化學(xué)反應(yīng)工程課件課件

1、關(guān)于化學(xué)反應(yīng)工程課件1現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共70頁定義定義：單位時間，單位體積反應(yīng)物系中某一反應(yīng)組分：單位時間，單位體積反應(yīng)物系中某一反應(yīng)組分的反應(yīng)量。的反應(yīng)量。RBARBAdtdnVrdtdnVrdtdnVrRRBBAA1,1,12.1 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率按不同組分計算的反應(yīng)速率數(shù)值上不等，因此按不同組分計算的反應(yīng)速率數(shù)值上不等，因此一定要注明反應(yīng)速率是按哪一個組分計算的。一定要注明反應(yīng)速率是按哪一個組分計算的。對反應(yīng)物對反應(yīng)物dn/dt0,dn/dt0dn/dt0 2現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共70頁各組分各組分r r間關(guān)系間關(guān)系RBARBAdndndn:RBARBArrr: )( : )

2、(RRBBAArrrdtdV1dtdVVcdtdcdtVcdVrAAAA)(1dtdnVrdtdnVrdtdnVrRRBBAA1,1,1RBARBArdtdnVrii1反應(yīng)速率反應(yīng)速率普遍化普遍化定義式定義式dtdcrAA恒容恒容過程過程3現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共70頁l流動床反應(yīng)器（定常態(tài)過程）流動床反應(yīng)器（定常態(tài)過程）dVrFAFA+dFAVrFA0MFArAAdVdFr連續(xù)反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)器反應(yīng)速率反應(yīng)速率多相反應(yīng)多相反應(yīng)反應(yīng)速率反應(yīng)速率dadFrAAdWdFrAA AbAVArrar 4現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共70頁 例例2.1 在在350等溫恒容下純丁二烯進(jìn)行二聚反應(yīng)，測等溫恒容下純丁二烯

3、進(jìn)行二聚反應(yīng)，測得反應(yīng)系統(tǒng)總壓得反應(yīng)系統(tǒng)總壓 p 與反應(yīng)時間與反應(yīng)時間 t 的關(guān)系如下：的關(guān)系如下： t/min 0 6 12 26 38 60 p/kPa 66.7 62.3 58.9 53.5 50.4 46.7 試求時間為試求時間為26min時的反應(yīng)速率。時的反應(yīng)速率。5現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共70頁2.2 2.2 反應(yīng)速率方程反應(yīng)速率方程 溶劑、催化劑和壓力一定的情況溶劑、催化劑和壓力一定的情況下，描述反應(yīng)速率與溫度和濃度下，描述反應(yīng)速率與溫度和濃度的定量關(guān)系，即速率方程或動力的定量關(guān)系，即速率方程或動力學(xué)方程。學(xué)方程?；磻?yīng)基元反應(yīng)BABAAckcr定定義義Tfr, c非非基基元元反

4、反應(yīng)應(yīng)DPAAAAckrr21*KcccApAPAAccKc1*PAPAAckcccKkr/12RBARBADAPAA*6現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共70頁機(jī)理（機(jī)理（1）：）： NO+NO(NO)2 (NO)2+O2 2NO2 例：例：2NO+O2 2NO222ONOckcr 機(jī)理機(jī)理（2）：）： NO + O2 NO3 NO3 + NO 2NO2 動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與速率方程相符合，僅是證明機(jī)理正確動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與速率方程相符合，僅是證明機(jī)理正確的必要條件，而不是充要條件。的必要條件，而不是充要條件。某些非基元反應(yīng)，其速率方程符合質(zhì)量作用定律某些非基元反應(yīng)，其速率方程符合質(zhì)量作用定律; ;不同機(jī)理可

5、以導(dǎo)出相同形式的速率方程；不同機(jī)理可以導(dǎo)出相同形式的速率方程；7現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共70頁冪函數(shù)型速率方程冪函數(shù)型速率方程N(yùn)iiBAiBAckckcr1.可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)NiiNiiiickckr11RBARBARBARBARBARBAAccckccckr速率方程經(jīng)驗(yàn)形式速率方程經(jīng)驗(yàn)形式)()(21cfTfr 8現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共70頁平衡時，平衡時，r r0 0RBARBARBARBAccckccckkkcccRRBBAARBA/cRBAKcccRBA/1/cRBAKcccRBARRRBBBAAA1kkcccCBARBA/9現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共70頁1RRRBBBAAA/1/CKkk

6、正逆反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)之差與相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)正逆反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)之差與相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)之比為一定值之比為一定值; ; 設(shè)設(shè) 2AB R 的反應(yīng)機(jī)理為的反應(yīng)機(jī)理為 (1) A A* (2) A* + B X (3) A* + X R化學(xué)計量數(shù)化學(xué)計量數(shù)，為速率控制步驟出現(xiàn)的次數(shù)。，為速率控制步驟出現(xiàn)的次數(shù)。10現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共70頁例例2.2 等溫下進(jìn)行醋酸（等溫下進(jìn)行醋酸（A）和丁醇（）和丁醇（B）酯化反應(yīng)）酯化反應(yīng) CH3COOH+C4H9OH CH3COOC4H9+H2O醋酸和丁醇的初始濃度分別為醋酸和丁醇的初始濃度分別為0.2332和和1.16kmol/m3,測得不測得不同時間下醋酸

7、轉(zhuǎn)化量同時間下醋酸轉(zhuǎn)化量, ,試求該反應(yīng)的速率方程。試求該反應(yīng)的速率方程。11現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共70頁2.3 2.3 溫度對反應(yīng)速率的影響溫度對反應(yīng)速率的影響阿累尼烏斯方程阿累尼烏斯方程k又稱為比反應(yīng)速率，其意義是所有反應(yīng)組分的又稱為比反應(yīng)速率，其意義是所有反應(yīng)組分的濃度均為濃度均為1 1時的反應(yīng)速率。它的因次與速率方時的反應(yīng)速率。它的因次與速率方程的形式和反應(yīng)速率及濃度的因次有關(guān)。程的形式和反應(yīng)速率及濃度的因次有關(guān)。氣相反應(yīng)氣相反應(yīng)ypckpRTkRTk)/()()()()(221ckfcfTfr)/exp(RTEAk指前因子指前因子活化能活化能RTEAk lnlnTk1ln12現(xiàn)在學(xué)

8、習(xí)的是第十二頁，共70頁22lnlnRTERTEdTkddTkd正逆反應(yīng)活化能與反應(yīng)熱的關(guān)系正逆反應(yīng)活化能與反應(yīng)熱的關(guān)系2lnRTEdTkd2lnRTEdTkdpKkkln1lnln/1/pKkk21ln1lnlnRTHdTKddTkddTkdrprHEE12lnRTEdTkdRTEAk lnln13現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共70頁對于吸熱反應(yīng)，對于吸熱反應(yīng)，Hr0對于放熱反應(yīng)，對于放熱反應(yīng)，Hr r3 r2 r1l每一條等速率線上都有一極點(diǎn)，此點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最高，對每一條等速率線上都有一極點(diǎn)，此點(diǎn)轉(zhuǎn)化率最高，對應(yīng)的溫度即為應(yīng)的溫度即為T Topop 。連接所有等速率線上的極值點(diǎn)所構(gòu)成。連接所有等速率

9、線上的極值點(diǎn)所構(gòu)成的曲線，叫最佳溫度曲線。的曲線，叫最佳溫度曲線?？赡娣艧峥赡娣艧岱磻?yīng)的反反應(yīng)的反應(yīng)速率與應(yīng)速率與溫度及轉(zhuǎn)溫度及轉(zhuǎn)化率的關(guān)化率的關(guān)系圖系圖18現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共70頁例例2.3 在實(shí)際生產(chǎn)中合成氨反應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中合成氨反應(yīng) N2+3H2 2NH3 （A） 是在高溫高壓下采用熔融鐵催化劑進(jìn)行的。合成氨反是在高溫高壓下采用熔融鐵催化劑進(jìn)行的。合成氨反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，故過程應(yīng)盡可能按最佳溫度曲線應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，故過程應(yīng)盡可能按最佳溫度曲線進(jìn)行?，F(xiàn)擬計算下列條件下的最佳溫度：進(jìn)行?，F(xiàn)擬計算下列條件下的最佳溫度： （1）在）在25.33MPa下，以下，以3：1的氫氮混合物進(jìn)行反

10、應(yīng)，的氫氮混合物進(jìn)行反應(yīng)，氨含量為氨含量為17； （2）其他條件同（）其他條件同（1），但氨含量為），但氨含量為12；（3）把壓力改為）把壓力改為32.42MPa，其他條件同（，其他條件同（1）。）。已知該催化劑的正反應(yīng)活化能為已知該催化劑的正反應(yīng)活化能為58.618103J/mol,逆反逆反應(yīng)的活化能為應(yīng)的活化能為167.48103J/mol。平衡常數(shù)。平衡常數(shù)Kp（MPa-1）與溫度與溫度T(K)及總壓及總壓p(MPa)的關(guān)系為的關(guān)系為 B )02149. 02405. 4(/ )6478.1926.2172(logpTpKp19現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共70頁2.4 復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)單位時

11、間、單位體積反應(yīng)混合物中單位時間、單位體積反應(yīng)混合物中某一組分某一組分i i的反應(yīng)量。的反應(yīng)量。2.4.1反應(yīng)組分的轉(zhuǎn)化速率和生成速率反應(yīng)組分的轉(zhuǎn)化速率和生成速率(Ri）Mjjijir1當(dāng)同一個反應(yīng)物系當(dāng)同一個反應(yīng)物系中同時進(jìn)行若干個中同時進(jìn)行若干個化學(xué)反應(yīng)時，稱為化學(xué)反應(yīng)時，稱為復(fù)合反應(yīng)。復(fù)合反應(yīng)。復(fù)合反應(yīng)定義復(fù)合反應(yīng)定義M2211j22112222211211221111 0 0 0 0rAAArAAArAAArAAAiiMMMiijjjiiii 轉(zhuǎn)化速率轉(zhuǎn)化速率/生成速率生成速率Ri與反應(yīng)速率與反應(yīng)速率 ri 的區(qū)別？的區(qū)別？20現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共70頁(*) 1MjjijirM2

12、211j22112222211211221111 0 0 0 0rAAArAAArAAArAAAiiMMMiijjjiiiiijr求解代數(shù)方程組，得求解代數(shù)方程組，得 .jr忽略次要反應(yīng)，確定獨(dú)立反應(yīng)數(shù)忽略次要反應(yīng)，確定獨(dú)立反應(yīng)數(shù)M；i測測M個組分的個組分的 對每個組分按（對每個組分按（*）式）式,建立建立M個線個線 性方程；性方程；？21現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共70頁(F) HCOOHCO(E) 3HCOOHCH(D) 4H2COHCO2H(C) CHCHHCHCHCH(B) HCHCHCHC(A) HHCHCHCHC222224242243565256242665256232565256

13、例：乙苯催化脫氫反應(yīng)可以用下列方程式表示例：乙苯催化脫氫反應(yīng)可以用下列方程式表示實(shí)驗(yàn)測得乙苯的轉(zhuǎn)化速率以及實(shí)驗(yàn)測得乙苯的轉(zhuǎn)化速率以及C2H4、CH4、CO、CO2及及H2的生成速率如下的生成速率如下組分Ri*1010mol/(g.s)C6H5C2H5C2H4CH4COCO2H24170 6 7 45.8 30 4280試求上述反應(yīng)的反應(yīng)速率。試求上述反應(yīng)的反應(yīng)速率。22現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共70頁2.4.2 復(fù)合反應(yīng)的基本類型復(fù)合反應(yīng)的基本類型反應(yīng)系統(tǒng)中各個反應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)中各個反應(yīng)的反應(yīng)組分不同。反應(yīng)組分不同。各個反應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行，任一反應(yīng)的反應(yīng)速率各個反應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行，任一反應(yīng)的反應(yīng)速率不受其他

14、反應(yīng)的反應(yīng)組分濃度的影響。不受其他反應(yīng)的反應(yīng)組分濃度的影響。A P B Q并列反應(yīng)并列反應(yīng)多相催化反應(yīng)；多相催化反應(yīng)；變?nèi)輾庀喾磻?yīng)變?nèi)輾庀喾磻?yīng).定定義義特特點(diǎn)點(diǎn)特殊特殊情況情況23現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共70頁反應(yīng)物相同但產(chǎn)物不同或不全相同。反應(yīng)物相同但產(chǎn)物不同或不全相同。平行反應(yīng)平行反應(yīng)定義定義1. 瞬時瞬時選擇性選擇性 A P AA QAAckr11AAAckr22APPASAAAAAAckkckckckS1221111關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化量反應(yīng)產(chǎn)物的生成量RAS生成1molP所消耗A的mol數(shù)jjAjjjPjPAAPPAPArrS關(guān)鍵反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化速率目的產(chǎn)物的生成速率多個反應(yīng)24現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是

15、第二十四頁，共70頁2. 2. 溫度和濃度對瞬時選擇性的影響溫度和濃度對瞬時選擇性的影響(1) 濃度影響濃度影響l ，濃度增高，瞬時選擇性降低。，濃度增高，瞬時選擇性降低。（2) 溫度的影響溫度的影響E主主 ，濃度增高，瞬時選擇性增加，濃度增高，瞬時選擇性增加;E主主E副副，溫度增高，瞬時選擇性增加；，溫度增高，瞬時選擇性增加；AAckkS121125現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共70頁一個反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物同時又一個反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物同時又是另一個反應(yīng)的反應(yīng)物。是另一個反應(yīng)的反應(yīng)物。l 不論目的產(chǎn)物是不論目的產(chǎn)物是P P還是還是Q Q，提高，提高A A的轉(zhuǎn)化率總的轉(zhuǎn)化率總有利；有利；A P Q連串反應(yīng)連

16、串反應(yīng)定定義義特特點(diǎn)點(diǎn)4322342222CClCHClClCHClCHCHClClClCll若若Q Q為目的產(chǎn)物，加速兩個反應(yīng)都有利；為目的產(chǎn)物，加速兩個反應(yīng)都有利；l若若P P為目的產(chǎn)物，則要抑制第二個反應(yīng)。為目的產(chǎn)物，則要抑制第二個反應(yīng)。采用合適的催化劑；采用合適的催化劑；采用合適的反應(yīng)器和操作條件；采用合適的反應(yīng)器和操作條件；采用新的工藝采用新的工藝.26現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共70頁例例2.4：高溫下進(jìn)行如下氣相反應(yīng)：高溫下進(jìn)行如下氣相反應(yīng)AEERMRPAHEAcckrcckrcck -ckrckrcckckr5544333221112 MPAE DER MRP BM2A HEA試

17、推導(dǎo)生成試推導(dǎo)生成E的瞬時選擇性。的瞬時選擇性。AEEAESMjjijir127現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共70頁2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分2.5.12.5.1單一反應(yīng)單一反應(yīng)PBAPBA恒恒容容過過程程反應(yīng)變反應(yīng)變量：量：XA0AAAnncVV00AAAAnnnX000(1)(1)AAAAAnXccXVAAABBBXnnn0000BBBAAAcccX0BBBnncVV反應(yīng)速率方程反應(yīng)速率方程N(yùn)iiBAAiBAckckcr1.BAAckcr 1AABdnkc cV dt*28現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共70頁000(1) ()BABAABAAAkc ckcXccX00

18、000(1)11AAAAAAAdnXndndXdXcV dtVdtVdtdt )()1 (0000AAABBAAAAXccXkcdtdXc恒容恒容過程過程變變?nèi)萑葸^過程程iincVXA(2.46)(2.48)(2.47)PBAPBABAAckcr 1AABdnkc cV dt*XAt29現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共70頁AiA/A:膨脹因子，意義為轉(zhuǎn)化膨脹因子，意義為轉(zhuǎn)化1molA時，反應(yīng)混合物總時，反應(yīng)混合物總mol數(shù)的變化。數(shù)的變化。反應(yīng)前反應(yīng)前(XA=0)轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為XA時時組分組分ABP0An0Bn00AAAnnX00BBAAAnnX0PAAAnX0總計總計000tABnnn00it

19、tAAAnnnX00ttAAAnnnXPBAPBA30現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共70頁理想氣理想氣體恒溫體恒溫恒壓下恒壓下ttnnVV00AAAttXnnnVV0000)1 (00AAAXyVV0000(1) ()(1)BAABAAAABAAAcXccXkc ckyXAAAAAAAXyXccc0001AAAAAABBBXyXccc0001)1 (0AAAXy00AAAAnnnXAAABBBXnnn00iincV（2.51）體積校正因子體積校正因子00ttAAAnnnX31現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共70頁AAAAAAiiiXyXppp0001AAAAAAiiiXyXyyy0001000000()1

20、1(1)1AAAAAAAAAAAAd nnXcdndXV dtVyXdtyXdt 000000(1) ()1(1)BAABAAAAAAAAAAAcXccXcdXkyXdtyX AABrkp pAAAAAAiiiXyXccc0001AABrkc cAABrky y變?nèi)葑內(nèi)莺銣睾銣睾銐汉銐?2現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共70頁20000001)(1 (1AAAABAAAAAAXyXccXkcdtdXXyc000000(1) ()1(1)BAABAAAAAAAAAAAcXccXcdXkyXdtyX l液相反應(yīng)一般可按恒容過程處理液相反應(yīng)一般可按恒容過程處理l間歇操作，無論液相反應(yīng)還是氣相反應(yīng)，一般可間

21、歇操作，無論液相反應(yīng)還是氣相反應(yīng)，一般可視為恒容過程視為恒容過程l總摩爾數(shù)不發(fā)生變化的等溫氣相反應(yīng)屬于恒容過程總摩爾數(shù)不發(fā)生變化的等溫氣相反應(yīng)屬于恒容過程1PBA1PBAPBAAABrkc c例例:恒溫恒壓下氣相反應(yīng)恒溫恒壓下氣相反應(yīng)33現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共70頁AABABAAABAABXccycXccccyckt11ln11ln110000000000AxAAABAAAtdXXccXXydtk00000)(1 (1例：二級反應(yīng)（恒容）？例：二級反應(yīng)（恒容）？ABAAABXcXccckt11ln10000AAAABAAXyXccXkdtdX0001)(1 (000000(1) ()1(1

22、)BAABAAAAAAAAAAAcXccXcdXkyXdtyX 34現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共70頁111212112122221122000NNNNMMNMNAAAAAAAAAiincV反應(yīng)變量反應(yīng)變量(1,2)jjM112, 1,2,Mii jjjjjAAANrrrcccjM 01Miiijjjnn 0111NNMiiijjiijnn 2.5.12.5.1復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)011NMttijjijnn ttnnVV00)11 (1100MjjijNitnVV理想氣體恒溫恒壓理想氣體恒溫恒壓35現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共70頁)11 (1100MjjijNitnVV01Miiijjjnn )1

23、1 (110010MjjijNitMjjijiiinVnVnc)(1100MjjijiinVc恒容恒容1,2iN思考：理想氣體變溫變?nèi)輻l件下，如何進(jìn)行速率方程思考：理想氣體變溫變?nèi)輻l件下，如何進(jìn)行速率方程的變換？的變換？36現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共70頁例例2.6 在常壓和在常壓和898K進(jìn)行乙苯催化脫氫反應(yīng)進(jìn)行乙苯催化脫氫反應(yīng) 22565256 1HCHCHHCHCHC 665256 2HCHCHC 435625256 3CHCHHCHHCHC 為簡便起見，以為簡便起見，以A、B、T、H及及S分別代表乙苯、苯、甲分別代表乙苯、苯、甲苯、氫及苯乙烯，在反應(yīng)溫度及壓力下，上列各反應(yīng)的速苯、氫及

24、苯乙烯，在反應(yīng)溫度及壓力下，上列各反應(yīng)的速率方程為率方程為04052. 01283. 01HSAppprApr3210745. 5HAppr2904. 03式中所有反應(yīng)速率的單位均為式中所有反應(yīng)速率的單位均為kmol/（kg.h）。壓力的單位用）。壓力的單位用MPa。進(jìn)料中含乙苯進(jìn)料中含乙苯10%和和H2O90%。當(dāng)苯乙烯，苯和甲苯的收率分。當(dāng)苯乙烯，苯和甲苯的收率分別為別為60、0.5、1時，試計算乙苯的轉(zhuǎn)化速率。時，試計算乙苯的轉(zhuǎn)化速率。37現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共70頁01Miiijjjnn 對對S對對B對對T01 1102220323sssBBBTTTnnnnnn 1236 0.05

25、 0.1 kmolkmolkmol選擇反應(yīng)進(jìn)度選擇反應(yīng)進(jìn)度 作為反應(yīng)變量作為反應(yīng)變量123, 解：乙苯（解：乙苯（A A）的轉(zhuǎn)化速率）的轉(zhuǎn)化速率123Arrr30.12830.040525.745 100.2904ASHAAHpp ppp p,ASHP P PSTBAYYYy,038現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共70頁理想理想氣體氣體恒壓恒壓01011MiijjjiiiNMttijjijnnpp yppnn 3333.667 10 MPa5.731 10 MPa5.635 10 MPaASHPPP41233.957 10 kmol/(kg h)Arrr39現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共70頁例：氨的分

26、解反應(yīng)是在常壓、高溫及使用催化劑的情況例：氨的分解反應(yīng)是在常壓、高溫及使用催化劑的情況下進(jìn)行的下進(jìn)行的 2NH3N23H2今有含今有含95氨和氨和5惰性氣體的原料氣進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)惰性氣體的原料氣進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行分解反應(yīng)，在反應(yīng)器出口處測得未分解的氨氣為行分解反應(yīng)，在反應(yīng)器出口處測得未分解的氨氣為3，求氨的轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)器出口處各組分的摩爾分率。，求氨的轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)器出口處各組分的摩爾分率。40現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共70頁解：解：12231AAAAAAAAAAAAAAAAyyyyXXyXyyy110000094. 003. 0195. 003. 095. 0AX236. 0194. 095. 019

27、4. 095. 02101210002AAAAANNXyXyyy708. 0194. 095. 0194. 095. 02301210002AAAAAHHXyXyyy026. 0194. 095. 0105. 0100AAAIIXyyy41現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共70頁2.6 2.6 多相催化與吸附多相催化與吸附2.6.1 2.6.1 多相催化作用多相催化作用 1.催化劑的特征催化劑的特征（1 1）產(chǎn)生中間產(chǎn)物，改變反應(yīng)途徑，因而降低反應(yīng)活化能和加速反）產(chǎn)生中間產(chǎn)物，改變反應(yīng)途徑，因而降低反應(yīng)活化能和加速反應(yīng)速率；應(yīng)速率；（2 2）催化劑不能改變平衡狀態(tài)和反應(yīng)熱，同時加速正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速）

28、催化劑不能改變平衡狀態(tài)和反應(yīng)熱，同時加速正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率率 ；（3 3）具有選擇性，可使化學(xué)反應(yīng)朝著所期望的方向進(jìn)行，抑制）具有選擇性，可使化學(xué)反應(yīng)朝著所期望的方向進(jìn)行，抑制不需要的副反應(yīng)。如乙醇分解反應(yīng)，采用酸催化劑如不需要的副反應(yīng)。如乙醇分解反應(yīng)，采用酸催化劑如-Al-Al2 2O O3 3，進(jìn)行脫水反應(yīng)，生成乙烯；若采用金屬催化劑如銅催化劑，則脫進(jìn)行脫水反應(yīng)，生成乙烯；若采用金屬催化劑如銅催化劑，則脫氫生成乙醛。氫生成乙醛。 2.催化劑的組成催化劑的組成42現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共70頁反應(yīng)物被分布在催化劑表面上的活性位吸附，成為活反應(yīng)物被分布在催化劑表面上的活性位吸附，成為活性吸

29、附態(tài)；性吸附態(tài)；活性吸附態(tài)組分在催化劑表面上進(jìn)行反應(yīng)，生成吸附活性吸附態(tài)組分在催化劑表面上進(jìn)行反應(yīng)，生成吸附態(tài)產(chǎn)物；態(tài)產(chǎn)物；吸附態(tài)產(chǎn)物從催化劑活性表面上脫附。吸附態(tài)產(chǎn)物從催化劑活性表面上脫附。2. 2.氣固相催化反應(yīng)的步驟（活性位理論）氣固相催化反應(yīng)的步驟（活性位理論）R BAAABBRB A RR(1)(1)吸附吸附(2)(2)表面反應(yīng)表面反應(yīng)(3)(3)脫附脫附43現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共70頁2.6.2 2.6.2 吸附與脫附吸附與脫附1. 1. 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附44現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共70頁2.2.理想吸附理想吸附l理想吸附模型（理想吸附模型（Langmui

30、r模型）基本假定模型）基本假定AA)1 (AAaapkrAddkra 單分子吸附單分子吸附吸附表面在能量上是均勻的，即各吸附位具有相吸附表面在能量上是均勻的，即各吸附位具有相同的能量同的能量; ;吸附分子間沒有相互作用；吸附分子間沒有相互作用；單分子層吸附。單分子層吸附。吸附速吸附速率常數(shù)率常數(shù)表面覆表面覆蓋率蓋率脫附速脫附速率常數(shù)率常數(shù)45現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共70頁吸附凈速率吸附凈速率AdAAakpkr)1 (吸附平衡吸附平衡AdAAakpk)1 (AAAAApKpK1KApA1)/exp(0RTqKKAALangmuir吸附等溫吸附等溫式式46現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁，共70頁b 雙分

31、子吸附雙分子吸附B A2 BABAV1吸附吸附平衡平衡VAaAaApkrAdAdAkrVBaBaBpkrBdBdBkrdBaBdAaArrrr,BBAAAAApKpKpK1BBAABBBpKpKpK1BBAAVpKpK11miiiiiipKpK11miiivpK11147現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁，共70頁A22A2c 吸附分子發(fā)生解離吸附分子發(fā)生解離2)1 (AAaapkr2Addkr吸附吸附平衡平衡0)1 (22AdAAakpkrAAAAApKpK13. 3. 真實(shí)吸附真實(shí)吸附（1 1）焦姆金模型）焦姆金模型（2 2）FruendlichFruendlich模型模型Langmuir解離吸附解離

32、吸附等溫方程等溫方程48現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁，共70頁2.7 2.7 多相催化反應(yīng)動力學(xué)多相催化反應(yīng)動力學(xué)本節(jié)中心內(nèi)容本節(jié)中心內(nèi)容如何由所確定的反應(yīng)步驟導(dǎo)出多相催如何由所確定的反應(yīng)步驟導(dǎo)出多相催化反應(yīng)的總包速率方程?；磻?yīng)的總包速率方程。2.7.12.7.1 定態(tài)近似法和速率控制步驟法定態(tài)近似法和速率控制步驟法定態(tài)近似法定態(tài)近似法若反應(yīng)達(dá)到定態(tài)，則中間化合若反應(yīng)達(dá)到定態(tài)，則中間化合物的濃度不隨時間而變物的濃度不隨時間而變?nèi)舴磻?yīng)達(dá)到定態(tài)，則串聯(lián)各步若反應(yīng)達(dá)到定態(tài)，則串聯(lián)各步反應(yīng)速率相等反應(yīng)速率相等0dtdcAiNrrr2149現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁，共70頁RA *AA RA *212*2*1

33、1*)()(rrckckckckdtdcRAAAA0*dtdcA21rr 中間化合物的濃中間化合物的濃度不隨時間而變度不隨時間而變串聯(lián)各步反應(yīng)串聯(lián)各步反應(yīng)速率相等速率相等。*111AAckckrRAckckr2*2250現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十頁，共70頁速率控制步驟法速率控制步驟法111rrr222rrr1r1r2r2rRA *AA RA *1r1r2r2r222111rrrrrrrrr21達(dá)到平衡速率控制步驟51現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十一頁，共70頁2.7.2 2.7.2 多相催化反應(yīng)速率方程多相催化反應(yīng)速率方程吸附和吸附和脫附采脫附采用理想用理想吸附等吸附等溫方程溫方程表面反應(yīng)控制表面反應(yīng)控制R B

34、AAABBRB A RR(1)(1)吸附吸附(2)(2)表面反應(yīng)表面反應(yīng)(3)(3)脫附脫附質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律VRsBAskkr52現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十二頁，共70頁其余三步達(dá)到平衡其余三步達(dá)到平衡0AdAVAaAkpk0BdBVBaBkpk0RdRVRaRkpkVAAApKVBBBpKVRRRpKdAaAAkkKdBaBBkkK dRaRRkkK RRBBAAVpKpKpK111VRBA22)1 ()/()1 (RRBBAAPRBARRBBAARRsBABAspKpKpKKpppkpKpKpKpKkppKKkrRRBBAAAAApKpKpKpK153現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十三頁，共70頁弱弱吸

35、吸附附1)(RRBBAApKpKpK)/(PRBAKpppkr反應(yīng)達(dá)反應(yīng)達(dá)到平衡到平衡0/PRBAKpppBARPPPPK 表面反應(yīng)不可逆表面反應(yīng)不可逆2)1 (RRBBAABApKpKpKpkpr惰性氣體吸附惰性氣體吸附2)1 (/IIRRBBAApRBApKpKpKpKKpppkr22)1 ()/()1 (RRBBAAPRBARRBBAARRsBABAspKpKpKKpppkpKpKpKpKkppKKkr)(RsBAsPKkKKkK54現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十四頁，共70頁若若A A吸附吸附時解離時解離221)(1)/(RRBBAAPRBApKpKpKKpppkrA22A2BB2B 2AR RR

36、若若B B、R R不吸附不吸附AABAAABAAspKpkppKppKkr11AARB A55現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十五頁，共70頁KApA 1KApA 1BspkrBAAsppKkr組分組分A A的吸附控制的吸附控制R BA(1)(1)吸附吸附(2)(2)表面反應(yīng)表面反應(yīng)(3)(3)脫附脫附AABAAABAAspKpkppKppKkr11AABBRB A RR56現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十六頁，共70頁AdAVAaAkpkr表面反應(yīng)表面反應(yīng)達(dá)到平衡達(dá)到平衡SSSBAVRKkk/)/(Ks為表面反為表面反應(yīng)平衡常數(shù)應(yīng)平衡常數(shù)VBBBpKVRRRpK)/(BBSVRRApKKpKRRBBBBSRRVpKpKp

37、KKpK/111VRBARRBBBBSRRBPRAaARRBBBBSRRBBSRRdAAaABBSVRRdAVAaApKpKpKKpKpKppkpKpKpKKpKpKKpKkpkpKKpKkpkr/1)/(/1/57現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十七頁，共70頁組分組分R的脫附控制的脫附控制VRaRRdRpkkrVAAApKVBBBpKVBABASRppKKK1VRBABApRBBAAPRBABABASBBAARaBABASdppKKpKpKKpppkppKKKpKpKpkppKKKkrRR1)/(1BASdKKKkkRAABBRB A RRVRBA,58現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十八頁，共70頁n（吸附項(xiàng)）（動力學(xué)

38、項(xiàng)）（推動力反應(yīng)速率 速率方程速率方程通用形式通用形式l動力學(xué)項(xiàng)：指反應(yīng)速率常數(shù)，它是溫度的函數(shù)。動力學(xué)項(xiàng)：指反應(yīng)速率常數(shù)，它是溫度的函數(shù)。l推動力項(xiàng)：對于可逆反應(yīng)，表示離平衡的遠(yuǎn)近；對推動力項(xiàng)：對于可逆反應(yīng)，表示離平衡的遠(yuǎn)近；對于不可逆反應(yīng)，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度。于不可逆反應(yīng)，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度。l吸附項(xiàng)：表明哪些組分被吸附和吸附強(qiáng)弱。吸附項(xiàng)：表明哪些組分被吸附和吸附強(qiáng)弱。組分組分A A吸附控制吸附控制RRBBBBSRRBPRAaApKpKpKKpKpKppkr/1)/(組分組分R脫附控制脫附控制BApRBBAAPRBAppKKpKpKKpppkr1)/(表面反應(yīng)控制表面反應(yīng)控制2)1 ()/

39、(RRBBAAPRBApKpKpKKpppkr59現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十九頁，共70頁多相催化反應(yīng)速率方程推導(dǎo)步驟多相催化反應(yīng)速率方程推導(dǎo)步驟假設(shè)該反應(yīng)的反應(yīng)步驟假設(shè)該反應(yīng)的反應(yīng)步驟; ; 確定速率控制步驟，以該步的速率表示反應(yīng)速確定速率控制步驟，以該步的速率表示反應(yīng)速率，并寫出該步的速率方程；率，并寫出該步的速率方程；其余步驟視為達(dá)到平衡，寫出各步的平衡式，將其余步驟視為達(dá)到平衡，寫出各步的平衡式，將各組分的覆蓋率轉(zhuǎn)變?yōu)楦鹘M分分壓的函數(shù)；各組分的覆蓋率轉(zhuǎn)變?yōu)楦鹘M分分壓的函數(shù)；根據(jù)覆蓋率之和等于根據(jù)覆蓋率之和等于1 1，并結(jié)合由（，并結(jié)合由（3 3）得到的各）得到的各組分的覆蓋率表達(dá)式，可將未覆蓋

40、率變?yōu)楦鹘M分組分的覆蓋率表達(dá)式，可將未覆蓋率變?yōu)楦鹘M分分壓的函數(shù)；分壓的函數(shù)；將（將（3 3）和（）和（4 4）得到的表達(dá)式代入（）得到的表達(dá)式代入（2 2）所列出）所列出的速率控制步驟速率方程，化簡整理后即得該反的速率控制步驟速率方程，化簡整理后即得該反應(yīng)的速率方程。應(yīng)的速率方程。60現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十頁，共70頁例例2.7 苯加氫反應(yīng)苯加氫反應(yīng)C6H6H2 C6H12 可視為不可逆放熱反可視為不可逆放熱反應(yīng)，假定在鎳催化劑應(yīng)，假定在鎳催化劑上有兩類活性位分別上有兩類活性位分別吸附苯、中間化合物吸附苯、中間化合物及氫，而環(huán)己烷則可及氫，而環(huán)己烷則可認(rèn)為不被吸附認(rèn)為不被吸附.假定第假定第三步為速率控制步驟，三步為速率控制步驟，除苯和氫之外，其它除苯和氫之外，其它物質(zhì)的吸附均為弱吸物質(zhì)的吸附均為弱吸附，試推導(dǎo)動力學(xué)方附，試推導(dǎo)動力學(xué)方程程.61現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十一頁，共70頁2.8 2.8 動力學(xué)參數(shù)的確定動力學(xué)參數(shù)的確定積分法積分法將速率方程積分，再用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合動力學(xué)參數(shù)。將速率方程積分，再用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合動力學(xué)參數(shù)。恒容反應(yīng)恒容反應(yīng)AAAkcdtdcr1