化学反应工程习题-第五章：非均相反应动力学

第五章非均相反应动力学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）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 结的（范德华力、化学键力）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 分子的（多、单）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） 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） 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）固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基方程（BET）1dnr A的反应速率的定义（

A W dt ）对于气—固相催化反应要测定真实的反应速率必须首先排和 的影响。（内扩散、外扩散）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A0 不变（WF ）A0A0测定气固相催化速率检验外扩散影响时可以同时改和 但保持WFA0（催化剂装量、进料流量）A0测定气固相催化速率检验内扩散影响时可改变催化剂在恒定的WF 下测A0d （直径p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

dp，在恒定的A0 下测转化率，看二者的变化关系（WF ）A0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影响和达到气相 及反应的目的（外扩散、完全混合、等温）流动循环（无梯度）式反应器是指消的存在使实验的准确性提高。（温度梯度、浓度梯度）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所致（子间碰撞）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。[分子扩散（容积扩散对于多孔性的催化剂分子扩散很复杂当微孔孔径在时分子与孔壁的碰为扩散阻力的主要因素（0.1um）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时为扩散阻的主要因素（分子与孔壁的碰撞）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，分子与孔壁的碰为扩散阻力的主要因素，这种扩散称（努森扩散）等温催化剂的有效系数η为催化剂粒子的 与催化剂内部的 之比（时的反应速率）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。kCkCm1V SDe（ ）kkCm1VDSeS气—固相催化反应的内扩散模 S

，它是表征内扩散影响的重要参数，数值平方的大小反映与 之比（表面反应速率、内扩散速率）S 气—固相催化反应的内扩散模数 的大小可判别内扩散的影响程度， 愈大，则粒的浓度梯度，反之，S愈小，内外浓度愈近S 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失活（物理、化学）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）描述气—固相非催化反应的模型: （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）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，但粒体积 （不变）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，这种模型属于径缩小模型（缩粒）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核部分推进，但粒子体积不变，这种模型属于粒径不变模型（缩核）膜内转化系值的大小反映了在膜内进行的那部分反应可能占的比例，因而可以用判断 的程度（反应快慢）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）下列哪种物质属于半导体催化A.金属 B.金属硫化物 C.金属盐类 酸性催化34.下列哪种物质属于绝缘体催化（D）A.金属 B.金属氧化物 C.金属盐类 酸性催化剂骨架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液溶去合金中的Al而形成骨架，这种制备方法（A）溶蚀法 B.热熔法 C.沉淀法 D.混合法下列不属于Langmuir型等温吸附的假定的（B）均匀表面 B.多分子层吸附 C.分子间无作用 D.吸附机理相同下列属于理想吸附等温方程的（A）Langmuir型 B.Freundlich型 C.Temkin型 D.BET型测量气—固相催化反应速率在确定有无外扩散影响时是在没有改的条件下行实验的（D）催化剂装置 B.催化剂装量 C.进料流量

W/FA0当催化剂颗粒的微孔的孔径小于分子的自由时分子与孔壁的碰撞成了扩散力的主要因素，这种扩散称为努森扩散（B）0.01um B.0.1um C.1um D.1nm催化剂颗粒扩散的无因次扩散模率与 之比（C）

Rk Cmk Cm1/D

e值的大小反映了表面反应速k Cm1/DV S k Cm1/DV S eL气固催化反应的内扩散模数LL形则L= （C）

，其中L为特征长度，若颗粒为圆柱A.厚/2 B.R C.R/2 D.R/3k Cm1/k Cm1/DV S e气固催化反应的内扩散模数L则L= （D）

，其中L为特征长度，若颗粒为球形k Cm1/DV S eA.厚k Cm1/DV S e L气固催化反应的内扩散模数L形则L= （A）

，其中L为特征长度，若颗粒为平片A.厚/2 B.R C.R/2 D.R/3d催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式应物无内扩散阻力时为 （B）

kdt

Ci

，当平行失活对反A.≈0 B.=1 C.→3 D.≈1d催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式应物有强内扩散阻力时为 （C）

kdt

Ci

，当平行失活对反A.≈0 B.=1 C.→3 D.≈1d催化剂在使用过程中会逐渐失活其失活速率式为 （D）

kdt

Ci

，当串联失活时，dA.≈0 B.=1 C.→3 D.≈1d

kdt

Ci

，当进料中的杂质吸附极牢以及对产物无内扩散阻力时为 （A）A.≈0 B.=1 C.→3 D.≈1下列非催化气—固相反应，属于粒径缩小的缩粒模型的（D）硫化矿的焙烧 B.分子筛的焙烧 C.氧化铁的还原 D.煤炭的燃烧下列非催化气—固相反应，属于粒径缩小的缩粒模型的（B）硫化矿的焙烧 B.焦碳与硫磺的反应 C.氧化铁的还原 D.分子筛的焙烧下列非催化气—固相反应，属于粒径不变的缩核模型的（C）煤炭的燃烧 B.焦碳与硫磺的反应 C.氧化铁的还原 D.水煤气反应气—液相反应中的膜内转化系γ在 范围内反应几乎全部在在液相主体内进的极慢反应（A）A.＜0.02 B.＜2 C.≥2 D.＞2气—液相反应中的膜内转化系γ在 范围内反应为在液膜内进行的瞬间反应快速反应（D）A.＜0.02 B.＜2 C.≥2 D.＞2气—液相反应中的膜内转化系γ在 范围内，反应为中等速率的反应（B）A.＜0.02 B.＜2 C.≥2 D.＞2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 （C）填料塔 B.喷洒塔 C.鼓泡塔 D.搅拌釜对于气—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 （D）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？1）均匀表面（或理想表面被吸附的程度如何无关；2）单分子层吸附；被吸附的分子间互不影响，也不影响别的分子；吸附的机理均相同，吸附形成的络合物均相同。简述BETP

1

(C0答：测定比表面积的方法是建立在BET方程基础之上V(P0

P) VCm

VCPm 0

，利用P P0低温下测定气体在固体上的吸附量和平衡分压值，将V(P0

P) P对0对

作图，应为一直线，(C1斜率为VmC ，截距为VmC，因此可求出Vm及C，则可利用比表面积公式进行求得。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；反应物在催化剂表面上吸附；吸附的反应物转化成反应的生成物；反应生成物从催化剂表面上脱附下来；脱附下来的生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散。解释努森扩散和分子扩散分别在何种情况下占优势？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