气固相催化反应本征动力学教学

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1、第一章气固相催化反应本征动力学重点：连续过程的反应速率；气固相催化反应的化学动力学第一节化学计量学1-1化学计量式化学计量式:表示参加反应的各组分的数量关系对n个组分、m个反应的系统，第j个反应的通式为：(1-4)或（1-5）1-2反应程度、转化率及化学膨胀因子一、反应程度对于反应若始态摩尔量：终态摩尔量：则：ξ＝（1-7）即：（1-8）；（i组分反应量）二、转化率对反应物A（1-9）*工业反应过程的进料中，各反应组分间往往不符合化学计量系数关系；通常选择不过量的反应物（关键组分，着眼组分）计算转化率。三、化学膨胀因子对涉及气体的气相反应或气固相催化反应：在恒温恒压下，若反应前后总摩尔数发生变

2、化，则必然引起反应物系和体积流率改变，引起浓度计算问题。为此定义化学膨胀因子为：转化一摩尔组分A时，反应混合物所增加或减少的摩尔数，即则1-3多重反应系统中独立反应数的确定缘由：进行反应系统的物料衡算，热量衡算和化学平衡计算，要以反应方程为依据。对于单一反应，确定反应方程不成问题；对于多重反应，确定反应方程须先确定独立反应数，再根据反应动力学的研究，才能加以确定。如C0、CO2、H2、CH3OH、H2O等5个反应组分，可写出3个反应方程：CO2＋H2＝CH3OH；CO2＋3H2＝CH3OH＋H2O；CO2＋H2＝C0＋H2O但这3个反应方程线性相关，只2个独立，即独立反应数为2。——存在一个确

3、定独立反应数的问题。1-3多重反应系统中独立反应数的确定方法：原子矩阵法设反应物系含有n个反应组分A1,A2,…，AN；其中包含种元素。若为组分A的分子式中元素j的系数，则可写出（n）阶的系数矩阵（原子矩阵）(1-15)若原子矩阵的“秩”＝R,则独立反应数（或关键组分数）＝见P10〔例1-1〕1-4：多重反应的收率及选择率对单一反应，反应物的转化率即产物的生成率（收率）。对多重反应（同时反应、平行反应、连串反应、连串平行反应），除反应物的转化率外，还须有目的产物的收率和选择率。S＝(1-18)显然，Y=SX(1-19)1-5.气相反应的物料衡算见P12-14：〔例1-2〕、〔例1-3〕第二节　

4、化学反应速率的表示形式1-6间歇系统及连续系统一、间歇系统反应物系的组成、温度、压力等参数随时间变化，不随反应空间（位置）变化,独立变量为时间微元时间：（1-20，1-24，1-25）对均相系统：为V——反应混合物体积；若恒容（液相）反应，（1-21）对多相系统：两相流体系统，为S——相界面积流固系统：为S——固体表面积或催化剂内表面积或为W－固体或催化剂质量1-6间歇系统及连续系统显然，对于反应：（1-22）有（1-23）或1-6间歇系统及连续系统二、连续系统反应物系的浓度、温度、压力参数随反应空间（位置）变化，不随时间变化。独立变量为反应空间（位置）→微元空间（微元体积、微元表面积、微元质

5、量）：或或（1-26）1-6间歇系统及连续系统空间速度（空速）：单位反应体积所能处理的反应混合物之体积流率。质量空速：单位质量催化剂所能处理的反应混合物之体积流率。单位：或式中：——标准初态体积流率。单位：或1-6间歇系统及连续系统标准接触时间：，（空时）（1-28）对均相反应，恒容↓（1-30，1-31）第三节　　动力学方程1-8动力学方程的表示形式对特定（给定）反应：P不变T恒定C－组成，液相反应：摩尔浓度；气相反应连续系统：分压pi或摩尔分率yi；加压气相反应：逸度fi。1-8动力学方程的表示形式动力学方程：对基元反应，由质量作用定律直接写出；对非基元反应，由实验确定。现有反应：若为均相

6、反应：（非基元反应）（1-32）（基元反应）1-8动力学方程的表示形式若为气固催化反应（非基元反应）：据不均匀表面吸附理论：（1-33）；（分压pi或逸度）据均匀表面吸附理论：（1-36）1-9反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象Arrhenius经验方程：（1-37）讨论：①k的单位与反应速率的表示方式有关：（均相反应）；、（气固催化反应，气固非催化反应）（1-38）；——单位反应体积的反应表面积，（或比反应表面积）——单位反应体积中固体或固体催化剂的质量（或堆密度）1-9反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象②k的单位与反应物系组成的表示方法有关：对气相反应物系：、、

7、、若为理想气体：（1-39）1-9反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象③在一定温度范围内，反应机理不变，E值不随温度T变化，　为直线但对气固催化反应，当传质过程对反应过程的影响未完全消除时，E随T变化，此时测得的k包含了传质过程的影响，称为宏观（总体）反应速率常数④的异常现象：见P191-10动力学方程的转换（自学）见P19－22〔例1-4〕〔例1-5〕将动力学方程表达成各反应组分的初