化学反应工程知识点13讲义

个人收集整理勿做商业用途个人收集整理勿做商业用途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,合体.,但直到本世纪五十年月始终还未形成一门特地争论,1957年进展的第一次欧洲反响工程会议上确立了这一学科的名称。化学反响工程的任务象,又以工程问题为争论对象，把二者结合起来的学科体系。其主要任务包括:分析化学器进展最优操作和把握。化学反响工程和其他学科的关系a问题求解的根底。b〔)理力气等,这些都依靠于对反响动力学特性的生疏。c.化工热力学:确定物系的各种物性常数〔热容、研所引资、反响热等是否能进展及其反响程度。为化学反响工程供给反响热、反响平衡常数等根底数据.d.催化作用时,消灭放大效应.“三传一反”是三传和反响动力学.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1。化学计量方程.化学计量方程仅是实际历程无关。计量方程两侧同乘以一非零的系数后,可得一个计量系数不同的的计量方程。2。反响分类反响可依据不同的方式进展分类：a.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:1，例如在均一的液相或气相中进展的反响.非非均相反响:〔不愿定各相都参与反响)。b裂化催化反响为非均相反响.依据计量方程的个数分类可分成单一反响和复合反响.只用一个计量方程即可唯一的给出各反响组分之间的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。计量方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：BrBr2BrBrHHBrHHBrHBrBr222五、小结的基准。六、自测题化学计量方程反映的是 A 。AB2。基元反响和非基元反响之间的区分在于A .A.计量方程是否反映了实际的反响历程；BC.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:ri

1dNiV dt

molesiformed(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，但不愿定等于反响器体积.对于任意的反响，例如,A→R,dNA为负值,dNR是正值。对于反dt dt1dN应物，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：SaAbBrRsSSr rrA Br

Rr(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：1dN,kg。

r”i

W

imol/(kg固体.s〕对于两流体体系或者流固反响体系：针对流固反响体系：

r””i

1dNS dt

i mol/〔m2.s)1dNVs——固相体积，m3;

i

iV dtS1dN

mol/(m3solid.s)r”””” ii V dtrrV——反响器体积，m3。r

mol/(m3

。s)不同基准的速率之间的关系：Vr

Wr”Sr””V

r”””V

r””””2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 CBr2aAbBProducts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——分子数，只能是1、2或者3,不行能大于3。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A1BR,r2

1kCC2A A B

，计量方程和动力学方程之间确定不是基元反响。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：BrBr2BrBrHHBrHHBrHBrBr222Br·H·等这样的中间物种，实际反响中涉及的中间物种是不是这些?我们并不能确定,其中的缘由有以下几点：a,很难捕获到其存在的信息。b,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 B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`Cn 1时,变为幂数型方程rk“Cmn，当k`Cn 1时，变为幂数型方程rkCm.A A A A可以说该反响可视为一个变级数反响,m—nm之间变化。又例如：Ar kCmA1k`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存AA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，k的单位应为s-1，通常,kkkeE/RT0k-kTm,(0m1)0 0E——活化能，大于零,J/mol。Arrehenius’定律两侧求对数得，ElnkRT

lnk0即，lnk～1/T2-1所示，其斜率为—E/R，截距为lnk0，从而依据k0E.但是需要留意k0E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lnk~1/T的关系会发生变化，参见3;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/Tlnk～1/T之间的线性关系 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；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 Bk1Rrkk1RA A 1

mA 2 AAk2 S ，rA

kCn1 Ak1 k2A→R→S

rkCR 1

nkCmA 2 R四、小结

，rkCmS 2 R1。反响速率定义：1dN

molesiformedr i V dt

(volumeof fluid)(time)

mol/(m3。s〕aAbBrRsSr rA B

r r R Sa b r s(rA

):(rB

):r:rR

a:b:r:s3。基元反响，aAbBProducts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+b称为分子数,1、23,3.4.幂数型动力学方程，rA

kC

nmol/3sk的单位为[浓度1nA

kmol。m—3s—1。kArrehenius’定律，kkeE/RT0其中k—-指前因子或频率因子；k Tm,(0m1) 0 00;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〔X)2ARS，则其反响速率表达式为rA

kCA

. 〔X〕3、