化学反应工程 第一章 气-固相催化反应本征 及宏观动力学

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1、第一章气-固相催化反应本征及宏观动力学第一节化学计量学第二节化学反应速率的表示方式第三节动力学方程第四节气固相催化反应本征动力学方程第五节温度对反应速率的影响第六节固体催化剂的失活本章内容第一节　化学计量学化学计量学——以化学反应式形式表达的质量守恒定律，用于计算某一时刻的化学组成和各组分的数量变化。(notchemometrics)对化学反应过程各参数进行计量化学统计学(Chemometrics)是一门化学与统计学、数学、计算机科学交叉所产生的新兴的化学学科分支。它运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法，优化

2、化学量测过程，并从化学量测数据中最大限度地提取有用的化学信息。(stoichiometry)计算化学(ComputationalChemistry)——不同之点在于化学计量学是以化学量测量为其基点，实质上是化学量测的基础理论与方法学。化学计量学——为化学量测提供理论和方法，为各类波谱及化学量测数据的解析，为化学化工过程的机理研究和优化提供新途径，它涵盖了化学量测的全过程，包括采样理论与方法、试验设计与化学化工过程优化控制、化学信号处理、分析信号的校正与分辨、化学模式识别、化学过程和化学量测过程的计算机模拟、化学定量构效关系、化学数

3、据库、人工智能与化学专家系统等，是一门内涵相当丰富的化学学科分支。第一节　化学计量学1－1化学计量式(stoichiometricequation)表达反应组分间的数量关系，(联系chemicalequation，拉瓦锡首创)如果有m个反应同时进行，则第j个反应和总反应的化学计量式可分别表达为反应物取负值，生成物取正值－N2－3H2＋2NH3=0－SO2－0.5O2＋1.5SO3＝01-2反应程度、转化率及化学膨胀因子extentofreaction,conversion,factorofexpansion一、反应程度二、转化率1

4、-2反应程度、转化率及化学膨胀因子extentofreaction,conversion,factorofexpansion三、化学膨胀因子每转化掉1mol的反应物A时，反应混合物物质的量的变化，用符号表示。对于反应：三、化学膨胀因子在恒温恒压下进行Expansionratio膨胀率1－3多重反应系统中独立反应数的确定Simpleandcomplexreactionsystem单一反应(singlereact.)简单反应体系一个参数即可决定组成多重反应(multiplereact.)复杂反应体系需要多个参数所需的参数个数=独立反应

5、数。独立反应是不能由其他反应线性组合而得到的反应。例：CH4+H2OCO+3H2CH4+2H2OCO2+4H2CO+H2OCO2+H21－3多重反应系统中独立反应数的确定求反应体系中独立反应的一般方法有:①观察法。适用于反应数较少的体系②计量系数矩阵法③原子矩阵法例：CH4+H2OCO+3H2CH4+2H2OCO2+4H2CO+H2OCO2+H2可以看出，（1）＋（3）＝（2）②计量系数矩阵法秩k=2,有两个独立反应：-CH4-H2O+CO+3H2=0-H2O–CO+CO2+H2=0写成矩阵③原子矩阵法体系含有CO,H

6、2O,H2,CH4,CO2,N2等6个组分,其原子矩阵为行初等变换后：于是获得：CH4=4H2+CO2-2H2OCO=H2+CO2-H2O①选择关键组分：所选择的CH4和CO排在矩阵的最后两列。②非关键组分应包括所有元素。多重反应是指有多个反应同时进行的体系同时反应：Simultaneousreactions连串反应：Consecutivereactions平行反应：Parallelreactions复合反应（平行－连串反应）Combinationreactions1－4多重反应的收率及选择性YieldSelectivity多重反

7、应举例氧与氨苯氧化制顺酐CO加氢乙烯氧化氨的氧化苯氧化制顺酐CO加氢、乙烯氧化选择性和收率的定义Y＝S＝X＝关键组分keycomponentLMA选择性和收率的定义对于单一反应，收率等于转化率，而选择性等于1转化率是针对反应物的，而收率选择性则是针对目的产物的。例题乙烯氧化生成环氧乙烷，进料：乙烯15mol，氧气7mol,出料中乙烯为13mol,氧气为4.76mol,试计算乙烯的转化率，环氧乙烷的收率及选择率。解：C2H4＋0.5O2→C2H4OC2H4＋3O2→2CO2＋2H2OxA=(15mol－13mol)/15mol=0.

8、133第一个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×S第二个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×（1－S）故有：2mol×S×0.5+2mol×(1－S)×3=7mol－4.76molS=0.752Y=第一个反应所消耗的乙烯÷加入的乙烯总量（15mol）故Y＝2×