第一章-应用化学反应动力学及反应器设计基础

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1、第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础（10学时）第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础1.1基本概念及术语1.2化学反应速率方程1.3化学反应速率方程式的变换与积分1.4复合反应动力学分析1.5反应速率的浓度效应1.6反应速率的温度效应解释：均相反应只有一相参与的反应为均相反例：烷烃的高温热解，单个气相的酯化反应，单个液相非均相反应反应的进行需要至少两相或两相以上存在（不一定各相都参与反应）通常存在相界面均相反应只有一相存在：均匀的组成，浓度，温度，压力，密度，粘度等。（实际上很难实现）水难以界定的情况燃烧的火焰存在温度分布如何处理？依据

2、简单、方便的原则处理2）依据催化反应催化反应非催化反应3）依据计量方程的个数单一反应复合反应4）根据体积反应恒容反应变容反应恒容反应举例：例1.恒温、恒容、恒摩尔的气相反应例2.液相反应（压力不是很高的情况）5）依据热效应吸热反应放热反应6）依据反应的可逆性可逆反应不可逆反应7）依据反应机理基元反应非基元反应基元反应计量方程=反应机理非基元反应计量方程≠反应机理1.１.１化学反应的反应率、收率及选择性评价化学反应进行程度的三参数：1.转化率（反应率或变换率）ＸＡnA0、FA0—加入反应器的关键组分A的物质量、摩尔流量nA、FA―反应至某时刻反应

3、器内关键组分A的物质量、摩尔流量.关键组分：不过量的反应物计算转化率.1.1基本概念及术语2.多重反应的收率Ｙ对于单反应Ａ→Ｂ，反应物的转化率即产物的生成率；对于多重反应则不然．多重反应按其中各个反应间的相互关系．主要可分为同时反应、平行反应、连串反应和平行—连串反应。一般将形成所需要的主要产物的反应或某一产物的反应速率较快而产量也较多的反应称主反应，其他的反应称为副反应。同时反应：反应系统中同时进行两个或两个以上的反应物与产物都不相同的反应称为同时反应，如：平行反应：一种反应物同时形成多种产物连串反应：如果反应先形成某种中间产物．中间产物又继

4、续反应形成最终产物多重反应的收率ＹＡ关键组分，Ｌ目的产物、M副产物如νA和νL分别表示关键反应物A及目的产物L的化学计量系数，则收率又可表示为3.选择性（总选择性）：为了表达已反应的关键组分有多少生成目的产物，常用选择率的概念，选择率用S表示，其定义如下反应率、收率和选择性三者的关系：瞬时选择性与总选择性的关系：反应率、收率和选择性三者的关系：4.气相反应的物料衡算气相反应混合物的组成常用各组分在混合物中的摩尔分数或体积分数表示。当化学反应式显示反应过程中各组分的总物质的量有所变化时，即使在恒压下反应，反应前后各组分的组成(即摩尔分数或体积分数

5、)和总摩尔流量必须根据化学计量式所显示的物料衡算关系式来确定。例1-2氨合成反应的物料衡算p12[例1—3]银催化剂上乙烯催化氧化合成环氧乙烷系统的物料衡算p14（自学）1.1.2化学反应速率的表示方式化学反应速率：单位时间内单位反应混合物体积中反应物的反应量或产物的生成量。反应区反应体积反应表面积反应系统的质量表示方法因反应在间歇或连续系统中进行而不同。间歇系统化学反应速率的表示方式1.间歇系统：反应物一次加入反应器，经历一定的反应时间达到所要求的转化率后，产物一次卸出，生产是分批进行的。若搅拌系统效果良好，则反应物系的组成，温度，压力等参数

6、在每一瞬间都是一致的，但随反应的进行，其值随时间而变，故独立变量为时间。在间歇系统中，反应速率可以表示为单位反应时间内单位反应体积中组分i的反应量或产物的生成量。即：对于以单位体积表示的反应速率：当用于液相反应时，反应过程中反应混合物的体积变化可忽略对于反应：有：或写成：在多相系统中，可以采用单位相界面积（两相流体系统）、单位固体表面积（流固相非催化反应）、单位催化剂内表面积（流固相催化反应）或单位质量固体或催化剂（流固系统）来表示反应速率，其一般式即可表示为：这里的B可以是S或是W。在流-固系统中．也可根据固体或催化剂学位质量W表示，即对于两

7、相流体系统采用单位相界面积来表示反应速率，对于流—固系统采用单位固体表面积或催化剂内表面积S表示，即连续过程化学反应速率的表示方式2.连续过程:化工生产中许多反应过程的反应物和产物都处于连续流动的状态．系统达到定态后．物料在反应器中没有积累．系统中的浓度、温度等参数在一定位置处是定值，即不随时间面变化，但在反应器中不同位置这些参数是不同的。连续系统中反应速率可以表示为单位反应体积中某一反应物或产物的摩尔流量的变化：对于均相反应，反应体积ＶＲ指反应混合物在反应器中所占据的体积；对于气-固相催化反应，反应体积指反应器中催化剂床层的体积。还可以表示为

8、单位质量固体（或催化剂）上某一反应物或产物的摩尔流量的变化。即：化学反应速率表示为单位反应表面积上某一反应物或产物的摩尔流量的变化。即：三种速率之间的