均相反应动力学基础.ppt

1、反应工程原理，李裕中北大学化学工业和环境学院，无论是化学工业还是冶金、石油精炼和能源加工等工业过程，都采用化学方法将原料加工成有用的产品。 生产过程包括以下三个组成部分：第一和第二部分属于单元操作研究范围的一部分是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。 化学反应工程是研究化学反应工程问题的学科。 主要任务：对于已经在实验室实现的化学反应，如何在工业规模上实现。 研究内容：研究化学反应速率与反应条件的关系(化学反应动力学)，着重研究传递过程对宏观化学反应速率的影响，研究不同类型反应器的特征与化学反应结果的关系。 在学科上，化学反应规律属于化学学科，物理过程属于工学学科。 化学反应工程是这两个

2、学科的汇合，它是研究结合化学过程和物理过程产生新的现象和规律。 1、化学反应工序包括化学反应和物理过程，工业规模反应器的主要物理过程如下： a :“流体流动”、“流动混合”、“传递过程”、“传热过程”。 (化工原理知识)，2、从学科来说，化学反应规律是化学动力学领域，物理过程规则是化学工程领域，化学反应工程是将两者有机结合，讨论两者在反应工程中的本质关系吗？ 答：物理过程和反应过程同时发生，本质上物理过程不改变反应过程的动力学规律，但流动、传质、传热影响反应空间的温度和浓度分布，影响反应结果。 正确认识反应工序中的一些问题，反应工序中的一些问题，3，正确认识反应工序和物理化学中的动力学差异，或

3、a :“空间”和“点”的差异。 4、对工程原理做出反应的主要任务是？ a :“扩大”、“开发”、“优化”。 化学反应工程的作用是什么？ 旧的硫酸制造装置、反应器类型、搅拌釜式反应器、轻油分解制乙烯管式非催化剂反应器、重油的催化分解流化床反应器、邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐多管式固定床反应器、乙苯氢液塔式反应器、原子能发电原理、南非沙索集团煤制油化工设备、沙索煤化工链、 聚乙烯： 950110现代煤化工一般包括煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气、煤制二甲醚、IGCC、多联产等。 山西省煤化工发展布局，在晋北、晋东南、晋西沿黄地区配置三个现代煤化工基地，重点发展煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、精

4、细化工、化工新材料等现代煤化工产业。 以当前产业为基础，重点发展清徐交城、汾介孝、阳泉、临汾、运城五大产业集群，大力加强焦油加工、苯下游、乙炔精细化工。 内蒙煤化工发展态势，依托丰富的煤炭资源，积极发展现代煤化工产业，计划建设四个煤化工产业基地和一个煤化工园区。 陕西省煤化工发展态势，以煤制油、煤制烯烃等现代煤化工为主，规划建设了五个煤化工园区，成立了两个能源化工产业集团，陶氏化工、神华集团等多家企业进入陕西。重组永煤集团、鹤煤集团、焦煤集团、中原大化、安化集团等企业成立河南煤业化工集团，重组平顶山煤业集团和神马集团成立中平化集团。 两家企业的资产总额都超过了千亿元。 河南省煤化工发展情况，注

5、： a :部分地区煤种适用b :部分地区煤种可能适用，需要进一步验证，国外主要煤气化技术进展情况，注： a :部分地区煤种适用b :部分地区煤种可能适用，需要进一步验证cA* :工业化示威需要进一步解决工程化的诸多问题。 国内主要煤气化技术进展情况、化工计算机模拟、流场模拟CFD、流程模拟Process Simulation、机组设备、流程、动力学研究Kinetics、反应特性、Matlab、 Fluent 1.1基本概念1.2等温等容反应1.3等温变容反应、化学反应式、化学计量式、反应程度、反应速度、1.1基本概念、1.1基本概念、反应速度：单位体积、单位时间反应物或生成物量的变化率转化率：

6、 a必须是反应物，通常是重点关注的， 以经济价值相对的反应物b为基准定义的反应速度，必须以反应生成物c为基准定义的反应速度，不同的基准物的反应速度的互换性是体系中只进行一个不可逆反应的过程，式中，cA、cB:A、b成分的浓度mol.m-3 k用浓度表示反应动力学方程式：定量记述反应速度和影响反应速度因子的关系式。 化学反应动力学方程有幂函数型、双曲函数型等，幂函数形式的数学处理简单，常用。 反应动力学方程式、阿雷尼乌斯方程式、k0:指前因子，也称为频率因子，与温度无关，具有与反应速率常数相同的因素。 e :从活化能、Jmol-1、化学反应工序的角度来看，活化能反映了反应速度对温度变化的敏感度。

7、 半衰期，定义：反应转化率达到50%所需要的时间是该反应的半衰期。 除一次反应外，反应的半衰期是初始浓度的函数。 一次等温定容反应、二次等温定容反应是通过反应：反应速度：1.2等温定容反应动力学方程、T=常数、k=常数dV=0过程(此时v不变)、积分而获得的：该式被称为速度方程的积分式，式中成分b的浓度CB和CA互不独立，它们是修正量方程和材料1.2.1单一反应动力学方程式的积分式从a和b进行均一二次不可逆反应，其修正量方程式为速度方程式：尝试： ()原始反应材料中的a和b的浓度与修正量系数比一致时，即ca0/CB0=aa/ab () ca0/CB0aa/ab时的积分形式。 例1-1、解： (

8、) CA0和CB0符合校正量关系，因此，在反应过程整体中，CA和CB之比保持恒定，积分结果：上式代入式反应速率方程式：()为CA0，a的转化率为XA时，使a的消耗量：此时，b的2量：转化，转化率定义： 将CB和XA的公式代入速度方程式，在：进行整理，在上述公式中分离变量、分解因子式，积分形式如下记载，例如一次反应是，(2)将实验得到的ti下的ci的数据替换为f(ci )函数，得到各ti下的f(ci )数据。 (3)将t设为横坐标，将f(ci )设为纵坐标，绘制ti-f(ci )数据，得到超过原点的直线，则表示能够得到假定的动力学方程式(即，假定的级数正确)，该直线的倾斜度为反应速度常数k。 否

9、则，重新假设另一个动力学方程式，重复上述步骤直到得到直线。 因此，以lnk对1/T绘图的话，可以得到直线，其斜率为-E/R，可以求出e。 可以把n次实验求出的k和与其对应的1/T的平均值作为最终结果。 为了求出活化能e，可以选择另外几个温度，进行同样的实验，得到各温度下的等温、定容均匀反应的实验数据，并求出与其相应的k值。在等温条件下进行乙酸(a )和丁醇(b )的乙化反应： CH3COOH C4H9OH=CH3COOC4H9 H2O乙酸和丁醇的初始浓度分别为0.2332和1.16kmolm-3。 测定不同时间醋酸转化量如表所示。 例1-2，试着求出反应的速度方程式。 由于问题给出的数据都是乙

10、酸转化率低时的数据，可以忽略逆反应的影响，但是丁醇过量，反应中的丁醇浓度可以视为不变。 反应速度方程式在等温条件下进行乙酸(a )和丁醇(b )的乙化反应： CH3COOH C4H9OH=CH3COOC4H9 H2O乙酸和丁醇的初始浓度分别为0.2332和1.16kmolm-3。 从对实验数据分别以0、1和2阶段处理得到的t-f(cA )的关系可知，对t绘制一条直线，由于n=2正确，该反应对醋酸为两阶段反应，由直线的斜率在该温度下含有丁醇浓度另一方面，丁醇的反应级数m可以通过使醋酸浓度保持一定的方法求出，两者的结合可以求出该温度下的反应速度常数k。Example: Find a rate eq

11、uation、reactantadecomposesinabatchreactoraproducts、2 .微分法、微分法是在不同的实验条件下用间歇反应器测定的数据ca，在等温下实验，反应器中的异常以时间t为横轴，以反应物浓度cA为纵轴，直接绘制该组的数据。 将图上的实验点与光滑的曲线连接起来(要求反映动力学法则而不是一点一点)，用测量各点斜率的方法进行数值或图解微分，得到几个对不同t时刻的响应速度数据。 进而，通过将非可逆反应速度方程式例如线性化，两边取对数：相对于描绘的直线的斜率设为反应级数n、截距设为lnk，求出n和k的值。 导数法的优点在于获得非整数的反应级数，其缺点在于当用附图进行导

12、数时可能出现的人为误差相对较大。 1.2.2复合反应，1，定义：在同一反应物体系中同时进行多个反应时，称为复合反应。 复合反应包括并联反应、平行反应、连锁反应等。 某种成分的反应量是其所涉及的各化学反应协作的结果。 2 .类型|并联反应：在反应体系中同时进行2个以上的反应物和生成物不同的反应。 例的特点：各反应独立进行，任何反应的反应速度不受其他反应的反应成分浓度的影响。 每个反应可以用单一的反应来处理。 注意两种特殊情况：某多相催化反应的可变容量反应、并行反应：一种反应物同时形成多种产物。 例如，概念： 1，收率(或总收率):用符号p表示，表示生成的目标生成物p的摩尔数与反应的目标反应成分的

13、摩尔数的比。 2 .收率：用符号Xp表示，表示生成的目标物p的摩尔数与目标反应物a的开始摩尔数之比。 1.2.2复合反应，3，选择性：用符号Sp表示，是目标物p生成的摩尔数与某副产物s生成的摩尔数之比。 收率、收率、转化率的关系、1.2.2复合反应、1.2.2复合反应、提高平行反应的选择性的措施：可以瞬时选择性评价，选择性SP根据反应物体系的浓度和温度而变化，浓度和温度对瞬时选择性的影响，如1、 特征：无论中间产物p中存在最大浓度的目标物是中间物p还是q，提高反应物a的转化率总是有利的q是目标物，加速两反应是有利的，p是目标物，抑制第二反应。、1.2.2复合反应、2、链反应的动力学积分式、1.

14、2.2复合反应、等温恒容一次反应、中间产物的最大浓度和时间、1.2.2复合反应、1.3等温转化反应动力学、气相反应物的浓度变化，从而引起反应速度的变化。 为了表现反应物体系体积变化对反应速度的影响，导入两个残奥计、膨胀因子和膨胀率。 膨胀因子、反应式定义了物理意义：每消耗1mol重要成分a，就会引起反应体系总物质量的增加或减少。 膨胀因子由反应式决定，一旦反应式决定，膨胀因子为一定值，与该因子完全没有关系。 因膨胀率、物系体积的转化率的变化不仅是膨胀因子的函数，而且与惰性物的存在等其他因素有关，所以导入第2残奥仪表膨胀率。 定义：物理意义：重要成分a完全转化后发生的反应体系的体积变化率。 膨胀因子与膨胀率的关系、变容过程转化率与浓度的关系、恒压变容体系中的各成分浓度、摩尔分数可以推导如下。 零订单重定向、第一次订单重定向、第二次订单重定向类型第二次订单重定向、实例1、A BR、A BR、ca0=。根据数据分析、生成物r的经时变化浓度，用数值微分法求出相应时间下