化学反应工程

2023/1/242:301ChemicalReactionEngineering第二章化学反应动力学ChemicalReactionKinetics2.1化学反应速率的工程表示反应量：molkmol反应场所：VR，VCAT.，kg催化剂，m2表面等

（-rA)：kmol/（m3.h），kmol/（kg.h），等等2023/1/242:302ChemicalReactionEngineering反应场所:均相液相反应—液相反应体积（kmol/m3hr）气固催化反应过程—单位催化剂体积（rs-kmol/m3hr） 单位催化剂重量（rw-kmol/kghr） 单位催化剂堆积体积（rv-kmol/m3hr）2023/1/242:303ChemicalReactionEngineering2.2均相反应动力学一、均相与予混合BA均相—达到分子尺度均匀的物料达到分子尺度均匀的措施—混合(mixing)混合技术①机械搅拌②射流混合原理—流体破碎（宏观混合）→微团均匀（微观混合）→分子尺度（分子扩散）混合尺度—设备尺度、微团尺度、分子尺度从工程上讲，均相反应需满足二个条件： ⑴反应物系互溶 ⑵予混合速率>>反应速率2023/1/242:304ChemicalReactionEngineering动力学类型微观动力学—消除了物理过程影响的动力学 如：均相反应动力学，即本征动力学（物化）宏观动力学—包含了物理过程影响的动力学或称表观动力学 如：气固相反应的颗粒动力学，床层动力学2023/1/242:305ChemicalReactionEngineering一般C、T影响是相互独立的（经验）

—反应速率的温度效应

—反应速率的浓度效应二、反应动力学表达式反应速率与温度、浓度的关系—动力学方程2023/1/242:306ChemicalReactionEngineeringk的因次与n有关：n=1,k=[时间]-1温度项式中 k——反应速率常数

k0——频率因子

T——温度K E——反应活化能J/mol，cal/mol R——气体普适常数—阿累尼乌斯(Arrhenius)公式三、影响化学反应速率的温度效应2023/1/242:307ChemicalReactionEngineeringT→kT→活化能的本质—反应速率对温度变化的敏感程度物理化学—反应难易程度；大，则不易进行反应工程—对温度敏感程度；大，则敏感注意单位！2023/1/242:308ChemicalReactionEngineering⑴E的本质速率常数提高一倍所需提高的温度直观理解：横看；竖看理论思维：E的工程意义—反应速率对温度变化的敏感程度T不变…E不变…2023/1/242:309ChemicalReactionEngineering⑵与反应热ΔH的关系⑶活化能的数量级

40~200kJ/mol如果E<40kJ/mol，或<10kcal/mol，可能有传质影响扩散系数扩散活化能ED=（1~3）kcal/mol2023/1/242:3010ChemicalReactionEngineering⑷活化能测定中的问题反应速率—T反应场所的温度

C反应场所的浓度均相非均相（排除扩散）仪表精度—E大，对T越敏感，要求精度越高

如何选择测定温度？活化能的计算理论上已知两点温度下反应速率，可计算图解或线性回归lnk1/T2023/1/242:3011ChemicalReactionEngineering对反应注意：⑴反应级数（动力学）不同于反应分子数（化学计量学）基元反应两者等同反应级数由实验测定，通常0、1、2级，或非整数级总级数通常反应速率对浓度变化的敏感程度⑵反应级数工程意义放大n倍级数越大，敏感四、影响化学反应速率的浓度效应2023/1/242:3012ChemicalReactionEngineering⑶从反应工程角度讲，希望级数低好0.00010.010.990.010.90.010.250.491r2/r20，n=20.10.50.71r1/r10，n=10.50.30xA0.10.50.71cA表明浓度对r1不敏感，对r2敏感（级数n的工程意义）高转化率时反应速率很低，消耗时间很长2023/1/242:3013Chemic