緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件

化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)江蘇工業(yè)學(xué)院

張衛(wèi)紅2006.2化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)江蘇工業(yè)學(xué)院1第一章

緒論1.1概述一、反應(yīng)工程的研究內(nèi)容二、反應(yīng)工程與其他學(xué)科的關(guān)系三、化學(xué)反應(yīng)工程的學(xué)科發(fā)展1.2化學(xué)反應(yīng)器

一、化學(xué)反應(yīng)的分類二、化學(xué)反應(yīng)器的類型三、反應(yīng)器的操作方式1.3化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法第一章緒論2圖1.1典型的化學(xué)加工過程圖1.1典型的化學(xué)加工過程3化學(xué)反應(yīng)工程主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析。

化學(xué)反應(yīng)工程主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)4

5時(shí)間標(biāo)志性成果代表人物20世紀(jì)30年代（萌芽階段）對擴(kuò)散、流體流動(dòng)和傳熱對反應(yīng)過程的影響丹克來爾(Damh?hler)

梯爾（Thiele）

史爾多維奇20世紀(jì)40年代

（系統(tǒng)化）《化學(xué)過程原理》和《化學(xué)動(dòng)力學(xué)中的擴(kuò)散與傳熱》對學(xué)科形成奠定了基礎(chǔ)霍根（Hougen）

華生（Waston）20世紀(jì)50年代

（學(xué)科確立）學(xué)科第一次國際性的學(xué)術(shù)會(huì)議在歐洲召開，第一次使用了化學(xué)反應(yīng)工程這一術(shù)語丹克沃茨

（Dankwerts)

泰勒（Taylor）

烈文斯彼爾

(Levenspiel)20世紀(jì)60年代

(學(xué)科發(fā)展壯大)石油化工的發(fā)展要求生產(chǎn)的大進(jìn)化，產(chǎn)品的多樣化和深加工促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)果，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短

20世紀(jì)80年代到90年代中期(學(xué)科交叉和新技術(shù)運(yùn)用)計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)普遍應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器的精確控制問題；通過與其它學(xué)科的交叉形成了一系列新的學(xué)科；反應(yīng)與分離過程的結(jié)合出現(xiàn)了多功能反應(yīng)器

20世紀(jì)90年代環(huán)境保護(hù)對化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科提出了新的要求。新的環(huán)境友好、原子經(jīng)濟(jì)的綠色反應(yīng)工藝的出現(xiàn)，對能源開發(fā)和存放利用的貢獻(xiàn)

時(shí)間標(biāo)志性成果代表人物20世紀(jì)30年代（萌芽階段）對擴(kuò)6緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件7緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件8緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件9第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式2.1.1化學(xué)反應(yīng)速度

2.1.2動(dòng)力學(xué)方程2.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立2.2可逆反應(yīng)

2.3自催化反應(yīng)

2.4復(fù)合反應(yīng)

2.5變分子氣相反應(yīng)第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式10建立動(dòng)力學(xué)方程的方法：1、積分法半衰期法2、微分法3、初速度法建立動(dòng)力學(xué)方程的方法：11化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理微觀動(dòng)力學(xué)或本征動(dòng)力學(xué)：排除了一切物理傳遞過程的影響2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式2.1.1化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理12均相反應(yīng)速率的定義：單位時(shí)間，單位體積混合物中著眼于某一反應(yīng)組分的物質(zhì)的量的變化率。

aA+bB→pP+sS均相反應(yīng)速率的定義：單位時(shí)間，單位體積混合物中著眼于某一反應(yīng)13緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件14（5）轉(zhuǎn)化率？X--針對反應(yīng)物而言

（5）轉(zhuǎn)化率？X--針對反應(yīng)物而言15（1）反應(yīng)速率恒為正值，反應(yīng)物組分速率的“-”（2）不同組分計(jì)算的反應(yīng)速率之間的換算關(guān)系：（3）當(dāng)混合物的體積（即密度）一定時(shí)，對于理想氣體，（*等溫恒容）

，

（1）反應(yīng)速率恒為正值，反應(yīng)物組分速率的“-”，16緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件17反應(yīng)時(shí)間tNH3/molO2/mol0812t1

47t2

02反應(yīng)時(shí)間tNH3O20812t147t202182.1.2動(dòng)力學(xué)方程（化學(xué)反應(yīng)速率方程式）

影響反應(yīng)速率的因素有：組成（濃度）、溫度、壓力、催化劑的種類及性質(zhì)。對于均相反應(yīng)，通常ri=f(T,C)

化學(xué)反應(yīng)速率方程式的形式

aA+bB→pP+sS冪函數(shù)型：2.1.2動(dòng)力學(xué)方程（化學(xué)反應(yīng)速率方程式）191.動(dòng)力學(xué)參數(shù)①級數(shù)-基元反應(yīng)與非基元反應(yīng)對各組分的級數(shù)、，反應(yīng)的總級數(shù)n=+②速率常數(shù)k-與溫度、催化劑有關(guān)量綱-[濃度]1-n[時(shí)間]-1,∴可以根據(jù)量綱判斷反應(yīng)的級數(shù)。如，一級反應(yīng)，量綱為[時(shí)間]-11.動(dòng)力學(xué)參數(shù)20對于氣相反應(yīng)，

kp量綱：[濃度][壓強(qiáng)]-n[時(shí)間]-1kp與k的換算：對于氣相反應(yīng)，21Arrhenius方程：

Arrhenius方程：222.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立

單一反應(yīng)：用一個(gè)化學(xué)計(jì)量方程即能表達(dá)各反應(yīng)物間量的關(guān)系的反應(yīng)；復(fù)合反應(yīng)：用兩個(gè)或兩個(gè)以上的化學(xué)計(jì)量方程才能表達(dá)各反應(yīng)物間量的關(guān)系的反應(yīng)；不可逆反應(yīng)：反應(yīng)向一個(gè)方向進(jìn)行；可逆反應(yīng)：反應(yīng)同時(shí)向正、逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)，歧化/對峙反應(yīng)。

2.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立單一反應(yīng)：用一個(gè)化學(xué)計(jì)量方程即能23一、建立動(dòng)力學(xué)方程的方法

1、積分法在等溫恒容條件下，

一、建立動(dòng)力學(xué)方程的方法1、積分法24例：有一反應(yīng)，在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉80%，經(jīng)過18min后，轉(zhuǎn)化掉90%，求表達(dá)此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。例：有一反應(yīng)，在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物25解：已知t1=8min時(shí)，x1=80%t2=18min時(shí)，x2=90%設(shè)為零級反應(yīng)，解：已知t1=8min時(shí)，x1=80%26設(shè)為一級反應(yīng)，（0.699≠0.444）設(shè)為一級反應(yīng)，（0.699≠0.4427設(shè)為二級反應(yīng)，設(shè)為二級反應(yīng)，28故此反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)。且故此反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)。且29半衰期法：

半衰期法：302、微分法單一不可逆反應(yīng)，2、微分法單一不可逆反應(yīng)，31二、最小二乘法適用于可線性化的方程。例如，二、最小二乘法適用于可線性化的方程。例如，32緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件33緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件34緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件35緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件362.2可逆反應(yīng)一級可逆反應(yīng)：已知：t=0時(shí)，CA=CA0，CR=CR0。動(dòng)力學(xué)方程的積分形式

2.2可逆反應(yīng)一級可逆反應(yīng)：37初速度法①CR0=0下，改變CA0，測定（-rA）0，確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)和k1。

②CA0=0下，改變CR0，測定（-rA）0確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)和k2。

初速度法①CR0=0下，改變CA0，測定（-rA）0382.3自催化反應(yīng)

定義：反應(yīng)的某一產(chǎn)物對反應(yīng)有催化作用。

如：設(shè)對各反應(yīng)組分均為一級。在t=0時(shí)，CA=CA0，CP=CP0和CR0=0動(dòng)力學(xué)方程的積分形式。

2.3自催化反應(yīng)定義：反應(yīng)的某一產(chǎn)物對反應(yīng)有催化作用。39（-rA）C0/2CA0（-rA）C0/2CA0402.4復(fù)合反應(yīng)

平行反應(yīng)：

連串反應(yīng)：

2.4.1表征產(chǎn)物分布的術(shù)語1.收率（得失之比）瞬時(shí)收率φ總收率φP

2.4復(fù)合反應(yīng)平行反應(yīng)：412.得率XP

得率XP=收率×轉(zhuǎn)化率xA

3.選擇性2.得率XP422.4.2平行反應(yīng)

等溫恒容下一級平行反應(yīng)的濃度分布：

初值條件為：t=0時(shí)，CA=CAO，CP=0，CS=0

2.4.2平行反應(yīng)等溫恒容下一級平行反應(yīng)的濃度分布：

43圖2.4-1平行反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系圖2.4-1平行反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系44緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件452.4.3連串反應(yīng)

2.4.3連串反應(yīng)46圖2.4-2連串反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系圖2.4-2連串反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系472.5變分子氣相反應(yīng)

等溫氣相反應(yīng)變分子恒壓——變?nèi)葑兎肿雍闳荨儔?.5.1術(shù)語1.膨脹因子物理意義：

2.5變分子氣相反應(yīng)等溫氣相反應(yīng)482.膨脹率2.膨脹率49n級反應(yīng)注意：一級反應(yīng)，n級反應(yīng)注意：一級反應(yīng)，502.5.3等溫等容變壓過程總壓法測定氣相反應(yīng)的速度常數(shù)

2.5.3等溫等容變壓過程總壓法測定氣相反應(yīng)的速度常數(shù)512.5.2等溫等壓變?nèi)葸^程2.5.2等溫等壓變?nèi)葸^程52第三章均相等溫反應(yīng)器

3.1概述

3.2簡單反應(yīng)器3.2.1間歇反應(yīng)器（BR）3.2.2平推流反應(yīng)器3.2.3全混流反應(yīng)器（CSTR）3.3組合反應(yīng)器3.3.1多個(gè)全混釜串聯(lián)3.3.2平推流反應(yīng)器的串、并聯(lián)

第三章均相等溫反應(yīng)器3.1概述533.3.3循環(huán)反應(yīng)器

3.3.4半連續(xù)反應(yīng)器（半間歇反應(yīng)器）

3.4反應(yīng)器的選型與操作方式

3.3.3循環(huán)反應(yīng)器543.1.1反應(yīng)器中的流動(dòng)問題

返混：停留時(shí)間不同的流體質(zhì)點(diǎn)（微元）之間的混合。平推流與全混流

平推流的特點(diǎn)：所有物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中的停留時(shí)間相同，不存在返混，也無流速分布。全混流的特點(diǎn)：返混達(dá)到最大。

3.1.1反應(yīng)器中的流動(dòng)問題553.1.2生產(chǎn)操作中的常用術(shù)語

1.反應(yīng)時(shí)間與停留時(shí)間反應(yīng)時(shí)間停留時(shí)間停留時(shí)間的分布——平均停留時(shí)間

2.空時(shí)與空速空時(shí)：空速：

3.1.2生產(chǎn)操作中的常用術(shù)語1.反應(yīng)時(shí)間與停留時(shí)間563.2簡單反應(yīng)器反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程式=動(dòng)力學(xué)方程式+物料衡算式+熱量衡算式+流動(dòng)方程式等溫恒容過程反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程式=動(dòng)力學(xué)方程式+物料衡算式物料衡算通式：

3.2簡單反應(yīng)器反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程式=動(dòng)力學(xué)方程式+物料衡算式573.2.1間歇反應(yīng)器（BR）

一、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程式恒容時(shí)，

3.2.1間歇反應(yīng)器（BR）58二、設(shè)計(jì)式的應(yīng)用：1.反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算：（1）一級反應(yīng)

等溫恒容下：（2）二級反應(yīng)等溫恒容下：

二、設(shè)計(jì)式的應(yīng)用：592.反應(yīng)器體積的計(jì)算：實(shí)際的反應(yīng)器體積為：對于沸騰或易發(fā)泡液體物料，對于一般流體

2.反應(yīng)器體積的計(jì)算：

60例3-1某廠用已二酸（A）和已二醇（B）在硫酸催化下進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹脂。反應(yīng)在70℃間歇釜中進(jìn)行。已知（-rA)=kCA2kmol／(L·min)，k=1.97L／(kmol·min)，CA0=0.004kmol／L

，求⑴xA=0.5、xA=0.6、xA=0.8、xA=0.9所需反應(yīng)時(shí)間⑵若每天處理2400kg已二酸，轉(zhuǎn)化率為80%，每天操作的非生產(chǎn)時(shí)間為1h，計(jì)算反應(yīng)器體積為多少？設(shè)裝料系數(shù)為0.75。例3-1某廠用已二酸（A）和已二醇（B）在硫酸催化下進(jìn)行縮613.2.2平推流反應(yīng)器一、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程簡化：（1）⊿t任?。?）⊿V取dV

（3）積累量=0更一般的通式：

3.2.2平推流反應(yīng)器更一般的通式：62恒容時(shí)，二、設(shè)計(jì)方程的應(yīng)用1.解析法：以一級反應(yīng)為例2.圖解法：圖3.2-53.數(shù)值法：（Simpson）(奇數(shù)點(diǎn)、偶數(shù)段)

恒容時(shí)，633.2.3全混流反應(yīng)器（CSTR）一、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程式簡化：（1）⊿t、⊿V任?。?）

（3）積累量=0恒容時(shí)，

3.2.3全混流反應(yīng)器（CSTR）恒容時(shí)，641.應(yīng)用一級反應(yīng)：一級平行反應(yīng)：

1.應(yīng)用65一級連串反應(yīng)：一級連串反應(yīng)：66

3.3組合反應(yīng)器3.3.1多個(gè)全混釜串聯(lián)1.設(shè)計(jì)式3.3組合反應(yīng)器1.設(shè)計(jì)式672.應(yīng)用①解析法：一級反應(yīng)，若各釜的溫度和容積均相等，則第n個(gè)釜的出口濃度為：

二級反應(yīng)，p44圖3.4-4

參變量，無因次數(shù)群一級反應(yīng)k二級反應(yīng)kCA02.應(yīng)用68②圖解法：

②圖解法：693.3.2平推流反應(yīng)器的串、并聯(lián)1.

PFR的串聯(lián)對第一個(gè)PFR作物料衡算：

對第二個(gè)PFR作物料衡算：對第n個(gè)PFR作物料衡算：

3.3.2平推流反應(yīng)器的串、并聯(lián)702.PFR的并聯(lián)

2.PFR的并聯(lián)713.3.3循環(huán)反應(yīng)器最佳循環(huán)比

3.3.3循環(huán)反應(yīng)器最佳循環(huán)比723.3.4半連續(xù)反應(yīng)器（半間歇反應(yīng)器）

3.3.4半連續(xù)反應(yīng)器（半間歇反應(yīng)器）733.4反應(yīng)器的選型與操作方式

3.4.1單一反應(yīng)：反應(yīng)器大小的比較

結(jié)論：完成同一生產(chǎn)任務(wù)（相同），

，3.4.2復(fù)合反應(yīng)：產(chǎn)物量的多少

3.4反應(yīng)器的選型與操作方式74不同類型反應(yīng)器P出口濃度的計(jì)算PFR：CSTR：

不同類型反應(yīng)器P出口濃度的計(jì)算75例3-2同例3-1的條件，若轉(zhuǎn)化率xA=0.8，試計(jì)算：⑴單個(gè)CSTR的體積；⑵2-CSTR的體積；⑶4-CSTR的總體積以及xA1，xA2和

xA3；⑷PFR的體積例3-2同例3-1的條件，76k=1.97L／(kmol·min)=118.2L／(kmol·h)CA0=0.004kmol／Lv0=171.25L／hk=1.97L／(kmol·min)=118.2L／(k77例：苯醌（A）和環(huán)戊二烯（B）在298K下進(jìn)行液相加成反應(yīng)，反應(yīng)方程式為A+B→P，動(dòng)力學(xué)方程為（-rA)=kCACB。如果反應(yīng)在兩個(gè)等體積串聯(lián)的全混釜進(jìn)行，其反應(yīng)速度常數(shù)為k=9.92×10-3m3／(kmol·s)，已知CA0=0.08kmol／m3

，CB0=0.1kmol／m3

，求xA=0.95時(shí)，兩釜總的反應(yīng)時(shí)間。例：苯醌（A）和環(huán)戊二烯（B）在298K下進(jìn)行液相加成反應(yīng)，78化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)江蘇工業(yè)學(xué)院

張衛(wèi)紅2006.2化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)江蘇工業(yè)學(xué)院79第一章

緒論1.1概述一、反應(yīng)工程的研究內(nèi)容二、反應(yīng)工程與其他學(xué)科的關(guān)系三、化學(xué)反應(yīng)工程的學(xué)科發(fā)展1.2化學(xué)反應(yīng)器

一、化學(xué)反應(yīng)的分類二、化學(xué)反應(yīng)器的類型三、反應(yīng)器的操作方式1.3化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法第一章緒論80圖1.1典型的化學(xué)加工過程圖1.1典型的化學(xué)加工過程81化學(xué)反應(yīng)工程主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析。

化學(xué)反應(yīng)工程主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)82

83時(shí)間標(biāo)志性成果代表人物20世紀(jì)30年代（萌芽階段）對擴(kuò)散、流體流動(dòng)和傳熱對反應(yīng)過程的影響丹克來爾(Damh?hler)

梯爾（Thiele）

史爾多維奇20世紀(jì)40年代

（系統(tǒng)化）《化學(xué)過程原理》和《化學(xué)動(dòng)力學(xué)中的擴(kuò)散與傳熱》對學(xué)科形成奠定了基礎(chǔ)霍根（Hougen）

華生（Waston）20世紀(jì)50年代

（學(xué)科確立）學(xué)科第一次國際性的學(xué)術(shù)會(huì)議在歐洲召開，第一次使用了化學(xué)反應(yīng)工程這一術(shù)語丹克沃茨

（Dankwerts)

泰勒（Taylor）

烈文斯彼爾

(Levenspiel)20世紀(jì)60年代

(學(xué)科發(fā)展壯大)石油化工的發(fā)展要求生產(chǎn)的大進(jìn)化，產(chǎn)品的多樣化和深加工促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)果，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短

20世紀(jì)80年代到90年代中期(學(xué)科交叉和新技術(shù)運(yùn)用)計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)普遍應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器的精確控制問題；通過與其它學(xué)科的交叉形成了一系列新的學(xué)科；反應(yīng)與分離過程的結(jié)合出現(xiàn)了多功能反應(yīng)器

20世紀(jì)90年代環(huán)境保護(hù)對化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科提出了新的要求。新的環(huán)境友好、原子經(jīng)濟(jì)的綠色反應(yīng)工藝的出現(xiàn)，對能源開發(fā)和存放利用的貢獻(xiàn)

時(shí)間標(biāo)志性成果代表人物20世紀(jì)30年代（萌芽階段）對擴(kuò)84緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件85緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件86緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件87第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式2.1.1化學(xué)反應(yīng)速度

2.1.2動(dòng)力學(xué)方程2.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立2.2可逆反應(yīng)

2.3自催化反應(yīng)

2.4復(fù)合反應(yīng)

2.5變分子氣相反應(yīng)第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式88建立動(dòng)力學(xué)方程的方法：1、積分法半衰期法2、微分法3、初速度法建立動(dòng)力學(xué)方程的方法：89化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理微觀動(dòng)力學(xué)或本征動(dòng)力學(xué)：排除了一切物理傳遞過程的影響2.1化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程式2.1.1化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理90均相反應(yīng)速率的定義：單位時(shí)間，單位體積混合物中著眼于某一反應(yīng)組分的物質(zhì)的量的變化率。

aA+bB→pP+sS均相反應(yīng)速率的定義：單位時(shí)間，單位體積混合物中著眼于某一反應(yīng)91緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件92（5）轉(zhuǎn)化率？X--針對反應(yīng)物而言

（5）轉(zhuǎn)化率？X--針對反應(yīng)物而言93（1）反應(yīng)速率恒為正值，反應(yīng)物組分速率的“-”（2）不同組分計(jì)算的反應(yīng)速率之間的換算關(guān)系：（3）當(dāng)混合物的體積（即密度）一定時(shí)，對于理想氣體，（*等溫恒容）

，

（1）反應(yīng)速率恒為正值，反應(yīng)物組分速率的“-”，94緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件95反應(yīng)時(shí)間tNH3/molO2/mol0812t1

47t2

02反應(yīng)時(shí)間tNH3O20812t147t202962.1.2動(dòng)力學(xué)方程（化學(xué)反應(yīng)速率方程式）

影響反應(yīng)速率的因素有：組成（濃度）、溫度、壓力、催化劑的種類及性質(zhì)。對于均相反應(yīng)，通常ri=f(T,C)

化學(xué)反應(yīng)速率方程式的形式

aA+bB→pP+sS冪函數(shù)型：2.1.2動(dòng)力學(xué)方程（化學(xué)反應(yīng)速率方程式）971.動(dòng)力學(xué)參數(shù)①級數(shù)-基元反應(yīng)與非基元反應(yīng)對各組分的級數(shù)、，反應(yīng)的總級數(shù)n=+②速率常數(shù)k-與溫度、催化劑有關(guān)量綱-[濃度]1-n[時(shí)間]-1,∴可以根據(jù)量綱判斷反應(yīng)的級數(shù)。如，一級反應(yīng)，量綱為[時(shí)間]-11.動(dòng)力學(xué)參數(shù)98對于氣相反應(yīng)，

kp量綱：[濃度][壓強(qiáng)]-n[時(shí)間]-1kp與k的換算：對于氣相反應(yīng)，99Arrhenius方程：

Arrhenius方程：1002.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立

單一反應(yīng)：用一個(gè)化學(xué)計(jì)量方程即能表達(dá)各反應(yīng)物間量的關(guān)系的反應(yīng)；復(fù)合反應(yīng)：用兩個(gè)或兩個(gè)以上的化學(xué)計(jì)量方程才能表達(dá)各反應(yīng)物間量的關(guān)系的反應(yīng)；不可逆反應(yīng)：反應(yīng)向一個(gè)方向進(jìn)行；可逆反應(yīng)：反應(yīng)同時(shí)向正、逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)，歧化/對峙反應(yīng)。

2.1.3動(dòng)力學(xué)方程的建立單一反應(yīng)：用一個(gè)化學(xué)計(jì)量方程即能101一、建立動(dòng)力學(xué)方程的方法

1、積分法在等溫恒容條件下，

一、建立動(dòng)力學(xué)方程的方法1、積分法102例：有一反應(yīng)，在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉80%，經(jīng)過18min后，轉(zhuǎn)化掉90%，求表達(dá)此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。例：有一反應(yīng)，在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物103解：已知t1=8min時(shí)，x1=80%t2=18min時(shí)，x2=90%設(shè)為零級反應(yīng)，解：已知t1=8min時(shí)，x1=80%104設(shè)為一級反應(yīng)，（0.699≠0.444）設(shè)為一級反應(yīng)，（0.699≠0.44105設(shè)為二級反應(yīng)，設(shè)為二級反應(yīng)，106故此反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)。且故此反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)。且107半衰期法：

半衰期法：1082、微分法單一不可逆反應(yīng)，2、微分法單一不可逆反應(yīng)，109二、最小二乘法適用于可線性化的方程。例如，二、最小二乘法適用于可線性化的方程。例如，110緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件111緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件112緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件113緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件1142.2可逆反應(yīng)一級可逆反應(yīng)：已知：t=0時(shí)，CA=CA0，CR=CR0。動(dòng)力學(xué)方程的積分形式

2.2可逆反應(yīng)一級可逆反應(yīng)：115初速度法①CR0=0下，改變CA0，測定（-rA）0，確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)和k1。

②CA0=0下，改變CR0，測定（-rA）0確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)和k2。

初速度法①CR0=0下，改變CA0，測定（-rA）01162.3自催化反應(yīng)

定義：反應(yīng)的某一產(chǎn)物對反應(yīng)有催化作用。

如：設(shè)對各反應(yīng)組分均為一級。在t=0時(shí)，CA=CA0，CP=CP0和CR0=0動(dòng)力學(xué)方程的積分形式。

2.3自催化反應(yīng)定義：反應(yīng)的某一產(chǎn)物對反應(yīng)有催化作用。117（-rA）C0/2CA0（-rA）C0/2CA01182.4復(fù)合反應(yīng)

平行反應(yīng)：

連串反應(yīng)：

2.4.1表征產(chǎn)物分布的術(shù)語1.收率（得失之比）瞬時(shí)收率φ總收率φP

2.4復(fù)合反應(yīng)平行反應(yīng)：1192.得率XP

得率XP=收率×轉(zhuǎn)化率xA

3.選擇性2.得率XP1202.4.2平行反應(yīng)

等溫恒容下一級平行反應(yīng)的濃度分布：

初值條件為：t=0時(shí)，CA=CAO，CP=0，CS=0

2.4.2平行反應(yīng)等溫恒容下一級平行反應(yīng)的濃度分布：

121圖2.4-1平行反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系圖2.4-1平行反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系122緒論均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)器課件1232.4.3連串反應(yīng)

2.4.3連串反應(yīng)124圖2.4-2連串反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系圖2.4-2連串反應(yīng)組成隨時(shí)間的變化關(guān)系1252.5變分子氣相反應(yīng)

等溫氣相反應(yīng)變分子恒壓——變?nèi)葑兎肿雍闳荨儔?.5.1術(shù)語1.膨脹因子物理意義：

2.5變分子氣相反應(yīng)等溫氣相反應(yīng)1262.膨脹率2.膨脹率127n級反應(yīng)注意：一級反應(yīng)，n級反應(yīng)注意：一級反應(yīng)，1282.5.3等溫等容變壓過程總壓法測定氣相反應(yīng)的速度常數(shù)

2.5.3等溫等容變壓過程總壓法測定氣相反應(yīng)的速度常數(shù)1292.5.2等溫等壓變?nèi)葸^程2.5.2等溫等壓變?nèi)葸^程130第三章均相等溫反應(yīng)器

3.1概述

3.2簡單反應(yīng)器3.2.1間歇反應(yīng)器（BR）3.2.2平推流反應(yīng)器3.2.3全混流反應(yīng)器（CSTR）3.3組合反應(yīng)器3.3.1多個(gè)全混釜串聯(lián)3.3.2平推流反應(yīng)器的串、并聯(lián)

第三章均相等溫反應(yīng)器3.1概述1313.3.3循環(huán)反應(yīng)器

3.3.4半連續(xù)反應(yīng)器（半間歇反應(yīng)器）

3.4反應(yīng)器的選型與操作方式

3.3.3循環(huán)反應(yīng)器1323.1.1反應(yīng)器中的流動(dòng)問題

返混：停留時(shí)間不同的流體質(zhì)點(diǎn)（微元）之間的混合。平推流與全混流

平推流的特點(diǎn)：所有物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中的停留時(shí)間相同，不存在返混，也無流速分布。全混流的特點(diǎn)：返混達(dá)到最大。

3.1.1反應(yīng)器中的流動(dòng)問題1333.1.2生產(chǎn)操作中的常用術(shù)語

1.反應(yīng)時(shí)間與停留時(shí)間反應(yīng)時(shí)間停留時(shí)間停留時(shí)間的分布——平均停留時(shí)間

2.空時(shí)與空速空時(shí)：空速：

3.1.2生產(chǎn)操作中的常用術(shù)語1.反應(yīng)時(shí)間與停留時(shí)間1343.2簡單反應(yīng)器反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程式=動(dòng)力學(xué)方程式+物料衡算式+熱量衡算式+流動(dòng)方程式等溫恒容過程反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程式=動(dòng)力學(xué)方程式+物料衡算式物料衡算通式：

3.2簡單反應(yīng)器反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程式=動(dòng)力學(xué)方程式+物料衡算式1353.2.1間歇反應(yīng)器（BR）

一、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程式恒容時(shí)，

3.2.1間歇反應(yīng)器（BR）136二、設(shè)計(jì)式的應(yīng)用：1.反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算：（1）一級反應(yīng)

等溫恒容下：（2）二級反應(yīng)等溫恒容下：

二、設(shè)計(jì)式的應(yīng)用：1372.反應(yīng)器體積的計(jì)算：實(shí)際的反應(yīng)器體積為：對于沸騰或易發(fā)泡液體物料，對于一般流體

2.反應(yīng)器體積的計(jì)算：

138例3-1某廠用已二酸（A）和已二醇（B）在硫酸催化下進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹脂。反應(yīng)在70℃間歇釜中進(jìn)行。已知（-rA)=kCA2kmol／(L·min)，k=1.97L／(kmol·min)，CA0=0.004kmol／L

，求⑴xA=0.5、xA=0.6、xA=0.8、xA=0.9所需反應(yīng)時(shí)間⑵若每天處理2400kg已二酸，轉(zhuǎn)化率為80%，每天操作的非生產(chǎn)時(shí)間為1h，計(jì)算反應(yīng)器體積為多少？設(shè)裝料系數(shù)為0.75。例3-1某廠用已二酸（A）和已二醇（B）在硫酸催化下進(jìn)行縮1393.2.2平推流反應(yīng)器一、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程簡化：（1）⊿t任?。?）⊿V取dV

（3）積累量=0更一般的通式：

3.2.2平推流反應(yīng)器更一般的通式：140恒容時(shí)，二、設(shè)計(jì)方程的應(yīng)用1.解析法：以一級反應(yīng)為例