过程，即流动状态不同，将使反应器内的浓度分布、温度分布和流速分布的不同，可能造成反应器各“流团”停留时间分布、组分分布和反应速率分布的不同，从而影响反应的结果。

8. 若将反应速率的定义写成－rA＝－dcA/dt，该定义式成立的条件是什么,并说明理由？ 解：成立的条件为恒容反应。 根据反应速率的一般定义

?rA??1dnAVdt

(nA=cAV)

即

?rA?

对于恒容反应有

所以反应速率的定义

1d(cAV)dccdV??A?AVdtdtVdtdV ?0

dtdc?rA??A

dt

9. 进行反应速率方程的实验测定时，常采用间歇反应器，为什么？ 解：间歇反应器获取数据较为方便

（1）平推流反应器和全混流反应器需调节至稳态，才可进行实验测定，获取数据；间歇反应器只需一次性将物料加入反应器，便可进行实验测定。

（2）平推流反应器和全混流反应器需进行多次实验，改变时间τ或进口浓度cA0，测定反应器出口浓度cA；间歇反应器只需进行一次实验。

10．气液相反应的宏观速率方程根据本征反应速率的快慢有不同的表达形式，为什么？

解：气液相反应过程是包括传质和反应的多个步骤的综合过程。宏观反应速率控制步骤为传质过程或反应过程，由本征反应速率和传质速率快慢所决定。控制步骤不同，反应区域与浓度分布亦不同，反应速率方程和传质形式发生改变，从而使宏观速率方程具有不同的表达形式。

11. 简要阐述环境净化与污染控制技术原理体系以及在实际工程中实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。

解：（1）原理体系：利用隔离、分离、转化等技术原理，通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。

（2）技术路线：通过隔离/分离/转化方式的优选与组合，实现对污染物的高效（去除效率、能耗）、快速地去除。

即通过对装置的优化设计以及对操作方式和操作条件的优化，实现对介质的混合状态和流体流态的优化和对迁移（物质、能量）和反应速率的强化，从而实现对污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除。

12. 对于不可逆液相反应，利用间歇反应器和理想平推流反应器进行反应操作时的基本方程有何异同？

简要分析其理由。

解：间歇反应器基本方程为

nA0dxA??rAVdt

平推流反应器的基本方程为

qnA0dxA??rA dV异同：方程的基本形式相同，但间歇反应器为反应速率正比于转化率随时间的变化率，而平推流反应器为反应速率正比于转化率随空间的变化率。

原因：平推流反应器可以看作一个微元在流动过程中进行间歇反应，其反应时间可用流动的距离或体积进行表示。即在空间上的平推流反应器与在时间上的间歇反应器。

13. 简述影响球形催化剂有效系数的主要因素及其产生的影响。 解：球形催化剂的效率系数的定义为

??1?s[11?]

tanh(3?s)3?s西勒模数反映了反应过程受本征反应及内扩散的影响程度，与η大小有关

根据

RkvcAS ?s?3Den?1

可知η的主要影响因素有催化剂颗粒半径R，扩散系数De，反应速率常数kV，催化剂表面反应物浓度cAS。

R、kv、cAS、n越大，本征反应速率越大，则扩散过程对反应速率影响越大，η值越小； De越大，扩散速率越大，则本征反应对反应速率影响越大，η值越大。

14. 分析气－液相快速反应的特点。根据气－液相拟一级快速反应的宏观速率方程，简述提高反应速率的措施。

解：特点为A与B之间的反应速率较快，反应发生在液膜内的某一区域中，在液相主体不存在A组分，也不发生A和B之间的反应。

拟一级快速反应的宏观反应速率方程

?rAS?kLAcAi

?tanh?

其中，

???LkcBL/DLA?kcBLDLA/kLA

提高反应速率的措施： ① ②

提高Hatta（八田）数?：可以通过提高B在液相主体的浓度cBL、A在液相中的扩散系数DLA。 提高cAi：加大气相中A的分压

③

提高kLA：改善传质，即提高A在液相中的扩散系数DLA，减少液膜厚度δL

3.2 在气固相催化反应本征动力学实验中，向一连续反应器内装入质量为m1的催化剂（填充层高h1），保持温度、压力、进口物料组成不变，改变反应物A的进料摩尔流速qnA0，测定相应的反应率xA，得到xA－m/ qnA0曲线。在同一反应器内装入质量为m2（填充层高度为h2）的催化剂，在同样的温度、压力和进口物料组成的条件下得到另一条xA－m/ qnA0曲线（见图1）。简要回答以下问题：

（1）说明如何利用该实验结果，确定消除外扩散影响的物料流速条件，并说明理由。 （2）h1和h2的大小关系如何，为什么？

（3）该实验较宜使用积分反应器还是微分反应器？为什么？

填充层高度h1xAxA 填充层高度h20MFA0m/qnA0 图1 不同填充层高度条件下转化率与物料摩尔流速的关系曲线

解：（1）两条曲线重合部分的实验条件，说明两种情况下尽管有线速度的差别，但不影响反应速率，在这种实验条件下，即可以认为消除外扩散的影响

对于不同填充高度h，当m/qnA0相同时，即qnA0/ m相同，即单位质量催化剂处理物料相同，不同的只是h增加，则有h↑→m↑→qnA0↑→qV0↑→线速度↑。所以当两线重合时，说明线速度↑不影响反应速度，即外扩散影响已经消除。

（2）若外扩散未消除，h↑→m↑→qnA0↑→qV0↑→线速度↑→外扩散↑→反应速度↑→xA↑ 所以h↑→xA线速度↑，所以h1>h2 （3）宜采用积分反应器

因为此实验的关键是比较不同h时的转化率xA，而微分反应器要求xA在5％以内（入口处xA0=0） 在xA<5%的情况下还要比较xA的大小比较困难。

3.3 已知单一不可逆液相反应A→P的反应速率只与反应物A的浓度有关，现拟利用半衰期法确定其反应速率方程，请设计一个简单可行的实验方案并给出实验数据的解析方法。（10分）

解：（1）设-rA=kcAn，利用间歇积分反应器，改变A的初始浓度cA0，测定A的转化率为50％时的时

间t1/2

（2）以lgt1/2对lgcA0作图，得一直线，直线斜率等于1-n

lgt121-n(n<1)n=1lgCA0lgc

A0

1-n(n>1)

（3）由此求得反应级数n 若n=1，则 若n≠1，则

k?t1/2 ln2?dcAn ?kcAdt?n?cAdcA?kdt

积分可得：

?n1?nc1A0?cA?kt

1-n?nc1A01?2n?1??kt1/2 ?1-n若n≠1反应速率常数为

2n?1?1k? n?1t1/2?cA0?(n?1)

3.4 细菌A和B均能利用基质S作为唯一碳源和能源生长，且利用S时的生长速率均符合Monod方程。已知A和B的生长动力学参数为：

μmax，A=0.5 h-1，Ks, A=1 mg/L，Yx/s, A=0.4 mg（细胞）/mg（基质），μmax，B=0.3 h-1，Ks, B=0.2 mg/L，Yx/s, B=0.3 mg（细胞）/mg（基质）。若以S为唯一基质，用连续培养器对A和B进行混合培养，已知培养器的有效体积为0.5m3，新鲜培养液中S的浓度为50mg/L，试回答以下问题：（共20分） （1）在培养达到稳定态时，保证A和B共存的必要条件是什么？

（2）在培养液供应量为0.2m3/h的条件下，试计算培养达到稳定态时培养器内A和B的细胞浓度分别为多少？基质的转化率是多少？

（3）在培养液供应量为0.06m3/h的条件下，试计算达到稳定态时培养器内A和B的细胞浓度分别为多少？基质的转化率是多少？

（4）讨论利用连续培养器进行混合菌培养时的注意事项以及影响培养器内基质转化率的主要参数和操作条件。

解：A、B培养时，细胞比增长速率为

?A??B?做A、B生长曲线，如下图

?max,A?SKS,A?S??0.5S1?S0.3S0.2?S?max,B?SKS,B?S

μμμμmBmAxμBμAS

令?X??A??B,则有?X＝0.25h?1。

（1）在培养达到稳定态时，保证A和B共存，有

D??X?0.25h?1

qV?DV?0.25?5?0.125m3/h

（2）培养液供应量为0.2m3/h 稀释率

D?qV/V?0.2/0.5?0.4h?1

根据生长曲线有

?X?D??max,A

所以，比增长速率

?A??B

稳态时，只存在A，而B则被洗脱。 A的细胞浓度