化学反应工程教学教案.ppt

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1、第二章反应动力学基础天津大学化工学院反应工程教学组1定义：单位时间，单位体积反应物系中某一反应组分的反应量。2.1化学反应速率按不同组分计算的反应速率数值上不等，因此一定要注明反应速率是按哪一个组分计算的。对反应物dn/dt<0,对产物dn/dt>02各组分r间关系反应速率普遍化定义式恒容过程3流动床反应器（定常态过程）dVrFAFA+dFAVrFA0MFA连续反应器反应速率多相反应反应速率4例2.1在350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反应，测得反应系统总压p与反应时间t的关系如下：t/min0612263860p/kPa66.762.358.953.550.446.7试求时

2、间为26min时的反应速率。52.2反应速率方程溶剂、催化剂和压力一定的情况下，描述反应速率与温度和浓度的定量关系，即速率方程或动力学方程。基元反应定义非基元反应6机理（1）：NO+NO＝(NO)2(NO)2+O2→2NO2例：2NO+O2→2NO2机理（2）：NO+O2＝NO3NO3+NO→2NO2动力学实验数据与速率方程相符合，仅是证明机理正确的必要条件，而不是充要条件。某些非基元反应，其速率方程符合质量作用定律;不同机理可以导出相同形式的速率方程；7幂函数型速率方程可逆反应速率方程经验形式8平衡时，r＝09正逆反应的反应级数之差与相应的化学计量系数之比为一定值;设2A＋

3、B↔R的反应机理为(1)A↔A*(2)A*+B↔X(3)A*+X↔R化学计量数ν，为速率控制步骤出现的次数。10例2.2等温下进行醋酸（A）和丁醇（B）酯化反应CH3COOH+C4H9OH↔CH3COOC4H9+H2O醋酸和丁醇的初始浓度分别为0.2332和1.16kmol/m3,测得不同时间下醋酸转化量,试求该反应的速率方程。112.3温度对反应速率的影响阿累尼乌斯方程k又称为比反应速率，其意义是所有反应组分的浓度均为1时的反应速率。它的因次与速率方程的形式和反应速率及浓度的因次有关。气相反应指前因子活化能12●正逆反应活化能与反应热的关系13对于吸热反应，ΔHr>0对于放

4、热反应，ΔHr<0●反应速率与温度的关系14r≥0吸热反应平衡曲线XA可逆吸热反应与温度及转化率的关系图吸热反应15可逆放热反应r≥0可逆放热反应可逆放热反应反应速率与温度的关系16●最佳反应温度Top当反应达到平衡时，r＝0017反应速率大小次序：r4>r3>r2>r1每一条等速率线上都有一极点，此点转化率最高，对应的温度即为Top。连接所有等速率线上的极值点所构成的曲线，叫最佳温度曲线。可逆放热反应的反应速率与温度及转化率的关系图18例2.3在实际生产中合成氨反应N2+3H2↔2NH3（A）是在高温高压下采用熔融铁催化剂进行的。合成氨反应为可逆放热反应，故过程应尽可能按最

5、佳温度曲线进行。现拟计算下列条件下的最佳温度：（1）在25.33MPa下，以3：1的氢氮混合物进行反应，氨含量为17％；（2）其他条件同（1），但氨含量为12％；（3）把压力改为32.42MPa，其他条件同（1）。已知该催化剂的正反应活化能为58.618×103J/mol,逆反应的活化能为167.48×103J/mol。平衡常数Kp（MPa-1）与温度T(K)及总压p(MPa)的关系为192.4复合反应单位时间、单位体积反应混合物中某一组分i的反应量。2.4.1反应组分的转化速率和生成速率(Ri）当同一个反应物系中同时进行若干个化学反应时，称为复合反应。复合反应定义转化速率/

6、生成速率Ri与反应速率ri的区别？20求解代数方程组，得.忽略次要反应，确定独立反应数M；测M个组分的对每个组分按（*）式,建立M个线性方程；？21例：乙苯催化脱氢反应可以用下列方程式表示实验测得乙苯的转化速率以及C2H4、CH4、CO、CO2及H2的生成速率如下组分Ri*1010mol/(g.s)C6H5C2H5C2H4CH4COCO2H241706745.8304280试求上述反应的反应速率。222.4.2复合反应的基本类型反应系统中各个反应的反应组分不同。各个反应独立进行，任一反应的反应速率不受其他反应的反应组分浓度的影响。A→PB→Q并列反应多相催化反应；变容气相反应

7、.定义特点特殊情况23反应物相同但产物不同或不全相同。平行反应定义1.瞬时选择性A→PνAA→Q生成1molP所消耗A的mol数多个反应242.温度和浓度对瞬时选择性的影响(1)浓度影响α<β，浓度增高，瞬时选择性降低。（2)温度的影响E主β，浓度增高，瞬时选择性增加;E主>E副，温度增高，瞬时选择性增加；25一个反应的反应产物同时又是另一个反应的反应物。不论目的产物是P还是Q，提高A的转化率总有利；A→P→Q连串反应定义特点若Q为目的