反應(yīng)工程復(fù)習(xí)

1、 轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性一、規(guī)范的化學(xué)計量方程一、規(guī)范的化學(xué)計量方程 B0SBA0BSBA例例:1 1 計量方程中反應(yīng)物計量系數(shù)為負值，產(chǎn)物為正值計量方程中反應(yīng)物計量系數(shù)為負值，產(chǎn)物為正值2 2 計量方程僅表示由于反應(yīng)引起參與反應(yīng)的物質(zhì)之間量的變計量方程僅表示由于反應(yīng)引起參與反應(yīng)的物質(zhì)之間量的變化關(guān)系，與反應(yīng)實際歷程無關(guān)化關(guān)系，與反應(yīng)實際歷程無關(guān) 3 3 計量方程的計量系數(shù)間不含有除計量方程的計量系數(shù)間不含有除1以外的公因子以外的公因子注意注意: :2222NO2ONO20NO2ONO22222NO2O(NO)(NO)NONO反應(yīng)機理t=0 t=0 n ni0i0t=t t=

2、t n ni i轉(zhuǎn)化率（針對反應(yīng)物）轉(zhuǎn)化率（針對反應(yīng)物）該反應(yīng)物的起始量某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量x定義：定義：間歇反應(yīng)：間歇反應(yīng)：)1 (iioiioiioixnnnnnx連續(xù)反應(yīng)：連續(xù)反應(yīng)：)1 (iioiioiioixFFFFFxZ=0Fi0Z=ZFimol：nol/smn：循環(huán)反應(yīng)循環(huán)反應(yīng)有物料循環(huán)反應(yīng)的過程有物料循環(huán)反應(yīng)的過程單程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率-新鮮原料通過反應(yīng)器一次所達到的轉(zhuǎn)化率新鮮原料通過反應(yīng)器一次所達到的轉(zhuǎn)化率%100MFARPAMFAFFF單程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率全程轉(zhuǎn)化率全程轉(zhuǎn)化率-新鮮原料進入反應(yīng)系統(tǒng)起到離開系統(tǒng)達到的新鮮原料進入反應(yīng)系統(tǒng)起到離開系統(tǒng)達到的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率%100FAP

3、AFAFFF全程轉(zhuǎn)化率全程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率全程轉(zhuǎn)化率全程轉(zhuǎn)化率OHCHH2CO3PT,cat,2 全程全程 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率單程單程 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率1 1、不同的反應(yīng)物，、不同的反應(yīng)物，x 值不同（原料配比若符合化學(xué)計量關(guān)系，值不同（原料配比若符合化學(xué)計量關(guān)系，則則x的數(shù)值相同）的數(shù)值相同） 注意：注意：2 2、關(guān)鍵組分關(guān)鍵組分( (著眼組分）反應(yīng)物中價值最高的組分，關(guān)鍵組著眼組分）反應(yīng)物中價值最高的組分，關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率的高低直接影響反應(yīng)過程的經(jīng)濟效果，關(guān)鍵組分的分轉(zhuǎn)化率的高低直接影響反應(yīng)過程的經(jīng)濟效果，關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率最大可達轉(zhuǎn)化率最大可達100%100%。3 3、反應(yīng)物起始量的選擇、反

4、應(yīng)物起始量的選擇連續(xù)反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)器-進口原料狀態(tài)進口原料狀態(tài)間歇反應(yīng)器間歇反應(yīng)器-反應(yīng)開始狀態(tài)反應(yīng)開始狀態(tài)多個反應(yīng)器串聯(lián)多個反應(yīng)器串聯(lián)-進入第一個反應(yīng)器進入第一個反應(yīng)器收率收率-針對產(chǎn)物針對產(chǎn)物收率與選擇性收率與選擇性對于單一反應(yīng)對于單一反應(yīng) Y=X( (關(guān)鍵組分）關(guān)鍵組分） 對于復(fù)合反應(yīng)對于復(fù)合反應(yīng) YX收率也有單程和全程之分（循環(huán)物料系統(tǒng)）收率也有單程和全程之分（循環(huán)物料系統(tǒng)） 注意：注意：RBARBA關(guān)鍵組分的起始量所消的關(guān)鍵組分量生成產(chǎn)物關(guān)鍵組分的起始量生成的量反應(yīng)產(chǎn)物RRyRAR正值正值 R: 產(chǎn)物 A: 關(guān)鍵組分選擇性選擇性針對復(fù)合反應(yīng)針對復(fù)合反應(yīng))()(SQARBA副主SRBA

5、已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分量鍵組分的量生成主產(chǎn)物所消耗的關(guān)S轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率X只能說明總的結(jié)果，只能說明總的結(jié)果，Y說明說明 轉(zhuǎn)化了的反應(yīng)物變轉(zhuǎn)化了的反應(yīng)物變成成 產(chǎn)物的比例，選擇性產(chǎn)物的比例，選擇性S說明轉(zhuǎn)化了的反應(yīng)物變成說明轉(zhuǎn)化了的反應(yīng)物變成 目目的產(chǎn)物的比例的產(chǎn)物的比例SXY -X關(guān)鍵組分，Y、S是同一產(chǎn)物無論是收率、選擇性、轉(zhuǎn)化率還是反應(yīng)進度無論是收率、選擇性、轉(zhuǎn)化率還是反應(yīng)進度, , 數(shù)值結(jié)果數(shù)值結(jié)果不一樣，但說明同樣的問題不一樣，但說明同樣的問題 。 化學(xué)反應(yīng)器的操作方式及結(jié)構(gòu)類型化學(xué)反應(yīng)器的操作方式及結(jié)構(gòu)類型操作方式分類：操作方式分類：分批（或間歇）式操作：分批（或間歇）式操作：一次性投料卸料

6、，反應(yīng)物系濃度或組成等隨時間變化。用于一次性投料卸料，反應(yīng)物系濃度或組成等隨時間變化。用于實驗室、產(chǎn)量小、一個反應(yīng)器生產(chǎn)多個產(chǎn)品，具有生產(chǎn)彈性實驗室、產(chǎn)量小、一個反應(yīng)器生產(chǎn)多個產(chǎn)品，具有生產(chǎn)彈性大，操作靈活的特點。大，操作靈活的特點。連續(xù)式操作：連續(xù)式操作：原料不斷加入，反應(yīng)器內(nèi)物系參數(shù)均不隨時間變化，隨物料原料不斷加入，反應(yīng)器內(nèi)物系參數(shù)均不隨時間變化，隨物料所處位置變化。用于產(chǎn)品品種單一而產(chǎn)量大的情況。所處位置變化。用于產(chǎn)品品種單一而產(chǎn)量大的情況。半分批（或半連續(xù)）式操作：兼有以上兩種過程特點，較復(fù)雜半分批（或半連續(xù)）式操作：兼有以上兩種過程特點，較復(fù)雜反應(yīng)器設(shè)計的基本方程反應(yīng)器設(shè)計的基本方

7、程n反應(yīng)器設(shè)計的基本方程q物料衡算方程式n以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)，計算反應(yīng)器體積的基本方程q熱量衡算方程式n以能量守恒與轉(zhuǎn)化定律為基礎(chǔ)，通過熱量衡算可以計算反應(yīng)器中溫度的變化q動量衡算方程式n以動量守恒為基礎(chǔ)，可以計算反應(yīng)器中壓力的變化q動力學(xué)方程式n反應(yīng)速率與物質(zhì)濃度、反應(yīng)體系溫度、壓力的關(guān)系衡算方程形式：*輸入量輸出量+因反應(yīng)而改變的量+累積量第二章第二章 反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 定義：單位時間定義：單位時間, ,單位體積反應(yīng)物系中某一組分單位體積反應(yīng)物系中某一組分i i的物質(zhì)的量的的物質(zhì)的量的變化變化 RvBvAvRBAdtdnrAVA1dtdn

8、rBVB1dtdnrRVR1dtdnriVi1選擇哪個物質(zhì)？選擇哪個物質(zhì)？ 易通過實驗監(jiān)測其物質(zhì)的量的變化易通過實驗監(jiān)測其物質(zhì)的量的變化反應(yīng)區(qū)反應(yīng)時間反應(yīng)量反應(yīng)速率 一、單一反應(yīng)的反應(yīng)速率一、單一反應(yīng)的反應(yīng)速率1、均相反應(yīng)的反應(yīng)速率、均相反應(yīng)的反應(yīng)速率RBArrr)(RBA除非RRBBAAvrvrvrrvrvrvrRRBBAA平均反應(yīng)速率平均反應(yīng)速率，不受所選組分的限制，在復(fù)雜反應(yīng)不受所選組分的限制，在復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)的動力學(xué)計算中最為方便系統(tǒng)的動力學(xué)計算中最為方便。dtdnriVvi1 平均反應(yīng)速率平均反應(yīng)速率注意：注意： （1 1） 反應(yīng)速率其值恒為正反應(yīng)速率其值恒為正（2 2） 單位單位:

9、: mol/m3s, mol/m3min ,mol/m3h（3）（4） 用濃度表示的反應(yīng)速率反應(yīng)物系體積恒定反應(yīng)物系體積恒定dtdnrAVA1dtVcdAV)(1dtdcAdtVdcdtdVcdtVcdAAA)(0dtdVcA變?nèi)葸^程（氣相反應(yīng)）不能用上述形式變?nèi)葸^程（氣相反應(yīng)）不能用上述形式dtdcrii1（5） 用轉(zhuǎn)化率表示的反應(yīng)速率dtdxnrAAVA01（6） 用反應(yīng)進度表示的反應(yīng)速率dtdrVA1（7）連續(xù)式操作反應(yīng)器系統(tǒng)達到穩(wěn)定時，反應(yīng)器內(nèi)任一點參數(shù)不隨時間變化系統(tǒng)達到穩(wěn)定時，反應(yīng)器內(nèi)任一點參數(shù)不隨時間變化0dtdn即適合用隱含時間的反應(yīng)速率適合用隱含時間的反應(yīng)速率 單位時間單位時

10、間, ,單位體積，組分物質(zhì)的量的變化單位體積，組分物質(zhì)的量的變化物料衡算物料衡算 輸入量輸出量輸入量輸出量+因反應(yīng)而改變的量因反應(yīng)而改變的量+累積量累積量rAArAAAAdVdFrdVrdFFF0）（對于多相反應(yīng)，常用相界面積對于多相反應(yīng)，常用相界面積a代替反應(yīng)體積代替反應(yīng)體積V Vr r非均相催化反應(yīng)，反應(yīng)速率的定義是以固體催化劑非均相催化反應(yīng)，反應(yīng)速率的定義是以固體催化劑的質(zhì)量為基準，即的質(zhì)量為基準，即 2、非均相反應(yīng)的反應(yīng)速率、非均相反應(yīng)的反應(yīng)速率二、復(fù)合反應(yīng)的反應(yīng)速率二、復(fù)合反應(yīng)的反應(yīng)速率jr 對于多個反應(yīng)的體系，設(shè)對于多個反應(yīng)的體系，設(shè)n n個反應(yīng)組分：個反應(yīng)組分：A A1 1, ,

11、.A.An n 其中有其中有M M個獨立反應(yīng)（個獨立反應(yīng)（M M個關(guān)鍵組分）個關(guān)鍵組分） 為第為第j j個反應(yīng)的平均反應(yīng)速率個反應(yīng)的平均反應(yīng)速率 組分組分A Ai i的復(fù)合反應(yīng)速率為的復(fù)合反應(yīng)速率為 MjjiirrR1M1jjj i ijij符號：反應(yīng)物，取負；產(chǎn)物，符號：反應(yīng)物，取負；產(chǎn)物， 取正取正R Ri i與與r ri i的區(qū)別：的區(qū)別：R Ri i針對若干反應(yīng)；針對若干反應(yīng)；r ri i針對一個反應(yīng)針對一個反應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 溫度對反應(yīng)速率的影響溫度對反應(yīng)速率的影響一、反應(yīng)速率常數(shù)一、反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度與溫度T 的關(guān)系的關(guān)系A(chǔ)：指前因子，決定于反應(yīng)的本質(zhì)：指前因子，決定于反應(yīng)的本質(zhì)E

12、：活化能，決定于反應(yīng)的本質(zhì)，在一定溫度范圍內(nèi)：活化能，決定于反應(yīng)的本質(zhì)，在一定溫度范圍內(nèi)反應(yīng)機理不變其值不變。催化劑，降低反應(yīng)機理不變其值不變。催化劑，降低 E 的值。的值。)exp(RTEAk由阿累尼烏斯經(jīng)驗公式由阿累尼烏斯經(jīng)驗公式二、二、T對對k的影響的影響Lnk = lnA E/RT lnk 對對 1/T 作圖，可得直線，直線的斜率作圖，可得直線，直線的斜率=E/RT )exp(RTEAk 圖圖2.1 2.1 速率常數(shù)隨溫度的變化速率常數(shù)隨溫度的變化 k k隨隨T T升高而增加升高而增加結(jié)論：結(jié)論：不可逆單一反應(yīng)不受化學(xué)反應(yīng)平衡限制，從不可逆單一反應(yīng)不受化學(xué)反應(yīng)平衡限制，從動力學(xué)角度考慮

13、應(yīng)盡可能在動力學(xué)角度考慮應(yīng)盡可能在高的溫度高的溫度下進行反應(yīng)，下進行反應(yīng)，但同時要考慮催化劑喪失活性、耐高溫材料的選用，但同時要考慮催化劑喪失活性、耐高溫材料的選用，熱能的供應(yīng)等高溫帶來的問題。熱能的供應(yīng)等高溫帶來的問題。飛溫飛溫溫度對不可逆反應(yīng)速率的影響溫度對不可逆反應(yīng)速率的影響)()exp(AxfRTEArT k& r 討論：討論：a a 可逆吸熱反應(yīng)可逆吸熱反應(yīng)EE 0)AXTr（即可逆吸熱反應(yīng)的反應(yīng)速率隨溫度的升高而增加即可逆吸熱反應(yīng)的反應(yīng)速率隨溫度的升高而增加圖圖2.2 2.2 可逆吸熱反應(yīng)關(guān)系圖可逆吸熱反應(yīng)關(guān)系圖1234rrrrT一定，一定，xA與與r的關(guān)系的關(guān)系xA一定，

14、一定，T與與r的關(guān)系的關(guān)系溫度對可逆反應(yīng)速率的影響溫度對可逆反應(yīng)速率的影響b b 可逆放熱反應(yīng)可逆放熱反應(yīng)EE 可逆放熱反應(yīng)的反應(yīng)速率隨溫度的變化不是單調(diào)變化可逆放熱反應(yīng)的反應(yīng)速率隨溫度的變化不是單調(diào)變化圖圖2.32.3可逆放熱反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系圖可逆放熱反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系圖溫度較低時，動力學(xué)影響顯著；溫度較低時，動力學(xué)影響顯著；溫度較高時，平衡影響顯著，存溫度較高時，平衡影響顯著，存在反應(yīng)速率的極大點。在反應(yīng)速率的極大點。22)()()(RTARTAXTrEkEkXgXfA2.34EEEERTeTeToptln1-2.37可逆放熱反應(yīng)最佳反應(yīng)溫度可逆放熱反應(yīng)最佳反應(yīng)溫度Topt的求取的求

15、取圖圖2.4 2.4 可逆放熱反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系可逆放熱反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系 r0r0：平衡曲線：平衡曲線r1, r2, r3, r4 , r5r1, r2, r3, r4 , r5 ：等速率曲線，：等速率曲線， r5r4r3r2r1r5r4r3r2r1r1r1最接近平衡線最接近平衡線r0r0最佳溫度曲線：等速率線上極值點最佳溫度曲線：等速率線上極值點反應(yīng)在最佳溫度曲線上進行，整個過程反應(yīng)在最佳溫度曲線上進行，整個過程的反應(yīng)速率最快的反應(yīng)速率最快T表表 2-12-1反應(yīng)速率隨溫度變化的小結(jié)反應(yīng)速率隨溫度變化的小結(jié)不可逆反應(yīng)不可逆反應(yīng)TT，r r 可逆吸熱可逆吸熱TT，r r 可逆放熱

16、可逆放熱TT，r r rr第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)：同一反應(yīng)物系中同時進行著若干個化學(xué)反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)：同一反應(yīng)物系中同時進行著若干個化學(xué)反應(yīng) （主副（主副反應(yīng)）反應(yīng)）特點：某一組分既可能是某反應(yīng)的反應(yīng)物，也可能是另一反特點：某一組分既可能是某反應(yīng)的反應(yīng)物，也可能是另一反應(yīng)的產(chǎn)物。應(yīng)的產(chǎn)物。定義：單位時間、單位體積反應(yīng)混合物中某一組分定義：單位時間、單位體積反應(yīng)混合物中某一組分i i的物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化。的量的變化。一、反應(yīng)組分的轉(zhuǎn)化速率與生成速率一、反應(yīng)組分的轉(zhuǎn)化速率與生成速率iMjjijiirtC1dd個反應(yīng)第j: j個組分第i: i個反應(yīng)組分參與第第j:iij個反應(yīng)的平均反應(yīng)

17、速率第j:jr可正可負及代表的反應(yīng)速率都為正jijBArrrr，,.,i可能是負值或正值，負值表示組分i在反應(yīng)過程中是減少的QAPAA)(主AQAPckrckr21例：例：求求PA解：解：APPckrr111AAAAAAckckrrrr212121) 1(APckrr11AQckrr22rvrvrvrRRBBAA注意：例例2.4 高溫下將乙烷進行熱裂解生產(chǎn)乙烯，其反應(yīng)及速率方程：高溫下將乙烷進行熱裂解生產(chǎn)乙烯，其反應(yīng)及速率方程：ERERMRpAHEAcckrCHHCHCHCcckrHCHCHCcckckrCHHCHCckrCHHCHCcckckrHHCHC5546362224464422233

18、3422632248362111242622導(dǎo)出乙烷和乙烯的生成或轉(zhuǎn)化速率。導(dǎo)出乙烷和乙烯的生成或轉(zhuǎn)化速率。ERERMRpAHEAcckrMPAEcckrSERcckckrMRPckrMQAcckckrHEA554433362211125415212-rrrrrrEA解：解：1 1、并列反應(yīng)、并列反應(yīng)反應(yīng)系統(tǒng)中每個反應(yīng)的組分各不相同反應(yīng)系統(tǒng)中每個反應(yīng)的組分各不相同 例如例如 AP BQAP BQ二、復(fù)合反應(yīng)的基本類型二、復(fù)合反應(yīng)的基本類型特點：特點：1 1 各個反應(yīng)獨立進行各個反應(yīng)獨立進行 2 2 ri與其它反應(yīng)組分濃度無關(guān)與其它反應(yīng)組分濃度無關(guān) 3 3 ri與其它反應(yīng)速率有關(guān)（變?nèi)?、熱效?yīng)）

19、與其它反應(yīng)速率有關(guān)（變?nèi)?、熱效?yīng)）2 2、平行反應(yīng)、平行反應(yīng)反應(yīng)物完全或部分相同，產(chǎn)物完全不同或不全相同反應(yīng)物完全或部分相同，產(chǎn)物完全不同或不全相同QAPAA)(主AAckrckr2211ASSAPPAAAAckdtdcckdtdcckckdtdc2121-1若2100212121021ln-kkcccckkdcdcckdtdcckdtdctkkccckckdtdcSSPPSPASAPAAAAA由以上兩式作圖，得到兩條直線由以上兩式作圖，得到兩條直線聯(lián)立可求得：聯(lián)立可求得：k1k1，k2k2。代回即可求得平行反應(yīng)。代回即可求得平行反應(yīng)的動力學(xué)方程。的動力學(xué)方程。3 3、連串反應(yīng)、連串反應(yīng) 一個

20、反應(yīng)的產(chǎn)物同時又是另一個反應(yīng)的反應(yīng)物一個反應(yīng)的產(chǎn)物同時又是另一個反應(yīng)的反應(yīng)物42222222ONNONOONO4l3l22l3l4llll2222CCCCHCCHCCHCHCCCC氯甲烷制法氯甲烷制法 甲烷在光或熱的引發(fā)下與氯反應(yīng)：甲烷在光或熱的引發(fā)下與氯反應(yīng)： 適當調(diào)節(jié)甲烷與氯的配比適當調(diào)節(jié)甲烷與氯的配比, ,可得到不同比例的四種氯化物可得到不同比例的四種氯化物 各反應(yīng)均為各反應(yīng)均為 一級反應(yīng)一級反應(yīng)SPAkk21PSSPAPPAAAckdtdcckckdtdcckdtdc2211-AAAckdtdc1-積分得：積分得：tktkAPeeckkkc120211PAPPckckdtdc21AAp

21、CCC0積分得：積分得：tktkAPAAeeckkkctkcc12021110exptktkAsekekkkcc211221011PAASCCCC0連串反應(yīng)濃度隨時間變化圖連串反應(yīng)濃度隨時間變化圖復(fù)合反應(yīng)技術(shù)指標：加快主反應(yīng)速率，降低副反應(yīng)速率復(fù)合反應(yīng)技術(shù)指標：加快主反應(yīng)速率，降低副反應(yīng)速率 獲得盡可能多的獲得盡可能多的主產(chǎn)物主產(chǎn)物已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分的量鍵組分的量生成目的產(chǎn)物消耗的關(guān)選擇性)(s衡量技術(shù)指標的方法衡量技術(shù)指標的方法三、復(fù)合反應(yīng)的技術(shù)指標三、復(fù)合反應(yīng)的技術(shù)指標（反應(yīng)為不可逆反應(yīng)）（反應(yīng)為不可逆反應(yīng)）已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分的量生成目的產(chǎn)物的量PASPA：生成生成1mol 1mol 主產(chǎn)物主

22、產(chǎn)物P P所消耗關(guān)鍵組分所消耗關(guān)鍵組分A A的的molmol數(shù)數(shù)已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分的量生成目的產(chǎn)物的量PASA AP PP PA A 瞬瞬時時選選擇擇性性( (s s) )關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化速率關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化速率目的產(chǎn)物的生成速率目的產(chǎn)物的生成速率PAPA j jr rAjAj k kr rpkpk PAPA 瞬時選擇性瞬時選擇性 動態(tài)動態(tài)AP()AQA主AAckrckr2211平行反應(yīng)平行反應(yīng)1PAAPck1AAAAckck21AAAAckck21APPAS)(瞬時選擇性AAAAPAckckck211AAckkk211),(cTfs constkkconstT21,時，的關(guān)系有關(guān)的變化趨勢與隨，A

23、csscAscA無關(guān)與Asc-1、 T 一定時，CA 對S 的影響惰性物質(zhì)惰性物質(zhì)溫度、催化劑溫度、催化劑 )exp(RTEAkAAcRTEEAAS)exp(112112代入代入式：式：時constcA結(jié)論：可以通過反應(yīng)動力學(xué)的分析，掌握提高結(jié)論：可以通過反應(yīng)動力學(xué)的分析，掌握提高S S 的的工藝條件。工藝條件。2、CA 一定時， T 對S 的影響21EE ST21EE ST11A2 Akkk c 第六節(jié)第六節(jié) 反應(yīng)速率方程的變換反應(yīng)速率方程的變換)()(21cfTfr 反應(yīng)速率方程：反應(yīng)速率方程：以關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率或目的產(chǎn)物的收率表示各組分濃度，以關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率或目的產(chǎn)物的收率表示各組分濃

24、度，進而表示反應(yīng)速率，稱為進而表示反應(yīng)速率，稱為反應(yīng)速率方程的變換反應(yīng)速率方程的變換一、單一反應(yīng)一、單一反應(yīng)氣相反應(yīng)氣相反應(yīng)PBAPBA等溫反應(yīng)等溫反應(yīng) k k=const=constBAAckcr 00AAcc00BBcc00Pc-要求：將要求：將BAAckcr 變換成用變換成用x xA A 表示的動力學(xué)方程表示的動力學(xué)方程1 1、恒容反應(yīng)（、恒容反應(yīng)（dVdV=0)=0)VncAAconstV )(AAnfc )1 (000AAAAAAAxnnnnnx兩邊同除兩邊同除V V 得：得：)1 (0AAAxcc-BABBAAcccc00AAABBBxccc00-)1 (0AAAxVnVnBAAc

25、kcr 其它組分其它組分Ci AAAiixcc00)()1 (000AAABBAAxccxkc-dtdcrAAdtdxcdtxcdrAAAAA00)1 (-= = ：dtdxcAA0)()1 (000AAABBAAxccxkcBAAckcr 邊界條件積分求解邊界條件積分求解 tfxA2 2、變?nèi)莘磻?yīng)、變?nèi)莘磻?yīng)氣相非等分子反應(yīng)一般為變?nèi)莘磻?yīng)氣相非等分子反應(yīng)一般為變?nèi)莘磻?yīng)等分子反應(yīng)：計量方程中計量系數(shù)之和等于零等分子反應(yīng)：計量方程中計量系數(shù)之和等于零非等分子反應(yīng)：計量方程中計量系數(shù)之和不等于零非等分子反應(yīng)：計量方程中計量系數(shù)之和不等于零表征參數(shù)表征參數(shù)AiA/物理意義物理意義: :反應(yīng)掉反應(yīng)掉1m

26、olA1molA，反應(yīng)混合物總摩爾數(shù)的變化，反應(yīng)混合物總摩爾數(shù)的變化, 0A等分子反應(yīng)等分子反應(yīng), 0A非等分子反應(yīng)非等分子反應(yīng)非等分子氣相反應(yīng)非等分子氣相反應(yīng)PBAPBABAAckcr 00AAnn 00BBnn 00Pn-例例: :)(22222gOHOH2H24262HHCHC62HC222HCOOHCOCO等溫反應(yīng)等溫反應(yīng) k k=const=const要求：將要求：將BAAckcr 變換成用變換成用x xA A 表示的動力學(xué)方程表示的動力學(xué)方程000BAtnnn)(00APABAAAAttxnnnAAAtxnn00)1 (00AAAtxynAAttt 0)1 (00AAAxnnAAA

27、BBBxnnn000AAApxn00BBPP+000tAAnny氣體視作理想氣體，在（氣體視作理想氣體，在（ ) )T,PT,P下，下，VnVn)1 (00000AAAttttxynnnnVVAAAxy011)1 (00AAAxyVV)1 ()1 (000AAAAAAAxyVxnVncAAAAAxyxc001)1 ()1 (0000AAAAAABBBBxyVxnnVncAAAAAABBxyxcc0001)1 (0AAAxccAAABBBxccc000VV 等容等容BAAAckcVdtdnr)1 ()()1 ()1 ()1 (0000000AAAAAABBAAAAAAAxyxccxckdtxyV

28、xdn1PBA若11A則)1 ()()1 (1000000AAAAAABBAAAAAAAxyxccxckdtdxxycAAAABAAxyxccxkdtdx0001)()1 (積分積分求解求解間的關(guān)系式與推廣APyixcii:AAAAAAiiixyxccc0001AAAAAAiiixyxyyy0001AAAAAAiiixyxppp0001類別類別 項目項目物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附作用力作用力分子間引力（范德華力）分子間引力（范德華力）化學(xué)鍵力（共價鍵、離子化學(xué)鍵力（共價鍵、離子鍵）鍵）選擇性選擇性幾乎沒有幾乎沒有明顯明顯吸附情況吸附情況多層吸附多層吸附單層吸附單層吸附吸（脫）附速度吸（脫

29、）附速度快快慢慢熱效應(yīng)熱效應(yīng)8-25kJ/mol8-25kJ/mol，小，小40-200kJ/mol40-200kJ/mol，大，大溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)溫度提高，吸附量減小，溫度提高，吸附量減小，較低溫度下進行較低溫度下進行溫度提高，吸附量減小，溫度提高，吸附量減小，較高溫度下進行較高溫度下進行多相催化反應(yīng)以多相催化反應(yīng)以化學(xué)吸附化學(xué)吸附為主為主物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附第七節(jié)第七節(jié) 多相催化與吸附多相催化與吸附2 2、理想吸附模型、理想吸附模型吸附表面在能量上是均勻的，即吸附表面在能量上是均勻的，即各吸附位的吸附能各吸附位的吸附能力相同力相同被吸附分子間的作用力可略去不計，不影響被吸附

30、分子間的作用力可略去不計，不影響其它分子的吸附其它分子的吸附 單層吸附單層吸附 動態(tài)平衡，吸附速率與脫附速率達動態(tài)平衡動態(tài)平衡，吸附速率與脫附速率達動態(tài)平衡 惰性組分參與吸附，但不參與反應(yīng)惰性組分參與吸附，但不參與反應(yīng)1 1）模型假設(shè)：）模型假設(shè)：第三章第三章 釜式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器第一節(jié)第一節(jié) 釜式反應(yīng)器的物料衡算式釜式反應(yīng)器的物料衡算式結(jié)構(gòu)特點：高度與直徑結(jié)構(gòu)特點：高度與直徑相當，釜內(nèi)設(shè)有相當，釜內(nèi)設(shè)有攪拌器攪拌器及擋板，釜內(nèi)或釜外設(shè)及擋板，釜內(nèi)或釜外設(shè)有換熱器。有換熱器。操作方式：間歇、連續(xù)、操作方式：間歇、連續(xù)、半連續(xù)半連續(xù)K個組分進行個組分進行M個反應(yīng)，反應(yīng)體積個反應(yīng)，反應(yīng)體積Vr ,

31、進出口處物料體積流量分別為進出口處物料體積流量分別為Q0和和Q，組分組分i在進、出口濃度分在進、出口濃度分別為別為ci0 ,ciVrQ0ci0Qci反應(yīng)器中物料濃度均一，對反應(yīng)器作物料衡算反應(yīng)器中物料濃度均一，對反應(yīng)器作物料衡算: :輸入量輸入量 = = 輸出量輸出量+ + 反應(yīng)變化的量反應(yīng)變化的量+ +累計量累計量對組分對組分i i作物料衡算作物料衡算: :dtdnrVQccQiMjjijrii）（100-i=1,2,KdtdnVQccQiriii)(00i=1,2,K定態(tài)操作定態(tài)操作 ( (連續(xù)連續(xù)) )0dtdni）（MjjijriirVQccQ100-Ki,.,2 , 1間歇操作間歇操

32、作00 QQdtdnrViMjjijr1Ki,.,2 , 1）（riiiVQccQ-00Ki,.,2 , 1Ki,.,2 , 1dtdnViri連續(xù)釜式反應(yīng)器間歇釜式反應(yīng)器代代數(shù)數(shù)方方程程微微分分方方程程第二節(jié)等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算第二節(jié)等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算( (單一反應(yīng)單一反應(yīng)) )n特點特點n反應(yīng)器內(nèi)濃度處處相等，可排除傳質(zhì)的影響反應(yīng)器內(nèi)濃度處處相等，可排除傳質(zhì)的影響n反應(yīng)器內(nèi)溫度處處相等，可排除傳熱的影響反應(yīng)器內(nèi)溫度處處相等，可排除傳熱的影響n物料同時加入并同時停止反應(yīng)，所有物料具有相同的反應(yīng)物料同時加入并同時停止反應(yīng)，所有物料具有相同的反應(yīng)時間時間n優(yōu)點優(yōu)點n操作靈活，可適應(yīng)不同

33、的操作條件與不同的產(chǎn)品，適用于操作靈活，可適應(yīng)不同的操作條件與不同的產(chǎn)品，適用于小批量、多品種、反應(yīng)時間較長的產(chǎn)品小批量、多品種、反應(yīng)時間較長的產(chǎn)品n缺點缺點n裝料、卸料等輔助操作要耗費一定的時間，產(chǎn)品質(zhì)量不易裝料、卸料等輔助操作要耗費一定的時間，產(chǎn)品質(zhì)量不易穩(wěn)定，操作相對復(fù)雜穩(wěn)定，操作相對復(fù)雜計算內(nèi)容：反應(yīng)時間、反應(yīng)釜體積計算內(nèi)容：反應(yīng)時間、反應(yīng)釜體積討論范圍：等溫間歇式操作，單一反應(yīng)討論范圍：等溫間歇式操作，單一反應(yīng)一、一、 反應(yīng)時間和體積的計算反應(yīng)時間和體積的計算 1 1、 反應(yīng)時間反應(yīng)時間 t t 的計算的計算 dtdnVQccQiriii0000 QQdtdnViriKi,.,2 ,

34、 1Ki,.,2 , 1反應(yīng)器中進行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)器中進行化學(xué)反應(yīng) 對組分對組分A A作作物料衡算：物料衡算： RBAdtdnVAAr)1 (0AAAxnndtdxnVAAAr0AAAxxttxt00)(00ArAAxVdxntA為正），為（為反應(yīng)物，)(-AAA邊界條件：邊界條件：注意注意: :-設(shè)計方程設(shè)計方程間歇釜式反應(yīng)器為等容過程：間歇釜式反應(yīng)器為等容過程： 00/ArAcVn)(00AAAxdxctA適用于任何間歇反應(yīng)過程，多相或均相，等溫適用于任何間歇反應(yīng)過程，多相或均相，等溫或變溫或變溫 2 2、反應(yīng)體積、反應(yīng)體積Vr)(00ttQVrfVVrQ0 單位時間的反應(yīng)物料處理量單位時間

35、的反應(yīng)物料處理量 m3/st 反應(yīng)時間反應(yīng)時間 st0 輔助時間輔助時間 sV 反應(yīng)器實際體積反應(yīng)器實際體積沸騰易發(fā)泡物料沸騰易發(fā)泡物料 f =0.4-0.6一般流體一般流體 f =0.7-0.85f 裝填系數(shù)，裝填系數(shù)，0.40.85第三節(jié)等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算第三節(jié)等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算 （復(fù)合反應(yīng)）（復(fù)合反應(yīng)）一、一、 平行反應(yīng)平行反應(yīng) 等溫間歇釜式反應(yīng)器中：等溫間歇釜式反應(yīng)器中： 主）(PA 副）(QA 計算內(nèi)容：反應(yīng)計算內(nèi)容：反應(yīng)時間、時間、反應(yīng)釜體積反應(yīng)釜體積討論范圍：等溫間歇式操作、討論范圍：等溫間歇式操作、 復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)APckr1AQckr2P P：目的產(chǎn)物：目的產(chǎn)物

36、建立物料衡算建立物料衡算 ：求解求解cA ,cP ,cQ 與與t的關(guān)系的關(guān)系: : 求解思路：求解思路：dtdnrVQccQiMjjijrii100i=1,2,K各組分物料衡算各組分物料衡算 ：0(21dtdnckkVAAr）01dtdnckVPAr02dtdnckVQAr具體求解：具體求解：對于恒容過程對于恒容過程: : 0(21dtdcckkAA）01dtdcckPA02dtdcckQA初值條件：初值條件：t=0時，時，CA0=CA0，CP0=0，CQ0=0AAcckkt021ln1Axkkt11ln121或A A的轉(zhuǎn)化率為生產(chǎn)要求的轉(zhuǎn)化率為生產(chǎn)要求, ,積分積分 式式P P的收率為生產(chǎn)要

37、求的收率為生產(chǎn)要求, ,式代入式代入式：式：0)(exp2101dtdctkkckPA)(exp210tkkccAA01dtdcckPA)(exp210tkkccAA0(21dtdcckkAA）得：得：)(exp1212101tkkkkckcAP得：pAAQcccc0)(exp1212102tkkkkckcAQ反應(yīng)物系的組成隨時間的變化關(guān)系如圖反應(yīng)物系的組成隨時間的變化關(guān)系如圖3.33.3所示所示 積分得：積分得：圖圖3 3.3 .3 平行反應(yīng)組成隨時間的變化關(guān)系平行反應(yīng)組成隨時間的變化關(guān)系 二、二、 連串反應(yīng)連串反應(yīng) QPAkk21PQckr2AAckr1各組分物料衡算各組分物料衡算 ：01

38、dtdnckVAAr0)(21dtdnckckVPPAr對于恒容過程對于恒容過程: : 01dtdcckAA0)(21dtdcckckPPAdtdnrVQccQiMjjijrii100i=1,2,KP P的收率為生產(chǎn)要求的收率為生產(chǎn)要求, , 式代入：式代入：)exp(1012tkckckdtdcAPP初值條件：初值條件：t=0時，時， CA=CAO，CP=0，CQ=0)exp(10tkccAAA A的轉(zhuǎn)化率為生產(chǎn)要求的轉(zhuǎn)化率為生產(chǎn)要求, ,積分積分 式式0)(21dtdcckckPPA)exp(10tkccAA01dtdcckAA得：得：1 2112021kkekekcctktkAQ反應(yīng)物系

39、的組成隨時間的變化關(guān)系如圖反應(yīng)物系的組成隨時間的變化關(guān)系如圖3.43.4得：PAAQcccc0)(21kk )(122101tktkAPeekkckc)(21kk 積分得：積分得：圖圖3-4 3-4 連串反應(yīng)組成隨時間的變化關(guān)系連串反應(yīng)組成隨時間的變化關(guān)系 CQCpCAc cP P存存在在最最大大值值 以以式對式對t t求導(dǎo)：求導(dǎo)：0dtdcP2121)/ln(kkkktopt式代入式代入式得式得R R的最大濃度的最大濃度)(21kk 目的產(chǎn)物為目的產(chǎn)物為Q時時, t 越長，越長，Q收率越大收率越大dteekkckddtdctktkAP/)(122101122)(210maxkkkAPkkcc

40、，)(21kk )(122101tktkAPeekkckc)(21kk 第四節(jié)連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積第四節(jié)連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積 反應(yīng)物料連續(xù)加入與取出；反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物料反應(yīng)物料連續(xù)加入與取出；反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物料的濃度、溫度、反應(yīng)速率不隨時間、空間位置的濃度、溫度、反應(yīng)速率不隨時間、空間位置而變；而變；出口處的出口處的C, T=反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)器內(nèi)的C, T ；多用于；多用于液相反應(yīng)，恒容操作液相反應(yīng)，恒容操作 間歇釜式反應(yīng)器：一次裝卸料間歇釜式反應(yīng)器：一次裝卸料, ,非定態(tài)非定態(tài)操作操作連續(xù)釜式反應(yīng)器：連續(xù)裝卸料連續(xù)釜式反應(yīng)器：連續(xù)裝卸料, , 定態(tài)定態(tài)操作操作特點：特點：計算內(nèi)容：反應(yīng)釜體

41、積計算內(nèi)容：反應(yīng)釜體積討論范圍：等溫連續(xù)式操作討論范圍：等溫連續(xù)式操作一、一、 體積的計算體積的計算 Q0-進口體積流量進口體積流量,m3/sQ-出口體積流量出口體積流量,m3/sCA-出口濃度出口濃度,mol/m3CA0-進口濃度進口濃度,mol/m3連續(xù)釜式反應(yīng)器的設(shè)計方程連續(xù)釜式反應(yīng)器的設(shè)計方程: : MjjijiirrccQV100)(i=1,2,KdtdnrVQccQiMjjijrii100對組分對組分i i列物料衡算方程列物料衡算方程: : i=1,2,K0,0dtdnQQi二、兩個物理量二、兩個物理量空時、空速空時、空速 1. 1.空時空時衡量生產(chǎn)能力（針對連續(xù)反應(yīng)器）衡量生產(chǎn)能

42、力（針對連續(xù)反應(yīng)器）0QVr生產(chǎn)能力（生產(chǎn)能力（注意：注意：比較時比較時QO應(yīng)在相同的應(yīng)在相同的T， P下求得，即在同一基準下進行比較，通常下求得，即在同一基準下進行比較，通常采用采用 標準情況下的體積流量標準情況下的體積流量) ) MjjijiirrccQV100)(Mjjijiircc10)(即物料在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時間等于空時即物料在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時間等于空時 dV=0過程，過程，=t2.2.空速空速- -單位反應(yīng)時間內(nèi)所處理的物料量，單位反應(yīng)時間內(nèi)所處理的物料量，為空時的倒數(shù)為空時的倒數(shù)1sS S增加時，生產(chǎn)能力增加增加時，生產(chǎn)能力增加連續(xù)釜式反應(yīng)器間歇釜式反應(yīng)器代代數(shù)數(shù)方方程程

43、微微分分方方程程iiirccQV)(00MjjijiirrccQV100)(iiicc0Mjjijiircc10iiccdctii0)(00ttQVr第五節(jié)連續(xù)釜式反應(yīng)器的第五節(jié)連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)串聯(lián)與并聯(lián)問題的提出：問題的提出：反應(yīng)器的組合操作反應(yīng)器的組合操作一、概述一、概述正常動力學(xué)與反常動力學(xué)正常動力學(xué)與反常動力學(xué)以以）AAx(1曲線呈單調(diào)減，稱為反常動力學(xué)曲線呈單調(diào)減，稱為反常動力學(xué)曲線呈單調(diào)增，稱為正常動力學(xué)曲線呈單調(diào)增，稱為正常動力學(xué))()()(21AAxfTf1/(-RA）XA0XA1XA2ABDEFHK1/(-RA）XA0XA1XA2GMNEFHP正常動力學(xué)正常動力學(xué)反

44、常動力學(xué)反常動力學(xué)連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積幾何圖示體積幾何圖示n轉(zhuǎn)化速率轉(zhuǎn)化速率-RA隨轉(zhuǎn)化率增加單隨轉(zhuǎn)化率增加單調(diào)減少調(diào)減少正級數(shù)反應(yīng)正級數(shù)反應(yīng)單釜，面積單釜，面積OADK第一釜，面積第一釜，面積OFEH第二釜，面積第二釜，面積HBDK雙釜串聯(lián)，總面積雙釜串聯(lián)，總面積OFEH+HBDKOLNP串聯(lián)的串聯(lián)的CSTR需要的反應(yīng)需要的反應(yīng)器總體積大于單個器總體積大于單個CSTR反應(yīng)器反應(yīng)器21200AAAArxxCQV20200AAAArxxCQV10100AAAArxxCQVn轉(zhuǎn)化速率轉(zhuǎn)化速率-RA隨轉(zhuǎn)化率存在極值點隨轉(zhuǎn)化率存在極值點自催化反應(yīng)自催化反應(yīng)單釜，面積單釜，面積O

45、ACD第一釜，面積第一釜，面積OGFE第二釜，面積第二釜，面積EBCD雙釜串聯(lián)，總面積雙釜串聯(lián)，總面積OGFE+EBCD雙釜串聯(lián)雙釜串聯(lián)間歇式間歇式dx一一 總收率與總選擇性總收率與總選擇性ApAppAAppAdXdYdndnS)()(瞬時選擇性瞬時選擇性pApPAApPAdYndnndn00AAAdXndn0ApSdXdY AfXApfSdXY0AfopfXSYAfXAAfoSdXXS01總收率總收率總選擇性總選擇性第六節(jié)釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率第六節(jié)釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性與選擇性二二 釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性XASADBEF0HXA

46、fGAfXApfBATCHSdXY0AfpfCSTRSXY達到相同轉(zhuǎn)化率下的收率：達到相同轉(zhuǎn)化率下的收率：間歇釜間歇釜多釜串聯(lián)多釜串聯(lián)單一單一CSTR 當當S隨隨XA增加而單調(diào)下降時增加而單調(diào)下降時XASADBEF0HXAfGM當當S隨隨XA增加而單調(diào)上升時增加而單調(diào)上升時AfXApfBATCHSdXY0AfpfCSTRSXY達到相同轉(zhuǎn)化率下的收率：達到相同轉(zhuǎn)化率下的收率：間歇釜間歇釜多釜串聯(lián)多釜串聯(lián)CRCM最大最大2.9 在一恒容反應(yīng)器中進行下列液相反應(yīng)：在一恒容反應(yīng)器中進行下列液相反應(yīng)：式中式中rR,rD分別表示產(chǎn)物分別表示產(chǎn)物R及及D的生成速率。反應(yīng)用的原料為的生成速率。反應(yīng)用的原料為A

47、與與B的混合物，其中的混合物，其中A的濃度為的濃度為2kmol/m3，試計算，試計算A的轉(zhuǎn)化率達到的轉(zhuǎn)化率達到95%時所需的反應(yīng)時間。時所需的反應(yīng)時間。解：解： ABR31.6/RArC kmol mh2AD238.2/DArC kmol mh22 . 826 . 1AAjAjACCr22 . 826 . 1AAACCdtdC積分：積分：h4038. 0)1 ()125.1025.101(06 . 110txCCdCCCtAAAAAACCAA 2.11在在210等溫下進行亞硝酸乙脂的氣相分解反應(yīng)：等溫下進行亞硝酸乙脂的氣相分解反應(yīng)： 該反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系為該反應(yīng)為一

48、級不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系為 若反應(yīng)是在恒容下進行，系統(tǒng)的起始總壓為若反應(yīng)是在恒容下進行，系統(tǒng)的起始總壓為0.1013MPa，采用的是純亞硝酸乙脂，采用的是純亞硝酸乙脂，試計算亞硝酸乙脂分解率為試計算亞硝酸乙脂分解率為80%時，亞硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。時，亞硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。若采用恒壓反應(yīng)，乙醇的生成速率又是多少？若采用恒壓反應(yīng)，乙醇的生成速率又是多少？ 2523251122 C H NONOCH CHOC H OH14411.39 10 exp( 1.897 10 /)() kTs解：反應(yīng)式表示為解：反應(yīng)式表示為DCBA2121（1）恒容過程：）恒

49、容過程：)1 (0AAAAxkCkCr設(shè)為設(shè)為i.g.00RTPyCAA.)1 (0AAAxkCr亞硝酸乙酯的分解速率為：亞硝酸乙酯的分解速率為：.-AAr乙醇的生成速率為：乙醇的生成速率為：.21DAr2003140014260.10132.523 10/8.314 10483(1)1.39 10 exp( 18973/)(1)1.39 10 exp( 18973/483)2.523 10(100.8)6.112 10/ . AAAAAAAPyCmol lRTrkCXTCXmol l s66.112 10/ . AARrmol l s613.056 10/ .2 DARrmol l s（2）

50、恒壓過程）恒壓過程1./0iAAAy.1)1 (00AAAAAAxyxCC.AAkCr乙醇的生成速率為：乙醇的生成速率為：.21DAr亞硝酸乙酯的分解速率為：亞硝酸乙酯的分解速率為：.-AAr10.50.51/11 AtA22001426(1)2.523 10 (10.8)2.803 10/111 1 0.81.39 10 exp( 18973/483)2.803 103.395 10/ . AAAAAAAACXCmol lyXrkCmol l s611.698 10/ .2 DARrmol l s2.12 甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及750等溫下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：等溫下的轉(zhuǎn)化

51、反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為原料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為1：4，若這個反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級，已知，若這個反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級，已知k=2l/mol.s,試求：試求：（1） 反應(yīng)在恒容下進行，系統(tǒng)的初始總壓為反應(yīng)在恒容下進行，系統(tǒng)的初始總壓為0.1013MPa，當反應(yīng)器出口的，當反應(yīng)器出口的CH4轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為80%時，時，CO2和和H2的生成速率是多少？的生成速率是多少？（2） 反應(yīng)在恒壓下進行，其他條件如（反應(yīng)在恒壓下進行，其他條件如（1），），CO2的生成速率又是多少？的生成速率又是多少？解：（解：（1）由題意可將反應(yīng)速率表示為：）由題意可將反應(yīng)速率表示為：恒容過程恒容過

52、程 422224 CHH OCOH24 CABABCDrkC C00030033300(1)20.10130.22.382 10/8.314 101023442.382 109.528 10/ AAABBAAAABACCXCCCXPCmol lRTCCmol l當當XA0=0.8時時 3403330043665(1)2.382 100.24.764 10/29.528 1022.382 100.85.717 10/24.764 105.717 105.447 10/ .445.447 102.179 10/ .AAABBAACCABDCCCXmol lCCCXmol lRrkC Cmol l

53、sRrmol l s（2）恒壓過程，是變?nèi)莘磻?yīng)過程）恒壓過程，是變?nèi)莘磻?yīng)過程 1412/21 AtA010.214 Ay轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為80%時的濃度：時的濃度： 3400(1)2.382 10 (10.8)3.609 10/1120.20.8 AAAAAACXCmol lyX 33500029.528 1022.382 100.84.331 10/1120.20.8 BAABAAACCXCmol lyX 456623.609 104.331 103.126 10/ .3.126 10/ . AABCCrkC Cmol l sRrmol l s3.13.1在等溫間歇反應(yīng)器中進行乙酸乙酯皂化反應(yīng)

54、：在等溫間歇反應(yīng)器中進行乙酸乙酯皂化反應(yīng)：325325CH COOC HNaOHCH COONaC H OH該反應(yīng)對乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級。反應(yīng)開始時乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為該反應(yīng)對乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級。反應(yīng)開始時乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為0.02mol/l0.02mol/l，反應(yīng)速率常數(shù)等于，反應(yīng)速率常數(shù)等于5.6l/mol.min5.6l/mol.min。要求最終轉(zhuǎn)化率達到。要求最終轉(zhuǎn)化率達到95%95%。試問：。試問：（1 1） 當反應(yīng)器的反應(yīng)體積為當反應(yīng)器的反應(yīng)體積為1m1m3 3時，需要多長的反應(yīng)時間？時，需要多長的反應(yīng)時間？（2 2） 若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為若反應(yīng)器的

55、反應(yīng)體積為2m2m3 3，所需的反應(yīng)時間又是多少？，所需的反應(yīng)時間又是多少？解：解：(1)(1)00222000001()(1)110.95169.6min(2.83 )5.60.0210.95AfAfXXAAAAAAAAAAAdXdXXtCCRk CXkCXh (2) (2)反應(yīng)時間與反應(yīng)器大小無關(guān)，反應(yīng)時間不變反應(yīng)時間與反應(yīng)器大小無關(guān)，反應(yīng)時間不變3.83.8在一個在一個體積為體積為300L300L的反應(yīng)器中的反應(yīng)器中8686等溫下將濃度為等溫下將濃度為3.2kmol/m3.2kmol/m3 3的過氧化氫異丙苯溶液分解：的過氧化氫異丙苯溶液分解： 653 23365()C H C CHCO

56、HCH COCHC H OH生產(chǎn)苯酚和丙酮。該反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)生產(chǎn)苯酚和丙酮。該反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于速率常數(shù)等于0.08s0.08s-1-1, ,最終轉(zhuǎn)化率達最終轉(zhuǎn)化率達98.9%98.9%，試計算苯酚，試計算苯酚的產(chǎn)量。的產(chǎn)量。 （1 1）如果這個反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器，并設(shè)輔助操）如果這個反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器，并設(shè)輔助操作時間為作時間為15min;15min;（2 2） 如果是全混流反應(yīng)器；如果是全混流反應(yīng)器；（3 3） 試比較上二問的計算結(jié)果；試比較上二問的計算結(jié)果；（4 4） 若過氧化氫異丙苯濃度增加一倍，其他條件不變，若過氧化氫異丙苯濃度增加一倍

57、，其他條件不變，結(jié)果怎樣？結(jié)果怎樣？ 解：（解：（1 1）00000000011ln()(1)111ln56.370.94min0.810.989()(0.9415)300AfAfXXAAAAAAAAArdXdXtCCRk CXkXsVQ ttQl苯酚濃度苯酚濃度 03.2 0.9893.165/苯苯酚酚AACCXmol l苯酚產(chǎn)量苯酚產(chǎn)量 018.823.16559.56/min335.9/苯苯酚酚Q Cmolkg h=?min15L300)/(?0000ttVttVQQrr=苯酚產(chǎn)量苯酚產(chǎn)量 018.823.16559.56/min335.9/苯苯酚酚Q Cmolkg h=苯酚產(chǎn)量苯酚產(chǎn)量

58、 016.023.2 0.98950.69/min285.9/苯苯酚酚Q Cmolkg h（3 3）全混釜的產(chǎn)量小于間歇釜的產(chǎn)量，這是由于全混）全混釜的產(chǎn)量小于間歇釜的產(chǎn)量，這是由于全混釜中反應(yīng)物濃度低，反應(yīng)速度慢的原因。釜中反應(yīng)物濃度低，反應(yīng)速度慢的原因。（4 4）C CA0A0增加一倍，增加一倍，Q Q0 0不變，產(chǎn)量均增加一倍。不變，產(chǎn)量均增加一倍。 =（2 2）全混流反應(yīng)器）全混流反應(yīng)器 00000(1)(1)(1)3000.08(10.989)0.2669 /16.02 /min0.989AAfAfrAAfAfrAfAfQ CXQ XVkCXkXV kXQl slX00000(1)(1)(1)3000.08(10.989)0.2669 /16.02 /min0.989AAfAfrAAfAfrAfAfQ CXQ XVkCXkXV kXQl slX=3.15 3.15 原料以原料以0.5m0.5m3 3/min/min的流量的流量連續(xù)通入連續(xù)通入反應(yīng)體積為反應(yīng)體積為20m20m3 3的全混流反應(yīng)器，進行液相反應(yīng)：的全混流反應(yīng)器，進行液相反應(yīng)：1222AADRARrk CRDrk CC CA A,C,CR R為組分