化学反应工程知识点1~3讲义

1.绪论一、主要讲解内容的进展、化学反响工程的任务、化学反响工程和其他学科的关系。二、学习要求本章要求学生能够把握化学反响工程的定义，明确化学反响工程的任务。三、视频〔已录制完成〕四、讲义化学反响工程的定义在工业规模上开发和应用化学反响的工程活动。化学反响工程学科的进展综合体。远溯古代，陶瓷制作、酿酒等工艺，但直到本世纪五十年月始终还未形成一门特地化学反响工程的任务器进展最优操作和掌握。化学反响工程和其他学科的关系题求解的根底。〔如温度、压力、催化剂等〕之间的定量关系。为实现某一反响，要选定合易的条件及反响器的构造型式、尺寸和处理力量等，这些都依靠于对反响动力学特性的生疏。化工热力学：确定物系的各种物性常数〔热容、研所引资、反响热等，看化学催化作用传递工程和流体力学：装置中有动量、热量、质量传递〔三传五、小结化作用及传递工程等学科之间的亲热关系。六、自测题1.三传一反是指 动量传递、热量传递、质量传递和反响动力学。学问点2.计量方程及反响分类一、主要讲解内容主要介绍计量方程的含义，并对反响从不同的角度进展分类。二、学习要求把握计量方程的含义，把握不同的反响分类方法。三、视频〔已录制完成〕四、讲义化学计量方程计量方程。反响分类反响可依据不同的方式进展分类：依据参与反响的相数分类可分成均相反响和非均相反响。均相反响：参与反响的相数为1，例如在均一的液相或气相中进展的反响。〔不肯定各相都参与反响。依据催化作用分类裂化催化反响为非均相反响。依据计量方程的个数分类变化关系的反响体系为单一反响；必需用两个(或多个)计量方程方能确定各反响组分在反响时量的变化关系的反响，称为复合反响，例如：CO+2H2=CH3OHCO+3H2=CH4+H2O依据反响中体积的变化分类力不是很高的状况下的液相反响。依据反响的热效应分类依据反响的可逆性分类可分为可逆反响与不行逆反响。依据反响机理分类可分为基元反响与非基元反响。程能够表示反响机理或实际的反响历程的反响为基元反响计量方程不能够表示反响机理的反响为非基元反响，非基元反响可以假定为一系列的基元 步骤。例如BrH2

2HBr可看假定为如下的基元步骤：Br2Br2 BrH2

HBrHHBr2

HBrBr五、小结的基准。六、自测题化学计量方程反映的是 A 。反响中各反响物、产物之间的计量关系；实际的反响历程。基元反响和非基元反响之间的区分在于 A 。计量方程是否反映了实际的反响历程；表示反响所需的计量方程数不同；参与反响的相数不同。学问点3.反响速率及动力学方程一、主要讲解内容子数、反响速率对温度的依靠关系。二、学习要求Arrehenius’定律。三、视频〔已录制完成〕四、讲义1.反响速率反响速率定义：1dN

molesiformedr i V dt

(volumeof fluid)(time)

mol/(m3.s)其中，i——关键组分；dNi——dti的摩尔数；=反响器有效体积=反响器体积；对于液相反响：流体体积=反响器有效体积，但不肯定等于反响器体积。对于任意的反响，例如，A→RdNA为负值,dNR是正值。对于dt dt1dN反响物，为了保证速率数值为正，反响速率通常表示为: r i。i V dt对于恒容的状况，r

1dN

i i。dCi V dt dtdC依据计量方程可得给定反响中各个物质反响速率之间的关系：aAbBrRsSr rrr A rr

R

S(rA

):(rB

):r:rR

a:b:r:s

a b r s其他速率定义方式：对于流固非均相反响，以其中固体的质量为基准：1dNr” imol/(kg固体.s)i W dtkg。对于两流体体系或者流固反响体系：1dNr”” i

mol/(m2.s)S——界面面积,m2;

i S dt1dNV其中——固相体积，m3；Vs

r”””i VS

idt

mol/(m3solid.s)r

r”””” ii V dtr

mol/(m

3.s)不同基准的速率之间的关系：Vr

Wr”Sr””V

r”””V

r””””速率方程/动力学方程

i i i S i ri反响产物分布的影响，并确定表达这些因素与反响速率间定量关系的速率方程。rf(C,T,Cat,. )i目前主要考虑温度、浓度的影响；其它影响因素视为恒定：rf(Concentration,Temperture)i首先考虑单一反响，动力学方程的形式分为双曲函数型与幂函数型。1〕双曲型动力学方程双曲函数型动力学方程由反响机理导得。例如：C1kC 1C1C2 1 H2 BrC2HBr

k HBr2 CBr2依据反响机理可将反响分类为基元反响和非基元反响，对于基元反响，aAbBProducts动力学方程可直接写出，动力学方程与计量方程之间存在对应关系：r kA

CaCbA A Br kCB B

aCbA BA其中，a+b——1、233。由(rA

):(rB

)ab得。k :k a:b。A B留意：如下的两个基元反响不等价：AB 12A2B 2分子数只能是整数A1BRr2

1kCC2A A B

确定不是基元反响。对于非基元反响，通常可假定为一系列的基元步骤。例如BrH2 2

2HBr可看假定为如下的基元步骤：

Br2Br2 BrH2

HBrHHBr2

HBrBr不能确定，其中的缘由有以下几点：中间物种寿命格外短暂,很难捕获到其存在的信息。其浓度格外低，低于一般的仪器设备的检测极限。息，也很难确定这些物种到底是何物。所以我们所说的反响机理通常具有很大的主观性。2)幂函数型动力学方程幂函数型动力学方程通常由阅历推出：rkCCA Bk——速率常数；αβ——AB的反响级数；α+β——总反响级数。用，外延使用范围需慎重；此类动力学方程和计量方程之间无必定联系。幂数型动力学方程可视为双曲型的特例，例如对于如下双曲型动力学方程，Ar kCmA1k`CnA当k`CnA

1rk“Cmnk`CnA A

1rkCm。Am-nm之间变化。又例如：kCmr A 1k`CmAA当k`Cm 1〔或C很高〕时，该反响动力学方程变成0级，这也是零级反响通常AA存在的范围，即高浓区。对于如下幂数型动力学方程，r kCA

nmol/m3.sAk的单位为[浓度]1-n[时间]-11级反响，ks-1，2级反响，km3.mol-1.s-1，0级反响，kmol.m-3s-1。其中的反响级数通常,kkkeE/RT0kkTm,(0m1)0 0E——活化能，大于零，J/mol。Arrehenius’定律两侧求对数得，ElnkRT

lnk02-1所示，其斜率为-E/Rlnk0，从而依据不同温度下的速率常数数据可由上述直线关系求得指前因子k0和活化能Ek0E值尽量限于此试验温度范围之内，假设用于其它温度范围需要慎重，之所以会有这样的变化其中的缘由可能有3个方面：速率掌握步骤发生转变；机理发生转变；速率常数中包含了平衡常数。lnk0Slope=-E/Rlnk lnk0Slope=-E/R1/T 1/T2-2lnk~1/T之间的关系关于活化能，有几点说明：活化能反映了反响速率对温度的敏感程度；活化能越高，反响对温度越敏感;低温下反响对温度的敏感性较高温下更强；k几乎不影响反响对温度的敏感性。0对于复合反响，动力学方程的写法与单一反响类似，例如：Ak B rkCk` A

nk`CmA B1RkrkC1RkA A 1

CmA 2 A，k S r，2 A

kCn1 Ak k r1 2

kC1

nkCmA 2 R四、小结

A→R→S

，rkCmS 2 R反响速率定义：ri

1dNiV dt

molesiformed(volumeof fluid)(time)

mol/(m3.s)aAbBrRsSr rA B

r r R Sa b r s(rA

):(rB

):r:rR

a:b:r:saAbBProducts动力学方程与计量方程之间存在对应关系：r kA

CaCbA A Br kCB B

aCbA Ba+b1、233。幂数型动力学方程，rA

kC

nmol/m3.sk的单位为[浓度]1-n[时间]-1，例A1级反响，ks-1，2级反响，km3.mol-1.s-1，0级反响，k的mol.m-3s-1。kArrehenius’定律，kkeE/RT00 0;低温下k几乎不影响反响对温度的敏感性。0五、自测题推断对错1、某反响速率常数的单位为mol/(m3.hr)，该反响为二级级反响。 〔X〕2ARS，则其反响速率表达式为rA

kCA

。 〔X〕3、反响级数可能大于3。 〔X〕4、基元反响的分子数