緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器

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1、化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)江蘇工業(yè)學(xué)院張衛(wèi)紅2006.2第一章緒論1.1概述一、反應(yīng)工程的研究?jī)?nèi)容二、反應(yīng)工程與其他學(xué)科的關(guān)系三、化學(xué)反應(yīng)工程的學(xué)科發(fā)展1.2化學(xué)反應(yīng)器一、化學(xué)反應(yīng)的分類(lèi)二、化學(xué)反應(yīng)器的類(lèi)型三、反應(yīng)器的操作方式1.3化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法圖1.1　典型的化學(xué)加工過(guò)程化學(xué)反應(yīng)工程主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析。時(shí)間標(biāo)志性成果代表人物20世紀(jì)30年代?。妊侩A段）對(duì)擴(kuò)散、流體流動(dòng)和傳熱對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響丹克來(lái)爾　(Damh?hler)梯爾（Thiele）史爾多維奇20世紀(jì)40年代（系統(tǒng)化）《化學(xué)過(guò)程原理》和《化學(xué)動(dòng)力學(xué)中的擴(kuò)散與傳熱》對(duì)學(xué)科形成奠定了基礎(chǔ)霍根（

2、Hougen）華生（Waston）20世紀(jì)50年代（學(xué)科確立）學(xué)科第一次國(guó)際性的學(xué)術(shù)會(huì)議在歐洲召開(kāi)，第一次使用了化學(xué)反應(yīng)工程這一術(shù)語(yǔ)丹克沃茨（Dankwerts)泰勒（Taylor）烈文斯彼爾(Levenspiel)20世紀(jì)60年代(學(xué)科發(fā)展壯大)石油化工的發(fā)展要求生產(chǎn)的大進(jìn)化，產(chǎn)品的多樣化和深加工促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)果，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短20世紀(jì)80年代到90年代中期(學(xué)科交叉和新技術(shù)運(yùn)用)計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)普遍應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器的精確控制問(wèn)題；通過(guò)與其它學(xué)科的交叉形成了一系列新的學(xué)科；反應(yīng)與分離過(guò)程的結(jié)合出現(xiàn)了多功能反應(yīng)器20世紀(jì)90年代環(huán)境保護(hù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科提出了新的

3、要求。新的環(huán)境友好、原子經(jīng)濟(jì)的綠色反應(yīng)工藝的出現(xiàn)，對(duì)能源開(kāi)發(fā)和存放利用的貢獻(xiàn)第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式2.1.1化學(xué)反應(yīng)速度2.1.2動(dòng)力學(xué)方程2.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立2.2可逆反應(yīng)2.3自催化反應(yīng)2.4復(fù)合反應(yīng)2.5變分子氣相反應(yīng)建立動(dòng)力學(xué)方程的方法：1、積分法半衰期法2、微分法3、初速度法化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理微觀動(dòng)力學(xué)或本征動(dòng)力學(xué)：排除了一切物理傳遞過(guò)程的影響2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式2.1.1化學(xué)反應(yīng)速度均相反應(yīng)速率的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間，單位體積混合物中著眼于某一反應(yīng)組分的物質(zhì)的量的變化率。aA+bB→pP+sS（5）轉(zhuǎn)化率？X

4、--針對(duì)反應(yīng)物而言（1）反應(yīng)速率恒為正值，反應(yīng)物組分速率的“-”（2）不同組分計(jì)算的反應(yīng)速率之間的換算關(guān)系：（3）當(dāng)混合物的體積（即密度）一定時(shí)，對(duì)于理想氣體，（*等溫恒容），反應(yīng)時(shí)間tNH3/molO2/mol0812t147t2022.1.2動(dòng)力學(xué)方程（化學(xué)反應(yīng)速率方程式）影響反應(yīng)速率的因素有：組成（濃度）、溫度、壓力、催化劑的種類(lèi)及性質(zhì)。對(duì)于均相反應(yīng)，通常ri=f(T,C)化學(xué)反應(yīng)速率方程式的形式aA+bB→pP+sS冪函數(shù)型：1.動(dòng)力學(xué)參數(shù)①級(jí)數(shù)-基元反應(yīng)與非基元反應(yīng)對(duì)各組分的級(jí)數(shù)?、?，反應(yīng)的總級(jí)數(shù)n=?+?②速率常數(shù)k-與溫度、催化劑有關(guān)量綱-[濃度]1-n[時(shí)間]-1

5、,∴可以根據(jù)量綱判斷反應(yīng)的級(jí)數(shù)。如，一級(jí)反應(yīng)，量綱為[時(shí)間]-1對(duì)于氣相反應(yīng)，kp量綱：[濃度][壓強(qiáng)]-n[時(shí)間]-1kp與k的換算：Arrhenius方程：2.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立單一反應(yīng)：用一個(gè)化學(xué)計(jì)量方程即能表達(dá)各反應(yīng)物間量的關(guān)系的反應(yīng)；復(fù)合反應(yīng)：用兩個(gè)或兩個(gè)以上的化學(xué)計(jì)量方程才能表達(dá)各反應(yīng)物間量的關(guān)系的反應(yīng)；不可逆反應(yīng)：反應(yīng)向一個(gè)方向進(jìn)行；可逆反應(yīng)：反應(yīng)同時(shí)向正、逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)，歧化/對(duì)峙反應(yīng)。一、建立動(dòng)力學(xué)方程的方法1、積分法在等溫恒容條件下，例：有一反應(yīng)，在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過(guò)8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉80%，經(jīng)過(guò)18min后，轉(zhuǎn)化掉90%，求表達(dá)此反應(yīng)的動(dòng)

6、力學(xué)方程式。解：已知t1=8min時(shí)，x1=80%t2=18min時(shí)，x2=90%設(shè)為零級(jí)反應(yīng)，設(shè)為一級(jí)反應(yīng)，（0.699≠0.444）設(shè)為二級(jí)反應(yīng)，故此反應(yīng)為二級(jí)不可逆反應(yīng)。且半衰期法：2、微分法單一不可逆反應(yīng)，二、最小二乘法適用于可線性化的方程。例如，2.2可逆反應(yīng)一級(jí)可逆反應(yīng)：已知：t=0時(shí)，CA=CA0，CR=CR0。動(dòng)力學(xué)方程的積分形式初速度法①CR0=0下，改變CA0，測(cè)定（-rA）0，確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)?和k1。②CA0=0下，改變CR0，測(cè)定（-rA）0確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)?和k2。2.3自催化反應(yīng)定義：反應(yīng)的某一產(chǎn)物對(duì)反應(yīng)有催化作用。如：設(shè)對(duì)各反應(yīng)組分均為一級(jí)。在t=0時(shí)，

7、CA=CA0，CP=CP0和CR0=0動(dòng)力學(xué)方程的積分形式。（-rA）C0/2CA02.4復(fù)合反應(yīng)平行反應(yīng)：連串反應(yīng)：2.4.1表征產(chǎn)物分布的術(shù)語(yǔ)1.收率（得失之比）瞬時(shí)收率φ總收率φP2.得率XP得率XP=收率?×轉(zhuǎn)化率xA3.選擇性2.4.2平行反應(yīng)等溫恒容下一級(jí)平行反應(yīng)的濃度分布：初值條件為：t=0時(shí)，CA=CAO，CP=0，CS=0圖2.4-1平行反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系2.4.3連串反應(yīng)圖2.4-2連串反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系2.5變分子氣相反應(yīng)等溫氣相反應(yīng)