反应工程第二篇-(天大)PPT课件

-,1,化学反应工程,第二章反应动力学基础,天津大学化工学院反应工程教研组,-,2,化学反应动力学,-,3,2.1化学反应速率,定义：单位时间，单位体积反应物系中某一反应组分的反应量。,反应速率恒为正值按不同组分计算的反应速率数值上不等，因此一定要注明反应速率是按哪一个组分计算的,此式并非反应速率定义式，只是在间歇反应系统中的表达方式,-,4,不同反应组分反应速率之间关系及反应速率普遍定义式,反应速率普遍定义式,-,5,反应速率的几种表示形式,恒容过程,间歇反应器主要用于液相反应，体积变化可忽略，视为恒容。,流动体系,-,6,多相反应系统反应速率表示形式,以相界面积定义反应速率,以催化剂重量定义反应速率,对于采用固体催化剂的反应,-,7,例题2.1,在350度等温恒容下纯丁二烯进行二聚反应，测得反应系统总压p与反应时间t的关系如下：t/min0612263860p/kPa66.762.358.953.550.446.7试求时间为26min时的反应速率。,解：,-,8,2.2反应速率方程,理想气体,-,9,例题2.1,图解法,-,10,2.2反应速率方程,影响因素,温度,浓度,压力,溶剂,催化剂,固定,速率方程或动力学方程,定量描述反应速率和温度及浓度的关系式,-,11,反应速率方程的确定方法,1基元反应,2非基元反应,质量作用定律,-,12,反应速率方程的确定方法,例如对于反应,-,13,反应速率方程的确定方法,机理1：,机理2：,机理,速率方程,速率方程,机理,？,-,14,机理未明反应反应速率方程的确定方法,3、反应机理未知,幂函数形速率方程,可逆反应,正逆反应速率常数及反应级数之间的关系？,-,15,机理未明可逆反应反应速率方程的确定方法,对于反应,-,16,机理未明反应反应速率方程的确定方法,根据热力学分析，反应达到平衡时：,-,17,例如针对于此反应机理,化学计量系数为2,反应速率方程的确定方法,-,18,反应速率方程的确定方法,实验测得不同时刻醋酸转化量如下表,-,19,反应速率方程的确定方法,解：因为丁醇大大过量，因此在此反应条件下可不考虑丁醇浓度的影响，同时不考虑逆反应，则可假设：,图解法,参数拟合法,图解法,参数拟合法,-,20,2.3温度对反应速率的影响,气相反应,理想气体,-,21,正逆反应活化能的关系,等压反应VantHoff方程,Relationship?,可逆反应,-,22,正逆反应活化能的关系,-,23,温度对可逆反应速率的影响,可逆反应,-,24,温度对可逆反应速率的影响,-,25,温度对可逆反应速率的影响,温度低,温度高,最佳温度,-,26,可逆放热反应的最佳反应温度,0,反应达到平衡时,-,27,可逆放热反应的最佳反应温度,-,28,可逆放热反应的最佳反应温度确定实例,求可逆放热反应,在不同反应条件下的最佳反应温度,已知：,-,29,可逆放热反应的最佳反应温度确定实例,解:(1)混合气的组成为：,-,30,可逆放热反应的最佳反应温度确定实例,（2）,（3）,-,31,2.4复合反应,反应中任何一个反应都不可能由其他反应经过线性组合而得到,例如：,（2）（1）（3）,（1）（3）（2）,独立反应数为2,-,32,复合反应体系独立方程数的确定方法,-,33,复合反应的基本类型,各个反应独立进行，互相不影响,但变容反应过程速率会受一定影响,A的反应速率,P的瞬时选择性：,-,34,复合反应的基本类型,浓度高有利于反应级数大的反应,S与温度T无关,T,S,T,S,温度升高有利于活化能大的反应,-,35,复合反应的基本类型,瞬时选择性,综合选择性,综合收率,-,36,复合反应的基本类型,例如：,连串反应中各组分浓度随时间变化,-,37,2.4.3反应网络,实际的反应体系中既有连串反应，又有平行反应，往往构成一个网络，因此称之为反应网络,例如：萘氧化反应,反应体系的简化方法主要取决于反应物系的特性,针对于反应组分十分复杂的物系，一般是将性质相近的物质合并为一种虚拟物质进行对待：例如催化裂化反应：,-,38,2.5反应速率方程的变换与积分,反应过程中经常伴随着反应体积的变化，对此体系浓度的变化对反应速率的影响如何处理？,-,39,2.5反应速率方程的变换与积分,-,40,2.5反应速率方程的变换与积分,-,41,2.5反应速率方程的变换与积分,-,42,2.5反应速率方程的变换与积分,*根据上述两式就可以对方程进行积分，得出转化率随时间的变化,普遍化的浓度、分压、摩尔分率表达式（变容系统）,-,43,2.5反应速率方程的变换与积分,例如：针对气相反应ABP,-,44,2.5反应速率方程的变换与积分,例题2.5,-,45,2.5反应速率方程的变换与积分,解：,-,46,2.5反应速率方程的变换与积分,独立反应数为M,-,47,2.5反应速率方程的变换与积分,-,48,2.6多相催化与吸附,催化剂的作用：改变化学反应的速度（提高主反应速率、改善反应选择性）,例如：,-,49,2.6多相催化与吸附,多相催化反应,反应物的吸附,表面反应,产物的脱附,例如多相催化反应,-,50,2.6多相催化与吸附,十分重要,-,51,2.6多相催化与吸附,单分子吸附,-,52,双分子吸附,多分子吸附,2.6多相催化与吸附,-,53,解离吸附,平衡时,2.6多相催化与吸附,-,54,(考虑到吸附表面吸附的不均匀性的模型),2.6多相催化与吸附,-,55,另外一种吸附等温式：,2.6多相催化与吸附,-,56,2.7多相催化反应动力学,1.,例如：反应,-,57,2.7多相催化反应动力学,2.,速率控制步骤并非一成不变,其他各步近似认为达到平衡,-,58,2.7多相催化反应动力学,反应速率由表面反应速率决定,其他各步达到平衡,活性位分率归一性,-,59,2.7多相催化反应动力学,其中：,-,60,2.7多相催化反应动力学,反应速率由A吸附净速率决定,其他各步达到平衡,活性位分率归一性,-,61,2.7多相催化反应动力学,反应速率由R脱附净速率决定,其他各步达到平衡,活性位分率归一性,-,62,2.7多相催化反应动力学,-,63,2.7多相催化反应动力学,-,64,2.7多相催化反应动力学,-,65,2.8动力学参数的确定,吸附平衡常数（吸附热和指前因子）,反应速率常数（活化能和指前因子),反应因子,-,66,2.8动力学参数的确定,-,67,2.8动力学参数的确定,例题：29，210,-,68,2.8建立速率方程的步骤,（