绪论均相反应动力学均相反应器

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1、化学反应工程基础江苏工业学院张卫红2006.2第一章绪论1.1概述一、反应工程的研究内容二、反应工程与其他学科的关系三、化学反应工程的学科发展1.2化学反应器一、化学反应的分类二、化学反应器的类型三、反应器的操作方式1.3化学反应工程的研究方法图1.1　典型的化学加工过程化学反应工程主要包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。时间标志性成果代表人物20世纪30年代　（萌芽阶段）对扩散、流体流动和传热对反应过程的影响丹克来尔　(DamhÖhler)梯尔（Thiele）史尔多维奇20世纪40年代（系统化）《化学过程原理》和《化学动力学中的扩散与传热》对学科形成奠定了基础霍根（

2、Hougen）华生（Waston）20世纪50年代（学科确立）学科第一次国际性的学术会议在欧洲召开，第一次使用了化学反应工程这一术语丹克沃茨（Dankwerts)泰勒（Taylor）烈文斯彼尔(Levenspiel)20世纪60年代(学科发展壮大)石油化工的发展要求生产的大进化，产品的多样化和深加工促进了实验研究和生产实际的结果，产品研发周期缩短20世纪80年代到90年代中期(学科交叉和新技术运用)计算机和微电子技术普遍应用实现了反应器的精确控制问题；通过与其它学科的交叉形成了一系列新的学科；反应与分离过程的结合出现了多功能反应器20世纪90年代环境保护对化学反应工程学科提出了新的

3、要求。新的环境友好、原子经济的绿色反应工艺的出现，对能源开发和存放利用的贡献第二章均相反应动力学2.1化学反应速率及动力学方程式2.1.1化学反应速度2.1.2动力学方程2.1.3动力学方程的建立2.2可逆反应2.3自催化反应2.4复合反应2.5变分子气相反应建立动力学方程的方法：1、积分法半衰期法2、微分法3、初速度法化学反应动力学-化学反应速率和反应机理微观动力学或本征动力学：排除了一切物理传递过程的影响2.1化学反应速率及动力学方程式2.1.1化学反应速度均相反应速率的定义：单位时间，单位体积混合物中着眼于某一反应组分的物质的量的变化率。aA+bB→pP+sS（5）转化率？X

4、--针对反应物而言（1）反应速率恒为正值，反应物组分速率的“-”（2）不同组分计算的反应速率之间的换算关系：（3）当混合物的体积（即密度）一定时，对于理想气体，（*等温恒容），反应时间tNH3/molO2/mol0812t147t2022.1.2动力学方程（化学反应速率方程式）影响反应速率的因素有：组成（浓度）、温度、压力、催化剂的种类及性质。对于均相反应，通常ri=f(T,C)化学反应速率方程式的形式aA+bB→pP+sS幂函数型：1.动力学参数①级数-基元反应与非基元反应对各组分的级数、，反应的总级数n=+②速率常数k-与温度、催化剂有关量纲-[浓度]1-n[时间]-1

5、,∴可以根据量纲判断反应的级数。如，一级反应，量纲为[时间]-1对于气相反应，kp量纲：[浓度][压强]-n[时间]-1kp与k的换算：Arrhenius方程：2.1.3动力学方程的建立单一反应：用一个化学计量方程即能表达各反应物间量的关系的反应；复合反应：用两个或两个以上的化学计量方程才能表达各反应物间量的关系的反应；不可逆反应：反应向一个方向进行；可逆反应：反应同时向正、逆两个方向进行的反应，歧化/对峙反应。一、建立动力学方程的方法1、积分法在等温恒容条件下，例：有一反应，在一间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80%，经过18min后，转化掉90%，求表达此反应的动

6、力学方程式。解：已知t1=8min时，x1=80%t2=18min时，x2=90%设为零级反应，设为一级反应，（0.699≠0.444）设为二级反应，故此反应为二级不可逆反应。且半衰期法：2、微分法单一不可逆反应，二、最小二乘法适用于可线性化的方程。例如，2.2可逆反应一级可逆反应：已知：t=0时，CA=CA0，CR=CR0。动力学方程的积分形式初速度法①CR0=0下，改变CA0，测定（-rA）0，确定动力学参数和k1。②CA0=0下，改变CR0，测定（-rA）0确定动力学参数和k2。2.3自催化反应定义：反应的某一产物对反应有催化作用。如：设对各反应组分均为一级。在t=0时，

7、CA=CA0，CP=CP0和CR0=0动力学方程的积分形式。（-rA）C0/2CA02.4复合反应平行反应：连串反应：2.4.1表征产物分布的术语1.收率（得失之比）瞬时收率φ总收率φP2.得率XP得率XP=收率×转化率xA3.选择性2.4.2平行反应等温恒容下一级平行反应的浓度分布：初值条件为：t=0时，CA=CAO，CP=0，CS=0图2.4-1平行反应组成随时间的变化关系2.4.3连串反应图2.4-2连串反应组成随时间的变化关系2.5变分子气相反应等温气相反应