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温度对反应速率的影响第五节化学反应器设计基础第一节　化学计量学化学计量学(stoichiometry)是一门通过统计学或数学方法将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学科。是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。化学计量学运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法，优化化学测量过程，并从化学测量数据中最大限度地提取有用的化学信息。化学计量学的研究对象是有关化学量测的基础理论和方法学。它所研究的内容

2、包括：统计学和统计方法；分析信息理论；采样；试验优化与设计；分析校正理论；分析信号检测和分析信号处理；化学模式识别；图像分析；构效关系研究；人工智能和专家系统；人工神经元网络与自适应化学模式识别；库检索等。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extentofreacti

3、on,conversion,factorofexpansion一、反应程度二、转化率1-2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.

4、)复杂反应体系需要多个参数所需的参数个数=独立反应数。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(原子矩阵法)例：CH4+H2OCO+3H2CH4+2H2OCO2+4H2CO+H2OCO2+H2可以看出，（1）＋（3）＝（2）②计量系数矩阵法写成矩阵秩k=2,有两个独立反应：-CH4-H2O+CO+3H2=0-H2O–CO+CO2+H2=01－4多重反

5、应的收率及选择性YieldSelectivity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）Combinationreactions多重反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、乙烯氧化选择率和收率的定义关键组分keycomponentALMAY＝S＝X＝选择率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，而收率选择率则是针对目的产物的。例题乙

6、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=0.133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＝2×0.752÷15=0.100或Y＝xAS=0.100第二

7、节化学反应速率的表示方式！上式右端的负号是针对反应物；对于生成物，则不加此负号。当反应是在相界面上（如固体催化剂表面上）进行时：于是作为反应物和生成物的速率式（1－20）一间歇系统BATCHSYSTEM平均速率表达式　瞬时速率表达式二连续系统FLOWSYSTEMS连续系统中反应速率表示为单位反应体积中（或单位反应表面积上、或单位质量固体、或催化剂上）某一反应物或产物的摩尔流量的变化对于气固相催化反应，反应体积是反应器中催化剂床层的体积空间速度SpaceVelocity（空速）是单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量。对于多个串连的多级反应器，不以某一级反应器