- •Ответы на вопросы по курсу пахт.
- •1. Дать определение единичной массовой силы и перечислить известные Вам единичные массовые силы. (Курс «Гидравлика»).
- •4. Закономерности турбулентного течения реальной жидкости в трубопроводе. Какие силы являются преобладающими? Объяснить физический смысл критерия Рейнольдса.
- •5. Дать определение поверхности уровня в гидравлике. Чем характеризуется поверхность уровня? Привести примеры поверхности уровня.
- •8. Что такое критерий гидродинамического подобия Эйлера Eu? Расшифровать входящие в критерий Эйлера символы и пояснить физический смысл критерия.
- •11. Объяснить принцип действия поршневых насосов. Для чего устанавливают воздушный колпак на всасывающей линии? Объяснить принцип работы воздушного колпака на всасывающей линии насоса.
- •12. Укажите способы регулирования производительности поршневого насоса.Напишите формулу для вычисления производительности поршневого насоса.
- •15. Законы пропорциональности центробежного насоса. Влияние частоты вращения рабочего колеса на производительность, на создаваемый им напор и на потребляемую мощность.
- •17. Назначение и принцип действия циклонов
- •18. Укажите два возможных варианта проведения процесса фильтрации. Что является движущей силой процесса фильтрации?
- •19. В каких случаях при выводе уравнений рабочих линий в массообменных процессах используются относительные потоки и концентрации? Указать, какие концентрации связывает рабочая линия процесса.
- •22. Понятие «флегмовое число» в процессах ректификации бинарных смесей. Влияние флегмового числа на затраты тепла в кубе колонны, на разделяющую способность колонны.
- •23. Назначение отгонной части ректификационной колонны непрерывного действия, используемой при разделении бинарных смесей?
- •26. При проведении процесса разделения смесей жидкостной экстракцией наибольшую эффективность достигают:
- •28. В чем преимущества проведения процесса сушки с частичной рециркуляцией сушильного агента по сравнению с процессом без рециркуляции? Представьте проведение этого процесса в I – d диаграмме.
- •30. Назначение, принцип действия и схема работы щековой дробилки.
- •Ответы на вопросы по курсу охт
- •3. В реакционной системе в газовой фазе протекают две реакции:
- •4. С какой целью в процессе пиролиза нефтепродуктов проводят резкое снижение температуры газов на выходе из реактора ( “закалку” )? Обосновать ответ. В каких ещё случаях применяется данный приём?
- •9. Почему реакции горения различных органических веществ вне зависимости от величины теплового эффекта (степени экзотермичности) являются необратимыми? Обосновать ответ.
- •10. Что является главной причиной большой кратности рециркуляции исходных веществ в синтезе аммиака? Обосновать ответ.
- •12. Получение этанола методом прямой гидратации этилена:
- •13. Как повлияет наличие инертных примесей в сырье для обратимых процессов при реализации принципа наилучшего использования сырья, если:
- •15. С чем связана необходимость рециркуляции продуктов реакции в хтс?
- •16. Зачем нужен избыток кислорода в процессе обжига колчедана? Обосновать способы интенсификации гетерогенных процессов в системах газ твердое в зависимости от природы лимитирующей стадии.
- •17. Как повлияет повышение температуры процесса на равновесный выход продуктов реакции Rи s при условиях 1) и 2)?
- •20. Производство стирола каталитическим дегидрированием этилбензола
- •23. Как изменится равновесный выход продукта с увеличением концентрации инертных примесей в исходной смеси для реакции:
- •27.В исследуемой системе основная (1) и побочная(2) реакции идут в газовой фазе.
- •28.Синтез аммиака проводят с большими объёмными скоростями для:
- •30. Современные производства серной кислоты работают по методу дк-да –двойного контактирования - двойной адсорбции. Что это дает? Обосновать ответ.
- •31.Скорость гетерогенной каталитической реакции лимитирует стадия внутренней диффузии. Какое изменение приведет к наиболее эффективному увеличению интенсивности процесса? Обосновать ответ.
- •40. В исследуемой системе основная (1) и побочная (2) реакции протекают в газовой фазе и обратимы в широком диапазоне температур:
- •41. Парокислородная конверсия метана протекает в шахтном конверторе и описывается реакциями:
- •41.Какие приемы можно использовать для увеличения селективности при протекании последовательных побочных реакций в химической системе:
- •43. С какой целью синтез метанола проводят с большими объемными скоростями? Что необходимо предусмотреть при выборе оптимальной объемной скорости?
- •44. В исследуемой системе в газовой фазе протекают основная (1) и побочная (2) реакции, которые обратимы в широком диапазоне температур:
- •47. Производство стирола дегидрированием этилбензола по реакции
- •50. Для чего необратимую гетерогенную экзотермическую реакцию в системе «газ-твердое тело»:
- •51. Какие системы называют энерготехнологическими и каковы приёмы рационального использования энергии внутри хтс?
- •52. Какие основные технологические принципы реализуются одновременно при применении рециркуляции исходных реагентов?
- •54. Какие основные технологические принципы реализуются одновременно при применении оптимальных больших объемных скоростей?
- •55. Какие приемы применяют при абсорбции нитрозных газов в процессе производства азотной кислоты для увеличения движущей силы?
- •57. При производстве серной кислоты на последней стадии – абсорбции – протекает реакция:
- •58. Какими приемами увеличивают движущую силу процесса (принцип наибольшей интенсивности процесса)? Какие еще приемы применяются для реализации принципа наибольшей интенсивности процесса?
- •59. Каталитическую конверсию оксида углерода водяным паром :
- •60. Какие приёмы используют для подавления побочных реакций и повышения селективности?
- •63. Для чего используется обратная связь(рецикл) в хтс? Что является причиной рециркуляции исходных реагентов?
16. Зачем нужен избыток кислорода в процессе обжига колчедана? Обосновать способы интенсификации гетерогенных процессов в системах газ твердое в зависимости от природы лимитирующей стадии.
Ответ: Избыток кислорода нужен для интенсификации процесса, он протекает в диффузионной области, лимитирующей стадией является диффузия кислорода из объема потока к поверхности твердой частицы FeS2 через слой образовавшегося оксида. Избыток кислорода увеличивает движущую силу процесса (равновесие смещается вправо).
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
1) лимитирующая стадия внешняя диффузия (из объема к поверхности частицы)
r = β (cv cf) , Сv концентрация реагента в потоке
для интенсификации процесса:
- повышать Cv
- увеличить коэффициент массоотдачи β
β = D/δ, δ толщина газовой пленки, D коэффициент молекулярной диффузии. D - зависит от вещества, мало зависит от T и P. Легче уменьшить δ:
- увеличить линейную скорость потока, обтекающего твердую частицу (пленку срывает)
- турбулизация потока (аппараты с кипящим слоем ТМ)
- увеличить поверхность контакта
2) процесс лимитирует внутренняя диффузия (через слой золы к поверхности ядра)
r = β΄ (CF CS) , СF концентрация реагента на поверхности частицы
- Увеличить CF
- β΄
β΄ = D эфф. / ( R r), R радиус частицы, r радиус ядра
Dэфф. повысить сложно (зависит от прористости и коэффициента извилистости пор), нужно уменьшить толщину слоя твердых продуктов реакции (R r) измельчить частицы
2) процесс лимитируется химической реакцией.
r = k · Cs , k константа скорости реакции, Сs концентрация газообразного реагента на поверхности ядра
Cs = Cv = Cf
Для интенсификации следует:
- повысить концентрацию газообразного реагента Сs
- увеличить константу скорости k. Она зависит от температуры, в соответствии с уравнением Аррениуса с ростом температуры увеличивается по экспоненте.
17. Как повлияет повышение температуры процесса на равновесный выход продуктов реакции Rи s при условиях 1) и 2)?
aA + bB =; rR + sS
1) ΔH < 0, ΔS > 0
2) ΔH > 0, ΔS > 0
Обосновать ответ. Какова связь между изменением стандартного изобрано-изотермического потенциала (свободной энергии Гиббса) и констнантой равновесия?
Ответ: ΔG = Δ;H TΔ;S
ΔG = - RTlnKp - связь свободной энергии Гиббса и константы равновесия. Порядок и знак величины Δ;G позволяют качественно предвидеть положение равновесия реакции. Если Δ;G << 0, равновесие сдвинуто вправо, выход продукта велик, Кр имеет большое числовое значение. Если Δ;G>> 0, то равновесие сдвинуто влево, выход продукта мал, Кр <<1.
- RTlnKp = Δ;H TΔ;S
lnKp = ΔS/R ΔH/RT
продифференцируем уравнение, получим уравнение изобары Вант-Гоффа:
dlnKp/dT = ΔH/T2
1) экзотермическая реакция, Кр большая положительная величина, реакция термодинамически разрешена при любых температурах. Так как Δ;H < 0, то dlnKp/dT < 0 и константа равновесия уменьшается с увеличением температуры:
X* - равновесный выход продуктов реакции
То же самое согласно принципу Ле Шателье повышение температуры смещает равновесие в сторону уменьшения воздействия, то есть в сторону обратной эндотермической реакции, константа уменьшается, выход тоже.
2) эндотермическая реакция, протекает с увеличением энтропии, термодинамически разрешена только в области высоких температур. ΔH > 0 , dlnKp/dT > 0, с повышением температуры константа равновесия увеличивается, равновесие смещается в сторону прямой реакции, выход продуктов увеличивается.
Влияние энтропийного фактора: при изменении температуры процесса равновесие смещается в направлении, для которого изменение энтропии имеет тот же знак, что и изменение температуры.
в обоих случаях ΔS > 0, с повышением температуры энтропийный фактор смещает равновесие вправо, увеличивая выход продуктов.
18. Энергия активации реакции окисления 2 NO + O2 ↔ 2NO2 (∆H <O) cоставляет -7,5 кДж/моль. Как изменится скорость реакции с увеличением температуры? Какие еще параметры влияют на скорость гомогенной реакции?
Ответ: Скорость гомогенной реакции – изменение числа молей в единицу времени в единице реакционного объема.
. Скорость данной реакции описывается выражением .
С термодинамической точки зрения в случае обратимой экзотермической реакции повышение температуры будет смещать равновесие в сторону исходных веществ. С увеличением температуры скорость прямой реакции будет уменьшаться.
Зависимость константы скорости k от температуры описывается уравнением Аррениуса. . Величина энергии активации показывает степень влияния температуры на скорость химической реакции. Чем больше величина энергии активации Еа, тем большее влияние на скорость оказывает температура. Для большинства реакций энергия активации положительна и константы скорости таких реакций возрастают по экспоненте с увеличением температуры. Данная реакция относится к числу немногих реакций с отрицательной Еа. Это связано с механизмом процесса. Реакция протекает через образование димера.
Суммарная скорость реакции определяется соотношением k* и Кс. С увеличением температуры k* растет медленнее, чем уменьшается Кс. Т.о. с кинетической точки зрения скорость реакции уменьшается с увеличением температуры. Влияние температуры с кинетической и термодинамической точек зрения одинаково. Требуется невысокая температура. Данная реакция является самой медленной стадией в производстве азотной кислоты и проводится при t=10 – 50 ºC.
Параметры, влияющие на скорость гомогенной реакции.
Скорость зависит от константы скорости (изменяется при изменении температуры в соответствии с уравнением Аррениуса) и от движущей силы процесса (степенью удаленности от состояния равновесия). В случае необратимых реакций движущая сила определяется только степенью превращения, т.е. концентрацией реагирующих веществ. В случае обратимых реакций движущая сила реакции может меняться при изменении состояния равновесия. Помимо кинетического фактора в этом случае на скорость реакции влияют факторы, смещающие равновесие.
1.Для обратимых реакций увеличение концентрации реагентов или уменьшение концентрации продуктов вызывают смешение равновесия в сторону продуктов и увеличение скорости прямой реакции. Для обратимых реакций, протекающих в газовой фазе, идущих с уменьшением числа газообразных мол-л увеличение давления способствует протеканию прямой реакции. (с увеличением – наоборот).
2.Для обратимых эндотермических реакций увеличение температуры вызывает увеличение скорости прямой реакц. Для обр. экзотрермич. р-ций зависимость скорости от температуры описывается кривой с максимумом. Вначале увеличение скор. обусловлено ростом константы скорости. Уменьшение скор. при дальнейшем росте температуры происходит из-за уменьшения движущей силы проц.
3. Скорость необр. р-ций растет с ростом температуры за счет роста конст. скор.
19. Какой зависимостью описывается изменение скорости процесса с ростом температуры для обратимой экзотермической реакции: А↔В (∆Н<0)? Каким способом реализуют в промышленности подобного типа процессы?
Ответ: Для данной реакции влияние температуры с т. зр. кинетики и термодинамики различно.
Кинетика. В соотв. с ур. Аррениуса с↑ Т ↑ r.
Термодинамика. Т.к. реакция – экзотермическая, ↑ Т приводит к смещению равновесия в сторону исходных в-в.
-степень превращ. комп. А, -равновесная степень превр.,
0<<1,
С ↑ Т ↑ k, но равновесие смещается в сторону исх. в-в., т.е. ↓*. При невысоких температурах рост температуры значительно влияет на константу скорости и ↑k сказывается сильнее, чем уменьшение движущей силы, с ↑ Т r↑. При достаточно высоких темп. – наоборот. Очевидно, что зависимость скорости реакции от темп. описывается кривой с максимумом и существует оптимальная температура, при которой скор. процесса максимальна при определенной степени превращения . При этом увеличение степени превр. приводит к уменьшению максимальной скорости (т. к. уменьшается макс. движущая сила ) и кривая зависимостиr от Т смещается в сторону более низких температур. Линия, соединяющая максимумы на кривых зависимости r от Т при различных степенях превращения – линия оптимальных температур (ЛОТ). В промышленности обратимые экзотермические процессы ведутся по ЛОТ, что позволяет добиться максимальной скорости процесса в каждый момент времени. Для этого процесс ведут с уменьшением температуры при увеличении времени контактирования. В действительности вести процесс точно по ЛОТ невозможно. Процесс ведут по кривой, максимально приближенной к ЛОТ, поочередно пропуская реакционную смесь через зоны реакционного объема, где происходит некоторый саморазогрев смеси и увеличение конверсии, и охлаждая реакционную смесь (конверсия при этом не меняется), например, путем ввода реагентов с байпасной линии. Примеры обратимых экзотермических процессов в промышленности, проводимых по ЛОТ – синтез аммиака из азота и водорода, окисление диоксида серы до триоксида серы при получении серной кислоты.