化学反应工程第二章

1、第二章 均相反应动力学基础均相反应 均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求： 必须是均相体系 (微观条件) 强烈的混合手段 (宏观条件) 反应速率远小于分子扩散速度一、计量方程反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关；计量系数只有一个公因子；用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。二、化学反应速率单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。 反应物：生成物：对于反应三、化学反应速率方程r是反应物系的组成、温度和压力的函数。有

2、两类；双曲函数型和幂函数型。k-化学反应速率常数；a(b)-反应级数。(1)反应级数(i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数；(ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度；(iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。(2)反应速率常数k k: s-1·(mol/m3)1-nE ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。ln klnk0slop=-E/R1/Tk0 指前因子,其单位与 反应速率常数相同； E 化学反应的活化能,J/

3、mol； R 气体常数,8.314J/(mol.K)。n 反应速率的温度函数关系l 活化能越高，斜率越大，该反应对温度越敏感；l 对于一定反应，低温时反应速率对温度变化更敏感。k的单位组成用浓度c表示时，反应速率常数为kc；组成用分压p表示时，反应速率常数为kp；组成用摩尔分率y表示，反应速率常数为ky对于理想气体反应，三者之间的关系可以如下推得：2. 2 等温恒容过程反应速率方程的建立反应器：间歇，连续实验数据处理方法1.积分法2.微分法（等温等容均相）1 积分法：不可逆反应APa.推测反应速率方程（假设反应级数为1）：b.求积分式的解c.做f(c)t图，直线斜率则为k值实验数据CA（xA)

4、 、t作图，若得一过原点的直线，则反应级数与数据相符，否则需重新假定反应级数。对于一级可逆反应2 微分法（等温等容均相）a. 假定机理，写出反应速率微分方程：b. 实验测量cAt数据，计算dCA/dt;c. 速率对f(cA)做图，若为过原点直线，则可得动力学方程，否则重新假定。dCA/dt求解方法：图解微分法多项式拟合法数值微分复合反应收率 和选择性A反应器分离器产物副产物A-反应物；P-目标产物；S-副产物。收率得率选择性一.不可逆平行反应1.各反应级数相同（一级反应）对产物P：收率：得率：选择性：n 反应的收率和选择性均与组份的浓度无关，而仅是反应温度的函数。n 反应流体在反应器内的接触方

5、式将不会影响目标产物的收率或选择性。某反应级数相同不可逆平行反应：（1）若主反应的活化能高于副反应，则升高温度，目标产物的收率将 ，选择性将 。（2）提高反应物的浓度，反应速率将 ，反应的选择性将 。2.各反应级数不同 （Cp0=Cs0=0）.温度对选择性的影响当E1E2时 高反应温度对主反应有利当E1E2时 温度对选择性无影响当E1E2时 低反应温度对主反应有利.反应物浓度对选择性的影响当时 高反应物浓度对主反应有利当时 反应物浓度对选择性无影响当时 低反应物浓度对主反应有利.采用选择性高的催化剂可以提高目的产物的收率。二 串联反应ctcAcPcSctcPcSctcPcSk1 >> k2cAcAk2 >> k1k1 k2P的最高浓度所需时间令当k1 = k2时，topt=1/k2.3 等温变容过程物料衡算： A P Sn0 nA0 np0 ns0 n nA0- nA0xA np0+ nA0xA ns0+nA0xAn=n0+nA0(-1+1+1)xAn=n01+yA0(-1+1+1)xAl 膨胀因子：物理意义：每反应掉单位摩尔组分A所引起的反应物系总摩尔数的变化量。 n 膨胀