化學(xué)反應(yīng)工程第二章

1、第二章 均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)均相反應(yīng) 均相反應(yīng)是指參予反應(yīng)的各物質(zhì)均處同一個(gè)相內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在一個(gè)相中的反應(yīng)物料是以分子尺度混合的，要求： 必須是均相體系 (微觀條件) 強(qiáng)烈的混合手段 (宏觀條件) 反應(yīng)速率遠(yuǎn)小于分子擴(kuò)散速度一、計(jì)量方程反應(yīng)物計(jì)量系數(shù)為負(fù)，生成物計(jì)量系數(shù)為正。計(jì)量方程表示物質(zhì)量之間關(guān)系，與實(shí)際反應(yīng)歷程無(wú)關(guān)；計(jì)量系數(shù)只有一個(gè)公因子；用一個(gè)計(jì)量方程表示物質(zhì)量之間關(guān)系的體系稱為單一反應(yīng)，反之稱為復(fù)合反應(yīng)。二、化學(xué)反應(yīng)速率單位時(shí)間、單位反應(yīng)容積內(nèi)組分的物質(zhì)的量（摩爾數(shù)）的變化稱之為該組分的反應(yīng)速率。 反應(yīng)物：生成物：對(duì)于反應(yīng)三、化學(xué)反應(yīng)速率方程r是反應(yīng)物系的組成、溫度和壓力的函數(shù)。有

2、兩類；雙曲函數(shù)型和冪函數(shù)型。k-化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)；a(b)-反應(yīng)級(jí)數(shù)。(1)反應(yīng)級(jí)數(shù)(i) 反應(yīng)級(jí)數(shù)與反應(yīng)機(jī)理無(wú)直接的關(guān)系，也不等于各組份的計(jì)量系數(shù)；(ii) 反應(yīng)級(jí)數(shù)表明反應(yīng)速率對(duì)各組分濃度的敏感程度；(iii) 反應(yīng)級(jí)數(shù)是由實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)值，只能在獲得其值的實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)加以應(yīng)用。(2)反應(yīng)速率常數(shù)k k: s-1·(mol/m3)1-nE ：是活化能，把反應(yīng)分子“激發(fā)”到可進(jìn)行反應(yīng)的“活化狀態(tài)”時(shí)所需的能量。 E愈大，通常所需的反應(yīng)溫度亦愈高，反應(yīng)速率對(duì)溫度就愈敏感。ln klnk0slop=-E/R1/Tk0 指前因子,其單位與 反應(yīng)速率常數(shù)相同； E 化學(xué)反應(yīng)的活化能,J/

3、mol； R 氣體常數(shù),8.314J/(mol.K)。n 反應(yīng)速率的溫度函數(shù)關(guān)系l 活化能越高，斜率越大，該反應(yīng)對(duì)溫度越敏感；l 對(duì)于一定反應(yīng)，低溫時(shí)反應(yīng)速率對(duì)溫度變化更敏感。k的單位組成用濃度c表示時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)為kc；組成用分壓p表示時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)為kp；組成用摩爾分率y表示，反應(yīng)速率常數(shù)為ky對(duì)于理想氣體反應(yīng)，三者之間的關(guān)系可以如下推得：2. 2 等溫恒容過(guò)程反應(yīng)速率方程的建立反應(yīng)器：間歇，連續(xù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法1.積分法2.微分法（等溫等容均相）1 積分法：不可逆反應(yīng)APa.推測(cè)反應(yīng)速率方程（假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)為1）：b.求積分式的解c.做f(c)t圖，直線斜率則為k值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)CA（xA)

4、 、t作圖，若得一過(guò)原點(diǎn)的直線，則反應(yīng)級(jí)數(shù)與數(shù)據(jù)相符，否則需重新假定反應(yīng)級(jí)數(shù)。對(duì)于一級(jí)可逆反應(yīng)2 微分法（等溫等容均相）a. 假定機(jī)理，寫出反應(yīng)速率微分方程：b. 實(shí)驗(yàn)測(cè)量cAt數(shù)據(jù)，計(jì)算dCA/dt;c. 速率對(duì)f(cA)做圖，若為過(guò)原點(diǎn)直線，則可得動(dòng)力學(xué)方程，否則重新假定。dCA/dt求解方法：圖解微分法多項(xiàng)式擬合法數(shù)值微分復(fù)合反應(yīng)收率 和選擇性A反應(yīng)器分離器產(chǎn)物副產(chǎn)物A-反應(yīng)物；P-目標(biāo)產(chǎn)物；S-副產(chǎn)物。收率得率選擇性一.不可逆平行反應(yīng)1.各反應(yīng)級(jí)數(shù)相同（一級(jí)反應(yīng)）對(duì)產(chǎn)物P：收率：得率：選擇性：n 反應(yīng)的收率和選擇性均與組份的濃度無(wú)關(guān)，而僅是反應(yīng)溫度的函數(shù)。n 反應(yīng)流體在反應(yīng)器內(nèi)的接觸方

5、式將不會(huì)影響目標(biāo)產(chǎn)物的收率或選擇性。某反應(yīng)級(jí)數(shù)相同不可逆平行反應(yīng)：（1）若主反應(yīng)的活化能高于副反應(yīng)，則升高溫度，目標(biāo)產(chǎn)物的收率將 ，選擇性將 。（2）提高反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)速率將 ，反應(yīng)的選擇性將 。2.各反應(yīng)級(jí)數(shù)不同 （Cp0=Cs0=0）.溫度對(duì)選擇性的影響當(dāng)E1E2時(shí) 高反應(yīng)溫度對(duì)主反應(yīng)有利當(dāng)E1E2時(shí) 溫度對(duì)選擇性無(wú)影響當(dāng)E1E2時(shí) 低反應(yīng)溫度對(duì)主反應(yīng)有利.反應(yīng)物濃度對(duì)選擇性的影響當(dāng)時(shí) 高反應(yīng)物濃度對(duì)主反應(yīng)有利當(dāng)時(shí) 反應(yīng)物濃度對(duì)選擇性無(wú)影響當(dāng)時(shí) 低反應(yīng)物濃度對(duì)主反應(yīng)有利.采用選擇性高的催化劑可以提高目的產(chǎn)物的收率。二 串聯(lián)反應(yīng)ctcAcPcSctcPcSctcPcSk1 >> k2cAcAk2 >> k1k1 k2P的最高濃度所需時(shí)間令當(dāng)k1 = k2時(shí)，topt=1/k2.3 等溫變?nèi)葸^(guò)程物料衡算： A P Sn0 nA0 np0 ns0 n nA0- nA0xA np0+ nA0xA ns0+nA0xAn=n0+nA0(-1+1+1)xAn=n01+yA0(-1+1+1)xAl 膨脹因子：物理意義：每反應(yīng)掉單位摩爾組分A所引起的反應(yīng)物系總摩爾數(shù)的變化量。 n 膨脹