南京工業(yè)大學(xué)《化學(xué)工程與工藝專業(yè)試驗(yàn)》思考題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——南京工業(yè)大學(xué)《化學(xué)工程與工藝專業(yè)試驗(yàn)》思考題答案試驗(yàn)1二元體系汽液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定

1，試驗(yàn)測(cè)量誤差及引起誤差的原因？答：（1）汽液兩相平衡時(shí)，回流滴下來的流體速率平穩(wěn)，大約每秒1~2滴，且在一段時(shí)間內(nèi)溫度維持不變。

2，影響汽液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定的確切度的因素有哪些？

答:（2）影響確鑿度的因素有溫度和壓強(qiáng)，裝置氣密性，溫度計(jì)靈敏度，折射儀讀數(shù)確鑿性等。

試驗(yàn)3二氧化碳臨界現(xiàn)象觀測(cè)及PVT關(guān)系的測(cè)定

1，質(zhì)面比常數(shù)K值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有何影響？為什么？

答:任意溫度任意壓力下，質(zhì)面比常數(shù)k均不變。所以不會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果又影響。

2，為什么測(cè)量25℃下等溫線時(shí)，嚴(yán)格講，出現(xiàn)第1個(gè)小液滴時(shí)的壓力和最終一個(gè)小汽泡

將消失時(shí)的壓力應(yīng)相等？

答：在出現(xiàn)第一個(gè)小液滴和最終一個(gè)汽泡消失過程中CO2處于汽液平衡狀態(tài)。根據(jù)相律得F=C-P+1=1-2+1=0，自由度為0，故過程中壓力應(yīng)為相等。

試驗(yàn)4氣相色譜法測(cè)定無限稀釋溶液的活度系數(shù)

1,無限稀釋活度系數(shù)的定義是什么?測(cè)定這個(gè)參數(shù)有什么作用?

答:定義:P29公式(4-1),作用:通過測(cè)定兩個(gè)組分的比保存體積和無限稀釋下的活度系數(shù),計(jì)算其相對(duì)揮發(fā)度.

2,氣相色譜基本原理是什么?色譜儀有哪幾個(gè)基本部分組成?各起什么作用?答:原理：因固定液對(duì)于樣品中各組分溶解能力的差異而使其分開。

組成及作用：（1）載氣系統(tǒng)氣相色譜儀中的氣路是一個(gè)載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉管路系

統(tǒng)。整個(gè)載氣系統(tǒng)要求載氣純凈、密閉性好、流速穩(wěn)定及流速測(cè)量確鑿。（2）進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣就是把氣體或液體樣品速而定量地加到色譜柱上端。（3）分開系統(tǒng)分開系統(tǒng)的核心是色譜柱，它的作用是將多組分樣品分開為單個(gè)組分。色譜柱分為填充柱和毛細(xì)管柱兩類。（4）檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)器的作用是把被色譜柱分開的樣品組分根據(jù)其特性和含量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)放大后，由記錄儀記錄成色譜圖。（5）信號(hào)記錄或微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)近年來氣相色譜儀主要采用色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)。色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)可打印記錄色譜圖，并能在同一張記錄紙上打印出處理后的結(jié)果，如保存時(shí)間、被測(cè)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。（6）溫度控制系統(tǒng)用于控制和測(cè)量色譜柱、檢測(cè)器、氣化室溫度，是氣相色譜儀的重要組成部分。

3，測(cè)γ

∞

的計(jì)算式推導(dǎo)做了哪些合理的假設(shè)？

答：（1）樣品進(jìn)樣十分小，各組分在固定液中可視為處于無限稀釋狀態(tài)，聽從亨利定律，分派系數(shù)為常數(shù)；（2）色譜柱溫度控制精度可達(dá)到±0.1℃，可視為等溫

柱；（3）組分在汽、液兩相中的量微小，且擴(kuò)散迅速，時(shí)時(shí)處于瞬間平衡狀態(tài)，可設(shè)全柱內(nèi)任何點(diǎn)處于汽液平衡；（4）在常壓下操作的色譜過程，氣相可按理想氣體處理。

試驗(yàn)5非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定顆粒物料的導(dǎo)溫系數(shù)

1,本試驗(yàn)測(cè)定@的基本原理及方法？

答：將初始溫度均勻的試樣管，迅速的置于一溫度較高的恒溫環(huán)境中，使其處于一維徑向非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱狀態(tài)。根據(jù)試樣中心溫度隨時(shí)間t的變化規(guī)律來確定物料的導(dǎo)溫系數(shù)。

2,本試驗(yàn)的邊界條件屬于第幾類?答:其次類邊界條件

3,當(dāng)Bi較大時(shí),對(duì)所測(cè)定的α值將會(huì)產(chǎn)生何種影響?

答:Bi越大意味著物體內(nèi)部溫度越不均勻，溫度梯度越大，內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻起控制作用。所測(cè)定的α值將會(huì)偏小。

4,查閱物料導(dǎo)溫系數(shù)還有哪些測(cè)量方式？

答：常用的方法還有1）穩(wěn)態(tài)球壁導(dǎo)熱測(cè)定法2）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法3）非穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法

試驗(yàn)6氣相擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定

1,本試驗(yàn)中擴(kuò)散的推動(dòng)力是什么?

答:系統(tǒng)的總壓與擴(kuò)散管口A組分的分壓之差

2,何謂穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散?本試驗(yàn)屬于穩(wěn)態(tài)還是非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程?

答:穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散系數(shù)中，任一體積元在任一時(shí)刻流入的物質(zhì)量與流出的相等，即任一

點(diǎn)的濃度不隨時(shí)間的變化而變化。本試驗(yàn)屬于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程。

3,你了解那些氣相擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式,如何獲取?答:1）公式6-8

4,氣相擴(kuò)散系數(shù)的常用單位和量級(jí)范圍是什么?答:單位：m2/s量級(jí)范圍：10*-5~~10*-4

5,氣體流量的大小,擴(kuò)散管直徑的粗細(xì),水浴溫度的高低對(duì)擴(kuò)散系數(shù)有何影響?試驗(yàn)中還有哪些因素會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果?

答:氣體流量增大,擴(kuò)散管直徑增加,水浴溫度變高都使擴(kuò)散系數(shù)增加.試驗(yàn)中測(cè)高儀的讀數(shù)和測(cè)試劑的濃度等會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果.

6,擴(kuò)散管管口處A組分的分壓PA0近似等于多少?為什么?假使確切處理,有何方法?答:PA0近似等于0,空氣流量較大而通過擴(kuò)散進(jìn)入空氣主體的測(cè)試試劑很少.通過氣相色譜的方式確切計(jì)算PA0.

試驗(yàn)8連續(xù)均相反應(yīng)器停留時(shí)間分布的測(cè)定

1,示蹤劑輸入的方法有幾種?為什么脈沖示蹤法應(yīng)當(dāng)瞬間注入示蹤劑?答:階躍法和脈沖法保證它停留時(shí)間一致

2,為什么要在流量U、轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定一段時(shí)間后才能開始試驗(yàn)？答：保證流形穩(wěn)定

3，把脈沖法所得出口示蹤劑濃度對(duì)時(shí)間作圖，試問曲線下面積有何意義？答：Ft停留時(shí)間分布函數(shù)

4，改變流量對(duì)平均停留時(shí)間有什么影響？答：流量越大，平均停留時(shí)間越短。

試驗(yàn)9氣升式環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)及傳質(zhì)性能的測(cè)定

1.是如何得以循環(huán)起來的?

答:試驗(yàn)指導(dǎo)書P64，試驗(yàn)原理的其次段。

2.當(dāng)進(jìn)氣量變化時(shí)，氣含率、液體循環(huán)速度和氧體積傳質(zhì)系數(shù)是如何變化的？答：氣量增加，氣含率增加，液體循環(huán)速度增加，氧體積傳質(zhì)系數(shù)增加。3.氣升式環(huán)流反應(yīng)器是瘦高型還是矮胖型的傳質(zhì)性能好？答：瘦高型

4.試驗(yàn)中所測(cè)的氣含率、液體循環(huán)速度和氧體積傳質(zhì)系數(shù)這3個(gè)參數(shù)對(duì)指導(dǎo)工程放大有何意義？

答：傳遞過程受系統(tǒng)規(guī)模的影響很大。氣含率是表征反應(yīng)器流體力學(xué)性能的重要參數(shù)之一，反應(yīng)器放大后氣含率的壁效應(yīng)可忽略。通過對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定來確定氣體流量從而控制生物細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝速率與小試時(shí)一致。液體循環(huán)速度應(yīng)正比于反應(yīng)器的大小。

試驗(yàn)10催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的測(cè)定

1.外擴(kuò)散阻力如何消除？

答：消除外擴(kuò)散可通過增加氣速方式來使外擴(kuò)散阻力消除。2.本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)如何測(cè)定？

答：首先應(yīng)當(dāng)排除內(nèi)外擴(kuò)散，然后利用固定床積分反應(yīng)器，改變流量，測(cè)定轉(zhuǎn)化率。按XA-W/FA0作圖，得到各等溫條件下XA與W/FA0的曲線，對(duì)組分A進(jìn)行物料衡算有

→

得到XA與W/FA0的曲線等溫線上的斜率就是該點(diǎn)的反應(yīng)速率

試驗(yàn)11乙酸乙酯皂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的測(cè)定

1，假使NaOH和CH3COOC2H5起始濃度不相等，試問應(yīng)怎樣計(jì)算K值？答：CH3COOC2H5+NaOH—>CH3COONa+C2H5OHCA0CB0CA0-CACA0-CA

CACB0-CA0+CA

-rA=k*CA*CB+k*CA*(CB0-CA0+CA)=-dCA/dtKt=

dCA?CA0CA*(CB0?CA0?CA)

CA

試驗(yàn)12甲苯液相催化氧化制甲苯酸

1，汽液反應(yīng)器有哪些類型？各有什么特色？

類型：⑴氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的鼓泡塔反應(yīng)器、攪拌鼓泡釜式反應(yīng)器和板式反應(yīng)器⑵液體以液滴狀分散在氣相中的噴霧、噴射和文氏反應(yīng)器等；

⑶液體以膜狀運(yùn)動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸的填料塔反應(yīng)器和降膜反應(yīng)器等。㈠鼓泡塔反應(yīng)器

特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：⑴氣體以小的氣泡形式均勻分布，連續(xù)不斷地通過氣液反應(yīng)層，保證了充足的氣液接觸面，使氣液充分混合反應(yīng)良好。

⑵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單清理，操作穩(wěn)定，投資和維修費(fèi)用低⑶鼓泡反應(yīng)器具有極高的儲(chǔ)液量和相際接觸面積，傳質(zhì)和傳熱效率較高，適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)和高度放熱的狀況。

⑷在塔的內(nèi)、外都可以安裝換熱裝置。⑸與填料塔相比較，鼓泡塔能處理懸浮液體

缺點(diǎn)：⑴為了保證氣體沿截面的均勻分布，鼓泡塔的直徑不宜過大，一般在2~3m以內(nèi)。⑵鼓泡塔反應(yīng)器液相軸向返混很嚴(yán)重，在不太大的高徑比狀況下可認(rèn)為液相處于理想混合狀態(tài)，因此較難在單一連續(xù)反應(yīng)器中達(dá)到較高的液相轉(zhuǎn)化率。⑶鼓泡反應(yīng)器在鼓泡時(shí)所耗壓降較大。

適用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)㈡填料塔反應(yīng)器

填料塔反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力降小，易于適應(yīng)各種腐蝕介質(zhì)和不易造成溶液起泡的優(yōu)點(diǎn)。填料反應(yīng)器也有不少缺點(diǎn)：首先，它無法從塔體中直接移去熱量，當(dāng)反應(yīng)熱較高時(shí)必需借助增加液體噴淋量以顯熱形式帶出熱量;其次，由于存在最低潤(rùn)濕率的問題，在好多狀況下需采用自身循環(huán)才能保證填料的基本潤(rùn)濕，但這種自身循環(huán)破壞了逆流的原則。適用于瞬間反應(yīng)、快速和中速反應(yīng)過程。㈢板式塔反應(yīng)器

優(yōu)點(diǎn)：⑴將軸向返混降低至最小程度

⑵可以在很小的液體流速下進(jìn)行操作

⑶能在單塔中直接獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率

缺點(diǎn)：⑴可以在板上安置冷卻或加熱元件，以適應(yīng)維持所需溫度的要求

⑵板式塔反應(yīng)器具有氣相滾動(dòng)壓降較大和傳質(zhì)表面較小適用于快速及中速反應(yīng)㈣噴霧塔反應(yīng)器

結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，液體以細(xì)小液滴的方式分散與氣體中，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，具有相接觸面積大和氣相壓降小等優(yōu)點(diǎn)。噴霧塔反應(yīng)器具有持液量小和液側(cè)傳質(zhì)系數(shù)過小，氣相和液相返混較為嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，也適用于生成固體的反應(yīng)。㈤降膜反應(yīng)器

優(yōu)點(diǎn)：借助于管內(nèi)的滾動(dòng)液膜進(jìn)行氣液反應(yīng)，管外使用載熱流體導(dǎo)入或?qū)С龇磻?yīng)熱還具有壓降小和無軸向返混

適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，特別適用于較大熱效率的氣液反應(yīng)過程。㈥攪拌鼓泡釜式反應(yīng)器特點(diǎn)：機(jī)械攪拌以增大傳質(zhì)效率發(fā)站起來的。在機(jī)械攪拌的作用下反應(yīng)器內(nèi)氣體能較好地分散成細(xì)小的氣泡，增大氣液接觸面積。適用于慢速反應(yīng)㈦高速湍動(dòng)反應(yīng)器

由于湍動(dòng)的影響，加速了氣膜傳遞過程的速率，因而獲得很高的反應(yīng)速率。適用于瞬間反應(yīng)。

3，增大通氣量對(duì)反應(yīng)有何影響?改用富氧作氧化劑如何?

答:甲苯轉(zhuǎn)化率隨氣通氣量的增加而增加,有利于反應(yīng)的向正方向進(jìn)行.若改用富氧做氧化劑,有利于反應(yīng)的向正方向進(jìn)行.

4,反應(yīng)中為何要參與苯甲醛?反應(yīng)時(shí)為何要加壓進(jìn)行?

答:甲苯氧化制苯甲酸反應(yīng)分為兩步進(jìn)行,首先甲苯氧化成苯甲醛,然后由苯甲醛再氧化為苯甲酸.參與苯甲醛可以提高苯甲酸的轉(zhuǎn)化率,更有利于反應(yīng)生成苯甲酸.該反應(yīng)為分子數(shù)減小的反應(yīng),隨著壓力的增大,甲苯的轉(zhuǎn)化率和苯甲酸的收率均有提高.

5,如何提高甲苯氧化的反應(yīng)速度?如何加強(qiáng)氣液間的傳質(zhì)?答:①用富氧作氧化劑,②適當(dāng)增加溫度

通過增加擾動(dòng)的方式加強(qiáng)氣液間的傳質(zhì),如增加一個(gè)攪拌槳等6,工業(yè)上生產(chǎn)苯甲酸的工藝有哪幾種?

答:苯甲酸工業(yè)生產(chǎn)方式有三種:甲苯液相空氣氧化法,芐川三氯水解法,鄰苯二甲酸酐脫羧法.其中甲苯液相空氣氧化法由于技術(shù)成熟,原料易得,故應(yīng)用最廣.

試驗(yàn)13乙苯脫氫制苯乙烯

1為什么脫氫反應(yīng)要在高溫低壓下進(jìn)行

烴類脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△HΘ>0，其吸熱量與烴類的結(jié)構(gòu)有關(guān)，大多數(shù)脫氫反應(yīng)在低溫下平衡常數(shù)很小，由于△HΘ>0，隨著反應(yīng)溫度升高而平衡常數(shù)增大，平衡轉(zhuǎn)化率也升高.脫氫反應(yīng)是分子數(shù)增加的反應(yīng)，從熱力學(xué)分析可知，降低總壓力，可使產(chǎn)物的平衡濃度增大.

2提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率有哪些措施

1）可利用圓筒形輻射滾動(dòng)反應(yīng)器，雙蒸汽兩端絕熱反應(yīng)器，多段徑向流反應(yīng)器來提高乙苯的轉(zhuǎn)化率和收率

2）降低反應(yīng)器的壓力

利用多段絕熱反應(yīng)器，填充不同的催化劑，發(fā)揮催化劑的最大效果3）新型催化劑的研制3反應(yīng)中為何要參與水蒸氣

在水蒸氣存在時(shí),苯乙烯、乙烯等不飽和物在高溫下會(huì)聚合、縮合產(chǎn)生焦油和焦,它們會(huì)覆蓋在催化劑表面使催化劑活性下降。副產(chǎn)物有甲苯(3.5%左右)和苯(1%左右)以及C2H6,CH4,H2,CO2和碳(焦)等。

4為什么要進(jìn)行催化劑的再生？如何進(jìn)行再生？

本試驗(yàn)采用鐵系催化劑作為乙苯氣相脫氫制苯乙烯反應(yīng)的催化劑。

工業(yè)生產(chǎn)中，常壓下常以水蒸氣為稀釋劑，水蒸氣可以與沉積在催化劑表面的炭發(fā)生反應(yīng)：C+2H2O→CO2+2H

從而使催化劑在反應(yīng)過程中自動(dòng)獲得再生，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命

試驗(yàn)15液-液萃取試驗(yàn)

1,在本試驗(yàn)中水相是輕相還是重相，是分散相還是連續(xù)相？在本試驗(yàn)中水相是輕相是連續(xù)相

2,轉(zhuǎn)速和油水流量比萃取過程有何影響？轉(zhuǎn)速增加加強(qiáng)了傳質(zhì)過程，提高了液液相萃取的效率對(duì)萃取過程有力。油化比減少即萃取劑的量增加，對(duì)萃取過程有力。

3,本試驗(yàn)中分散相的液滴在塔內(nèi)是如何運(yùn)動(dòng)的？從下向上動(dòng)

4,傳質(zhì)單元數(shù)與那些因素有關(guān)？分開要求塔徑傳質(zhì)高度

5,轉(zhuǎn)軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)對(duì)試驗(yàn)是否有關(guān)？

有影響,反轉(zhuǎn)比正轉(zhuǎn)更好.反轉(zhuǎn)更有利于油水之間的混合,使傳質(zhì)過程更加充分.