环境工程原理 复习资料.docx

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1、19、反应器一般主要有三种操作方式，即间歇操作、连续操作和半间歇或半连续操作。20、反应器设计经常用到四类基本方程：反应动力学方程、连续方程、热量方程、动量方程。21、单位时间单位体积反应层中某组分的反应量或生成量称为该组分的反应速率，有时可用反应物浓度减少到初始浓度的1/2时所需 要的时间即半衰期来表达。22、反应器设计经常用到的基本方程主要基于质量恒定原理、能量守恒定律和动量守恒定律，它们都符合输入二输出+消耗+累积 模式。23、连续操作中一物料微元从反应器入口到出口经历的时间称为停留时间；单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量称为 空间速度，单位为时间的倒数。24、在实际的反应器中，

2、物料的流动和混合状态十分复杂，为了便于分析和计算，常设想存在两种极端的理想流动状态：完全混合流 和平推流。25、吸收操作本质上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程，所用的液体溶剂称为吸收剂,吸收后得到的溶液称为吸收液。26、吸收操作本质上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程，混合气体中能显著溶于液体溶剂的组分称为渣质，吸收后的气体 称为吸收尾气(或净化气)o27、对于恒温恒容条件下的不可逆单一反应，零级反应的半衰期为tl/2=CAo/2k,一级反应的半衰期为tl/2=ln2/k11、什么是空间时间和空间速度？它们所表达的物理意义各是什么？答：(1)空间时间指反应器有效体积(V)与物料体

3、积流量(Q)之比值。其物理意义为处理与反应器体积相同的物料所需要的时间。(2) 空间速度指单位反应有效体积所能处理的物料的体积流量。空间速度表示单位时间内能处理儿倍于反应器体积的物料，反映了一个反 应器的强度。化学催化反应的特点： 催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般情况下催化剂的用量很少。 催化剂只能改变反应的历程和反应速率，不能改变反应的产物。 对于可逆反应，催化剂不改变反应的平衡状态，即不改变化学平衡关系。 催化剂对反应有较好的选择性，一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。西勒(Thiele)模数的物理意义是什么？具体说明西勒(Thiele)模数的大小如何影

4、响催化剂的有效系数？解：物理意义是最大反应速率与最大内扩散速率的比值B值越大，内扩散阻力越大，有效系数越小(1) 1-0.3时，77=1,此时扩散的影响可忽略不计。(2) Gs5-9时，n值小于0.1,且产1/6。此时宏观反应速率主要受扩散的影响。亨利系数在稀溶液条件下，温度一定，总压不大时，气体溶质的平衡分压和溶解度成正比，其相平衡曲线是一条通过原点的直线。PA*=ExA 亨利系数其他表达形式：PA*=CA/H,yA*=mxA,E=mP,E=Co/H,yA=YA/(l +YA),x A=X A/( 1+X A),YA*=XA/(l+(l-m)XA)当XA很小时，YA*=mXA微生物反应的总反

5、应式：碳源+氮源+其他营养物质+氧=。皿+代谢产物+CO2+H2O活性污泥微生物的平均元素组成：C5H7O2N 或 C60H87O23N12P2.1 在30口，常压条件下，用吸收塔清水逆流吸收空气SO2混合气体中的SO2,己知气液相平衡关系式为V =47.87、入塔混合气 中SO2摩尔分数为0.05,出塔混合气SO2摩尔分数为0.002,出塔吸收液中每100 g含有SO20.356 g,试分别计算塔顶和塔底处的传质 推动力，用八邸、羽表示。解：(1)塔顶出塔SO2的摩尔分数为y =0.002,入塔吸收液中SO2的摩尔分数为乂=0所以与出塔气相平衡的吸收液摩尔分数为4 = 0.002/47.87

6、= 4.17 xlO-5与入塔吸收液平衡的气相摩尔分数为与=0所以=4.17x10-5-0 = 4.17x10-5% = % - y-i = 0.002-0 = 0.002kP)Ap2 =101.325 x Ay2 = 101.325 x 0.002 = 0.2026 a忽略吸收液中溶解的SO2,则摩尔浓度可计算为c = 1000/18 = 55.6mol/LAc2 = 55.6 x * = 55.6 x4.17xl0-5= 0.00232 ml/L(2)塔底入塔SO2的摩尔分数为x=0.05，出塔吸收液中SO2的摩尔分数为 0.356/64八心J x = ().()() I100/18所以与

7、入塔气相平衡的吸收液摩尔分数为= 0.05/47.87 = 0.0010444与出塔吸收液平衡的气相摩尔分数为y； = 47.87芭=47.87 x0.001= 0.04787所 以M - N = 0.0010444 - 0.001=4.44x105y = y - M* = 0.05 - 0.04787 = 0.00213Ap, =101.325xAy, =101.325x0.00213 = 0.2158 kPaAc, =55.6x/Lv1 = 55.6 x 4.44 x IO-5 =0.00247 mol/L13.4 在CSTR反应器中，A被转化成C,反应速率方程为-(mol,LJsi)=0

8、.15cA(1)假定流量为lOOL/s, A的初始浓度打。为0.10mol/L,转化率为为90%。试求所需反应器的体积。(2)设计完成时，工程师发现该反应级数应该是0级而不是1级。速率方程应该为：-以=0.15 moi/(Ls) 试问这对反应的设计有何影响？解：(1)对于一级反应，在CSTR反应器中有- - = 605反应器体积V = qvr = 6000L(2)对于0级反应，在CSTR反应器中有0.150.15=O.6O5所需反应器体积V = qvr, = 6013.5 某一级不可逆气固相催化反应，当以=1001儿，0.1013MPa及400口时，其反应速率为I(y6mol/(s.cm3),

9、如果要求 催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响，问催化剂粒径如何确定(已知a=io-w/s)0解：对于一级气固相催化反应有A = hAioCA 10-2x10-3ioCA 10-2x10-3= 0.K要求催化剂中内扩散对总速率基本上不发生影响则有，0o03,取0.3则有:所以，催化剂粒径( 0.3x3(4)对于一级反应 间歇反应器的反应时间t与平推流反应器的时间T相等时，转化率相同 相同时，全混流反应器的转化率小于平推流反应器口总T相同时，多级串联CSTR转化率大于CSTR。cA = cAQ ekr = 60 - _,0x0,4 = 转化率 Xa 98.2%(5)反应器操作方式对转化率的影响 对于完全混合流连续反应器，串联级数增加，相应的转化率亦增加口完全混合流连续反应器与间歇反应器和平推流反应器相比，在相同的时间内，后两者的转化率较高 平推流反应器和间歇反应器在相同的时间内具有相同的转化率原因：口完全混合流连续反应器存在“稀释”效应，即反应器中A浓度低于进料浓度，反应速率较低；而平推流反应器或间歇反应器不存 在这种“稀释”效应，反应速率较高，转化率亦较高。所以，平推流反应器或间歇反应器转化率高于相同反应体积的完全混合流连续反 应器。口在多级串连全混流式反应器中，反应器中A相当于被逐步稀释。当级数n趋向于无穷大时，多级串连反应器相当于平推流反应器。