化学反应工程教（学）案2(化工13)-胡江良

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1、化学反应工程课程教案课次2课时2课型（请打√）理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□授课题目（教学章、节或主题）：第1章均相单一反应动力学和理想反应器1.1基本概念1.2建立动力学方程的方法教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：：1.掌握基本概念。2.掌握积分法、微分法处理实验数据教学重点及难点：重点：积分法、微分法难点：最小方差分析法教学基本内容方法及手段第1章均相单一反应动力学和理想反应器1.1基本概念1.1.1化学反应式与化学反应计量方程1、化学反应式：将反应物经过化学反应生成产物的过程用定量关系式予以描述，该定量关系式称为化学反应式：注意：

2、貌似方程式，其实并非方程式。a、b、r、s为参与反应的各组分的分子数，恒大于零，称为计量系数。2、化学反应计量式：化学计量方程表示的是反应物、生成物在化学反应过程中量的变化关系。为组分I计量系数。习惯上，如果I组分是反应物，为负值，如果I组分是产物，为正值。区别：讲解化学反应计量式中的计量系数与化学反应式中的计量系数之间有以下关系：若是产物，二者相等；若是反应物，二者数值相等，符号相反。化学计量方程特点：1）只表示反应过程中参与反应组分间量的变化关系，与反应的历程无关；2）将计量方程乘以非零常数以后，可得到一个新的计量方程，不会改变组分之间量的变化关系；为

3、了消除计量系数在数值上的这种不确定性，规定计量系数之间不应含有除1以外的任何公因子。1.1.2反应程度(ksi克西)引入“反应程度”（反应进度）来描述反应进行的深度。•对于任一化学反应•定义反应程度（1.1-3）式中，为体系中参与反应的任意组分I的摩尔数，为其计量系数，为起始时刻组分I的摩尔数。对于反应物，，；对反应产物，，并且由化学反应的计量关系决定，各组分生成或消耗的量与其计量系数的比值均相同，即•因此，该量ξ可以作为化学反应进行程度的度量。•ξ恒为正值，具有广度性质，因次为[mol]。•反应进行到某时刻，体系中各组分的摩尔数与反应程度的关系为：反应进

4、行到某时刻，体系中各组分的物质的量与反应程度的关系为：（1.1-4）注意：•反应程度是一个函数，其值随时间变化而变化；•反应程度是一个累积量，其数值恒为正；•是一广度性质的量，与体系的量有关。（将某一均相系统人为地划分为若干部分，如果某一性质与其中所含物质的量成正比，则称为广延性质，也称为容量性质。）1.1.3转化率目前普遍使用关键组分A的转化率来描述一个化学反应进行的程度。其定义为：•组分A的选取的原则：A必须是反应物，它在原料中的量按照化学计量方程计算应当可以完全反应掉（与化学平衡无关），即转化率的最大值应当可以达到100%，如果体系中有多于一个组份满

5、足上述要求，通常选取重点关注的、经济价值相对高的组分定义转化率。转化率与反应程度的关系•结合•得到：注意：1、目前普遍使用关键组分的转化率来表示反应进行的程度；2、关键组分只针对反应物而言；3、针对不同的反应物，计算出来的转化率不一样。4、计算转化率的基准，也即初始状态的选择问题。连续反应器：进口处的状态；　　　　　　间歇反应器：开始反应时的状态；　　　　　　串联反应器：可以进入第一个反应器的原料为准（总转化率），也可以某一反应器入口进料组成为基准（分段转化率）。1.1.4化学反应速率ü反应程度是一个广度量，不能代表速度。反应速率：严格定义:单位反应物系中

6、反应程度随时间的变化率。üü在反应系统中，在单位反应时间内，单位反应区中反应物的反应量或产物的生成量（浓度、分压、摩尔数）。注意：ü反应速率是对于某一物质而言的：如果是反应物，其总量总是随反应进行而减少，反应速率前赋予负号，如(-rA)(OR:rA)表示反应物A的消失速率；如果是产物，其总量总是随反应进行而增加，反应速率前赋予正号，如rP表示产物P的生成速率；因此，按不同物质计算的反应速率在数值上常常是不相等的。反应量一般用物质的摩尔数来表示，也可用物质的质量数或分压等来表示。由于反应的持续进行，故反应物不断减少，产物不断增多，各组分量随时间是变化的，所以

7、反应速率是指某一瞬间状态下的“瞬时反应速率”。1.1.5化学反应动力学方程定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式称为反应动力学方程。大量实验表明，均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数。而反应压力通常可由反应物系的组成和温度通过状态方程来确定，不是独立变量。所以主要考虑反应物系组成和温度对反应速率的影响。化学反应动力学方程有多种形式，对于均相反应，方程多数可以写为（或可以近似写为，至少在一定浓度范围之内可以写为）幂函数形式，反应速率与反应物浓度的某一方次呈正比。•对于体系中只进行一个不可逆反应的过程，•式中：、：A、B组分的浓度mol.m-

8、3•kc为以浓度表示的反应速率常数，随反应级数的不同有不同的因次。