期活性”设计反应器反应器设计时打出充分的余量。3）严格控制操作条件控制原料气中毒物的含量及
34、反应温度等。4）优化操作，弥补活性下降催化剂活性下降后，采用例如升温等方法弥补。四.计算题（此类计算仅仅提供相应的思路与题型，请多参考上课的内容）以下四类为基本计算题型，应该熟练掌握：第一类：已知：反应动力学方程（反应级数和活化能或反应速率常数），在间歇反应器中进行反应，给定反应物初始浓度（一级反应可以不给出初始浓度，为什么？），求达到某一要求转化率，所需要的反应时间。若同时给出辅助时间，给出反应器的产能，能求反应体积，若又给出装填系数，能求反应器的体积。求解间歇反应器体积的思路为：1.根据物料衡算式与动力学方程结合求反应时间2.处理一批物料所需要的总时间=反应时间+辅助时间3.所需要的反应体
35、积应为处理一批物料的体积=总时间单位时间处理的物料体积4.间歇反应器的体积=反应体积/装填系数重点进行复习的计算题：3-1，3-2，3-9为简单类别，7-10的（1）为标准题型，总体难度不会超过3-4（该题动力学方程相对复杂，所以计算难度最大，由于未给定装填系数，只能求反应体积）在理想间歇反应釜中进行一级不可逆液相反应A2R，出口转化率，每批辅助操作时间为0.75小时，装置的生产能力为50000kg产物R/天，=60，装填系数为0.8，请计算所需间歇反应釜的体积。解：第一步：动力学结合物料衡算方程求解反应时间第二步：处理一批物料所需要的时间t总=t+t辅=1.31+0.75=2.06h第三步：
36、计算单位时间需处理物料的体积第四步：计算一批物料的体积，即为反应体积：V=V0t总=10.782.06=22.2m3第五步：计算反应器体积：V反应器=V/=22.2/0.8=27.75m3第二类：已知反应动力学方程，给定物料的进口摩尔流量，进口浓度，求达到某一出口转化率时，所需要的PFR或CSTR的反应体积该类题型为基本题型，均为动力学方程与物料衡算方程结合求解反应体积。要注意的是PFR的物料衡算方程为一微分方程，求解过程中需要进行积分，并且要注意当进行气相反应时，是否为变容反应，要注意变容反应中的浓度项的变化。而CSTR的物料衡算方程则为一代数方程，求解相对容易。注意当有多个反应器串联操作时
37、，需要逐釜衡算。在常压及800等温下在活塞流反应器进行下列气相均相反应：在反应条件下该反应的速率方程为：式中分别为甲苯和氢的浓度（），原料处理量为2，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为50，试计算甲苯最终转化率为95时的反应器长度。解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程。原料甲苯与氢的摩尔比等于，即，则有：式中下标T和H分别代表甲苯和氢，其中：所以，所需反应器体积为：所以，反应器的长度为：请注意PPT中讲到的有关第一类、第二类计算的综合题第三类：给定某一采用脉冲或阶跃进行RTD试验数据，要求求解平均停留时间和方差。注意采用的是脉冲还是阶跃法进行试验，若采用脉冲法，首先求分布密度函数，
38、若采用阶跃法，首先求分布函数。并能将RTD试验得到的平均停留时间和方差的数据，应用到非理想模型中，对一级反应，采用不同模型进行解析求解。例如：RTD数据：脉冲法注入t(s)01202403604806007208409601080C(g/m3)06.512.512.510.05.02.51.000在此反应器中进行一级不可逆反应。求平均停留时间和方差。反应温度下k=2.8410-3s-1，试用不同的非理想流动反应器模型，分别计算其出口转化率。并与相同体积的理想流动反应器对比。解：首先得到的是：此处可以上下消除时间间隔，是因为所有时间间隔都为120S注意：此处的f（t）即为PPT的E(t)，即：停
39、留时间分布密度函数多釜串联模型：PFR:CSTR:第四类：对气固催化反应本征动力学推导，能根据Langmuir-Hinshelwood模型，推导出双曲函数型动力学方程。推导过程为以下四步：假定机理，确定控制步骤；（该步为题目已经给定，已知）写出控制步骤速率方程；其它步骤写出平衡式；求速率方程(将反应速率表达为气相组分分压和温度的函数)作业中的第二章的补充习题即有一道，此处再补充一个典型题，在对第二步的处理中与作业上有不同之处：设有反应AB+D，其反应步骤表示如下：（1）（2）（3）若（1）是速率控制步骤，试推导其动力学方程。解：先写出各步的速率式：（1）（2）（3）由于（1）是速率控制步骤，第（2）是不可逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有：整理得：步骤（3）可按平衡处理：因为。将代入上式，化简后得：最后将代入控制步骤速率式，即为该反应的动力学方程式。另外，请注意“PPT-气固相催化反应动力学”中双曲线型本征动力学方程-