化学反应工程 习题 第五章 非均相反应动力学.pdf

第五章第五章 非均相反应动力学非均相反应动力学 1 工业催化剂所必备的三个主要条件是 活性好 选择性高 寿命长 2 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 范德华力 化学键力 3 气体在固体表面上的吸附中物理吸附是 分子层的 而化学吸附是 分子层 的 多 单 4 气体在固体表面上发生吸附时 描述在一定温度下气体吸附量与压力的关系式称为 吸附等温方程 5 吸附等温方程式是假定吸附热是随着表面覆盖度的增加而随幂数关系减少的 Freundlich 6 吸附等温方程式是按吸附及脱附速率与覆盖率成指数函数的关系导出的 Temkin 7 固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于 方程 BET 8 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 A B A 的反应速率的定义为 dt dn W r A A 1 9 对于气 固相催化反应 要测定真实的反应速率 必须首先排除 和 的影响 内扩散 外扩散 10 测定气固相催化速率检验外扩散影响时 可以同时改变催化剂装量和进料流量 但保持 不变 0A FW 11 测定气固相催化速率检验外扩散影响时 可以同时改变 和 但保持 0A FW 不变 催化剂装量 进料流量 12 测定气固相催化速率检验内扩散影响时 可改变催化剂的 在恒定的 0A FW 下测 看二者的变化关系 粒度 直径 p d 转化率 13 测定气固相催化速率检验内扩散影响时 可改变催化剂的粒度 直径 p d 在恒定的 下测转化率 看二者的变化关系 0A FW 14 催化剂回转式反应器是把催化剂夹在框架中快速回转 从而排除 影响和达到气相 及反应器 的目的 外扩散 完全混合 等温 15 流动循环 无梯度 式反应器是指消除 的存在 使实验的准确性提高 温度梯度 浓度梯度 16 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 所致 分 子间碰撞 17 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 容积扩散 18 对于多孔性的催化剂 分子扩散很复杂 当微孔孔径在约 时 分子与孔壁的碰撞 为扩散阻力的主要因素 0 1um 19 对于多孔性的催化剂 分子扩散很复杂 当微孔孔径在约 0 1um 时 为扩散阻力 的主要因素 分子与孔壁的碰撞 20 对于多孔性的催化剂 分子扩散很复杂 当微孔孔径在约 0 1um 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 21 等 温 催 化 剂 的 有 效 系 数 为 催 化 剂 粒 子 的 与 催 化 剂 内 部 的 之比 实际反应速率 浓度和温度与其外表面上的相等 时的反应速率 22 气 固相催化反应的内扩散模数 S 它是表征内扩散影响的重要参数 e m SV D Ck R 1 23 气 固相催化反应的内扩散模数 S e m SV D Ck R 1 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 表面反应速率 内扩散速率 24 气 固相催化反应的内扩散模数 S 的大小可判别内扩散的影响程度 S 愈大 则粒内的 浓度梯度就 反之 S 愈小 内外浓度愈近于 愈大 均一 25 催化剂在使用过程中 可能因晶体结构变化 融合等导致表面积减少造成的 失活 也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的 失活 物理 化学 26 催化剂的失活可能是由于某些化学物质的中毒引起的 关于中毒的两种极端情况是 与 均匀中毒 孔口中毒 27 描述气 固相非催化反应的模型有 整体均匀转化模型 粒径不变的缩核模型 粒径缩小的缩粒模型 28 对于气 固相非催化反应的缩核模型 反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进 但粒子 体积 不变 29 煤炭燃烧属于气 固相非催化反应 粒径随着反应进行而不断的缩小 这种模型属于粒 径缩小的 模型 缩粒 30 硫化矿的燃烧 氧化铁的还原都属于气 固相非催化反应 反应从粒子外表面逐渐向内 核部分推进 但粒子体积不变 这种模型属于粒径不变的 模型 缩核 31 膜内转化系数 值的大小反映了在膜内进行的那部分反应可能占的比例 因而可以用来 判断 的程度 反应快慢 32 测定气 液相反应速率的方法与均相反应时不同之点是实验时要排除气相和液相中的 使反应在动力学区域内进行 扩散阻力 33 下列哪种物质属于半导体催化剂 B A 金属 B 金属硫化物 C 金属盐类 D 酸性催化剂 34 下列哪种物质属于绝缘体催化剂 D A 金属 B 金属氧化物 C 金属盐类 D 酸性催化剂 35 骨架 Ni 催化剂的制备是将 Ni 与 Al 按比例混合熔炼 制成合金 粉碎以后再用苛性钠溶 液溶去合金中的 Al 而形成骨架 这种制备方法是 A A 溶蚀法 B 热熔法 C 沉淀法 D 混合法 36 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 37 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 38 测量气 固相催化反应速率 在确定有无外扩散影响时是在没有改变 的条件下进 行实验的 D A 催化剂装置 B 催化剂装量 C 进料流量 D 0 A FW 39 当催化剂颗粒的微孔的孔径小于分子的自由程 时 分子与孔壁的碰撞成了扩散阻 力的主要因素 这种扩散称为努森扩散 B A 0 01um B 0 1um C 1um D 1nm 40 催化剂颗粒扩散的无因次扩散模数 e m SVS DCkR 1 值的大小反映了表面反应速率 与 之比 C A 扩散速率 B 外扩散速率 C 内扩散速率 D 实际反应速率 41 气固催化反应的内扩散模数 e m SVL DCkL 1 其中 L 为特征长度 若颗粒为圆柱 形则 L C A 厚度 2 B R C R 2 D R 3 42 气固催化反应的内扩散模数 e m SVL DCkL 1 其中 L 为特征长度 若颗粒为球形 则 L D A 厚度 2 B R C R 2 D R 3 43 气固催化反应的内扩散模数 e m SVL DCkL 1 其中 L 为特征长度 若颗粒为平片 形则 L A A 厚度 2 B R C R 2 D R 3 44 催化剂在使用过程中会逐渐失活 其失活速率式为 dm idC k dt d 当平行失活对反 应物无内扩散阻力时 d 为 B A 0 B 1 C 3 D 1 45 催化剂在使用过程中会逐渐失活 其失活速率式为 dm idC k dt d 当平行失活对反 应物有强内扩散阻力时 d 为 C A 0 B 1 C 3 D 1 46 催化剂在使用过程中会逐渐失活 其失活速率式为 dm idC k dt d 当串联失活时 d 为 D A 0 B 1 C 3 D 1 47 催化剂在使用过程中会逐渐失活 其失活速率式为 dm idC k dt d 当进料中的杂质 吸附极牢以及对产物无内扩散阻力时 d 为 A A 0 B 1 C 3 D 1 48 下列非催化气 固相反应 属于粒径缩小的缩粒模型的是 D A 硫化矿的焙烧 B 分子筛的焙烧 C 氧化铁的还原 D 煤炭的燃烧 49 下列非催化气 固相反应 属于粒径缩小的缩粒模型的是 B A 硫化矿的焙烧 B 焦碳与硫磺的反应 C 氧化铁的还原 D 分子筛的焙烧 50 下列非催化气 固相反应 属于粒径不变的缩核模型的是 C A 煤炭的燃烧 B 焦碳与硫磺的反应 C 氧化铁的还原 D 水煤气反应 51 气 液相反应中的膜内转化系数 在 范围内 反应几乎全部在在液相主体内进行 的极慢反应 A A 0 02 B 0 02 2 C 2 D 2 52 气 液相反应中的膜内转化系数 在 范围内 反应为在液膜内进行的瞬间反应及 快速反应 D A 0 02 B 0 02 2 C 2 D 2 53 气 液相反应中的膜内转化系数 在 范围内 反应为中等速率的反应 B A 0 02 B 0 02 2 C 2 D 2 54 对于气 液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应 为提高反应速率 应选用 装置 C A 填料塔 B 喷洒塔 C 鼓泡塔 D 搅拌釜 55 对于气 液相反应中等速率反应 为提高反应速率 使其转变为快反应应选用 装 置 D A 填料塔 B 喷洒塔 C 鼓泡塔 D 搅拌釜 56 简述 Langmuir 等温吸附方程的基本特点 答 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 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 57 简述 BET 方程测定固体催化剂比表面积的原理 答 测定比表面积的方法是建立在 BET 方程基础之上 00 1 1 CPV PC CVPPV P mm 利用 低温下测定气体在固体上的吸附量和平衡分压值 将 0 PPV P 对 0 P P 作图 应为一直线 斜率为 CV C m 1 截距为 CVm 1 因此可求出 m V 及C 则可利用比表面积公式进行求得 58 气 固相催化反应的动力学步骤 答 1 反应物从气流主体向催化剂的外表面和内孔扩散 2 反应物在催化剂表面上吸附 3 吸附的反应物转化成反应的生成物 4 反应生成物从催化剂表面上脱附下来 5 脱附下来的生成物向催化剂外表面 气流主体中扩散 59 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 60 简述非催化气固反应缩核模型的特点 答 非催化气固反应缩核模型是反应从粒子外表面逐渐向内核部分推进 但粒子体积不变 如硫化矿的焙烧 氧化铁的还原等 61 简述