反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五隔離(擴(kuò)散控制)分離(不同介質(zhì)間的遷移)環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理轉(zhuǎn)化(化學(xué)、生物反應(yīng))第III篇反應(yīng)工程原理環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五污染物處理工程的核心：利用隔離、分離、轉(zhuǎn)化等技術(shù)原理，通過工程手段，實(shí)現(xiàn)污染物的高效、快速去除。隔離/分離/轉(zhuǎn)化方式的優(yōu)選與組合污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)操作方式和操作條件的優(yōu)化介質(zhì)的混合狀態(tài)和流體流態(tài)的優(yōu)化遷移（物質(zhì)、能量）和反應(yīng)速率的強(qiáng)化例子：如何實(shí)現(xiàn)水中氨氮的高效、快速去除？如何實(shí)現(xiàn)？第III篇反應(yīng)工程原理第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

利用化學(xué)和生物反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化成為無毒無害或易于分離的物質(zhì)，從而使污染介質(zhì)得到凈化的技術(shù)，即轉(zhuǎn)化技術(shù)是去除污染物和凈化環(huán)境的重要手段。沉淀反應(yīng)：水中重金屬的沉淀分離氧化反應(yīng)：還原性無機(jī)污染物和有機(jī)污染物氧化分解生物降解：反應(yīng)常用于有機(jī)廢水、揮發(fā)性有機(jī)廢氣、惡臭氣體和有機(jī)固體廢棄物的處理生物硝化反硝化：水中硝酸氮的生物去除第III篇反應(yīng)工程原理第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

將化學(xué)和生物反應(yīng)原理應(yīng)用于污染控制工程，需要借助適宜的裝置，即反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)掌握反應(yīng)器的基本類型及其操作原理和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，對于優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式、操作方式和工藝條件，提高污染物去除效率有重要意義。第III篇反應(yīng)工程原理

本篇主要闡述化學(xué)與生物反應(yīng)的計(jì)量學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其研究方法，環(huán)境工程中常用的各類化學(xué)和生物反應(yīng)器及其基本設(shè)計(jì)計(jì)算方法等。第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五相同的環(huán)境條件（溫度、壓力）相同的反應(yīng)器體積同一反應(yīng)相同的反應(yīng)物料組成和濃度反應(yīng)結(jié)果（反應(yīng)速率、反應(yīng)進(jìn)度）是否相同？不同的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不同的操作方式影響反應(yīng)結(jié)果（反應(yīng)速率、反應(yīng)進(jìn)度）的主要因素第III篇反應(yīng)工程原理利用“轉(zhuǎn)化原理”高效、快速去除污染物的關(guān)鍵是什么？番茄炒蛋第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五反應(yīng)本身特性：反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器的特性：質(zhì)量傳遞、混合狀態(tài)等反應(yīng)工程的主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：從工程應(yīng)用的角度闡明反應(yīng)速率與各項(xiàng)物理因素（溫度、濃度、壓力、催化劑）之間的關(guān)系。反應(yīng)器：在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，論述反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作的優(yōu)化等問題。影響反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率的主要因素是什么？第III篇反應(yīng)工程原理第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五研究對象：工程應(yīng)用中的反應(yīng)過程研究目的：工程應(yīng)用中反應(yīng)過程的優(yōu)化優(yōu)化對象：反應(yīng)器的型式、結(jié)構(gòu)、操作方式、工藝條件等目標(biāo)函數(shù)：反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率、能量消耗、設(shè)備費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用等。第III篇反應(yīng)工程原理反應(yīng)工程的主要研究內(nèi)容第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第十一章

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第十二章

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的解析方法第十三章

均相化學(xué)反應(yīng)器第十四章

非均相化學(xué)反應(yīng)器第十五章

微生物反應(yīng)器第III篇反應(yīng)工程原理本篇的主要內(nèi)容第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第十一章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第十一章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

第一節(jié)反應(yīng)器和反應(yīng)操作反應(yīng)器的主要類型與特點(diǎn)、常見的反應(yīng)器操作方式及其特點(diǎn)第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系反應(yīng)組分(參與反應(yīng)的各物質(zhì))間的定量關(guān)系第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)條件之間的關(guān)系本章主要內(nèi)容第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作一、反應(yīng)操作二、反應(yīng)器三、反應(yīng)器的操作方式四、反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng)與混合狀態(tài)五、反應(yīng)器的類型六、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)七、反應(yīng)器的放大本節(jié)的主要內(nèi)容第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作一、反應(yīng)操作利用化學(xué)或生物反應(yīng)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)或污染物處理時(shí)，需要通過反應(yīng)條件等的控制，使反應(yīng)向有利的方向進(jìn)行。為達(dá)到這種目的而采取的一系列工程措施通稱為反應(yīng)操作(operationofreaction)。二、反應(yīng)器反應(yīng)器(reactor)：進(jìn)行化學(xué)或生物反應(yīng)的容器的總稱?；瘜W(xué)反應(yīng)器(chemicalreactor)生物反應(yīng)器(bioreactor/biologicalreactor)反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的外部條件，同一反應(yīng)在具有不同特性的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，也會產(chǎn)生不同的反應(yīng)結(jié)果。第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五反應(yīng)器研究開發(fā)的主要目的：選擇合適的反應(yīng)器型式；反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算（確定反應(yīng)器的尺寸）；確定操作方式和優(yōu)化操作條件；反應(yīng)器性能的評價(jià)。反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的流動(dòng)狀態(tài)、混合狀態(tài)、濃度與溫度分布、質(zhì)量和能量傳遞性能等反應(yīng)器的特性及其決定因素反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式、操作方式、操作條件等第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五三、反應(yīng)器的操作方式

間歇操作（分批操作）(batchoperation)

充/排式操作(fillanddrawoperation)

連續(xù)操作(continuousoperation)

半間歇操作(semi-batchoperation)

半連續(xù)操作(semi-continuousoperation)第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（一）間歇操作（分批操作）

將反應(yīng)原料一次加入反應(yīng)器，反應(yīng)一段時(shí)間或達(dá)到一定的反應(yīng)程度后一次取出全部的反應(yīng)物料，然后進(jìn)入下一輪操作。濃度cA物質(zhì)的量nA體積V第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作八寶粥、中草藥熬制、啤酒釀造間歇操作的典型例子第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五操作特點(diǎn)：反應(yīng)過程中既沒有物料的輸入，也沒有物料的輸出，不存在物料的進(jìn)與出?；咎卣鳎洪g歇反應(yīng)過程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的過程，反應(yīng)器內(nèi)組成隨時(shí)間變化而變化。反應(yīng)時(shí)間濃度完全混合流反應(yīng)器反應(yīng)物反應(yīng)產(chǎn)物主要優(yōu)點(diǎn)：操作靈活，設(shè)備費(fèi)低，適用于小批量生產(chǎn)或小規(guī)模廢水的處理。主要缺點(diǎn)：設(shè)備利用率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，每批的操作條件不易相同，不便自動(dòng)控制。間歇操作的主要特點(diǎn)

第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五充/排式操作(fillanddraw)應(yīng)用：微生物的培養(yǎng)、馴化；污水處理特性的研究操作：將廢水或培養(yǎng)液一次加入反應(yīng)器(培養(yǎng)器)，同時(shí)添加微生物菌種。培養(yǎng)一定時(shí)間后，取出部分培養(yǎng)液，并加入新鮮的廢水或培養(yǎng)液，進(jìn)入下一批培養(yǎng)，如此反復(fù)。第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作進(jìn)水工序反應(yīng)工序沉淀工序排水工序靜置工序污水處理水空氣充/排式操作的應(yīng)用序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor，簡稱SBR)

生活中的例子？中國式泡茶第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五連續(xù)地將原料輸入反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物也連續(xù)地流出反應(yīng)器（二）連續(xù)操作處理水污水曝氣池二沉池回流污泥剩余污泥初沉池連續(xù)操作的應(yīng)用（污水的活性污泥處理系統(tǒng)）第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作反應(yīng)量-rAV濃度cA體積VA的流入量A的流出量第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五操作特點(diǎn)∶物料連續(xù)輸入，產(chǎn)物連續(xù)輸出，時(shí)刻伴隨著物料的流動(dòng)?；咎卣鳌眠B續(xù)反應(yīng)過程是一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，反應(yīng)器內(nèi)各處的組成不隨時(shí)間變化。（反應(yīng)組分、濃度可能隨位置變化而變化。）主要優(yōu)點(diǎn)∶便于自動(dòng)化，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，反應(yīng)程度與產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。規(guī)模大或要求嚴(yán)格控制反應(yīng)條件的場合，多采用連續(xù)操作。主要缺點(diǎn)∶靈活性小，設(shè)備投資高。連續(xù)操作的主要特點(diǎn)第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五操作：原料與產(chǎn)物中的一種或一種以上為連續(xù)輸入或輸出，而其它成分分批加入或取出的操作稱為半間歇操作或半連續(xù)操作。（三）半間歇操作/半連續(xù)操作主要特點(diǎn)：半間歇操作具有間歇操作和連續(xù)操作的某些特點(diǎn)。反應(yīng)器內(nèi)的組成隨時(shí)間變化而變化。反應(yīng)量-rAV濃度cA，cB體積VA的流入量應(yīng)用：生物反應(yīng)器的分批補(bǔ)料操作(fed–batchoperation)，又稱“補(bǔ)料分批操作”，俗稱“流加操作”第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五

簡稱反應(yīng)時(shí)間，主要用于間歇反應(yīng)器，指達(dá)到一定反應(yīng)程度所需的時(shí)間。

亦稱接觸時(shí)間，指連續(xù)操作中一物料“微元”從反應(yīng)器入口到出口經(jīng)歷的實(shí)際時(shí)間。平均停留時(shí)間：在實(shí)際的反應(yīng)器中，各物料“微元”的停留時(shí)間不盡相同，存在一個(gè)分布，即停留時(shí)間分布。各“微元”的停留時(shí)間的平均稱平均停留時(shí)間。①反應(yīng)持續(xù)時(shí)間(reactiontime)：（四）有關(guān)反應(yīng)器操作的幾個(gè)工程概念②停留時(shí)間(retentiontime)：第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五③空間時(shí)間（空時(shí)、空塔接觸時(shí)間）(spacetime)反應(yīng)器有效體積(V)與物料體積流量(qv)之比值。空間時(shí)間

(11.1.1)注意：具有時(shí)間的單位，但不是反應(yīng)時(shí)間也不是接觸時(shí)間可視為處理與反應(yīng)器體積相同的物料所需要的時(shí)間。

τ＝30s表示了什么？

每30s處理與反應(yīng)器有效體積相等的流體 第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五④空間速度（空速）(spacevelocity)單位反應(yīng)器有效體積所能處理的物料的體積流量?？臻g速度注意：單位為時(shí)間的倒數(shù)。表示單位時(shí)間內(nèi)能處理幾倍于反應(yīng)器體積的物料，反映了一個(gè)反應(yīng)器的強(qiáng)度。（SV＝2h-1表示1h處理2倍于反應(yīng)器體積的流體。）空速越大，反應(yīng)器的負(fù)荷越大。第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作(11.1.2)第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五四、反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的流動(dòng)與混合狀態(tài)

在實(shí)際的反應(yīng)器中，一般存在濃度、溫度和流速的分布，從而可能造成不同的“流團(tuán)”間有不同的停留時(shí)間、組分、濃度和反應(yīng)速率。(例子：同時(shí)進(jìn)場以班為單位順序出場；跳球抽號機(jī))返混(backmixing)：處于不同停留時(shí)間的“流團(tuán)”間的混合稱返混?；旌虾笮纬傻男隆傲鲌F(tuán)”的組分和濃度與原來的“流團(tuán)”不同，反應(yīng)速率亦可能隨之發(fā)生變化，這將影響整個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)特性。第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五完全混合流（亦稱全混流、理想混合）(completemixing)：反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)器后，能瞬間達(dá)到完全混合，反應(yīng)器內(nèi)的濃度、溫度等處處相同。全混流可以認(rèn)為返混為無限大。(例子？)（平）推流（亦稱活塞流、擠出流）(plug/pistonflow)：反應(yīng)物以相同的流速和一致的方向移動(dòng)，即反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)齊頭并進(jìn)。在徑向充分混合，但不存在軸向混合，即返混為零。例子？)理想流動(dòng)狀態(tài)：全混流和推流是兩種極端的流動(dòng)狀態(tài)，通稱為理想流。介于全混流和推流之間的流態(tài)為非理想流態(tài)。第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作爆炒中國菜擠牙膏第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五五、反應(yīng)器的類型（一）按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)分類：釜（槽）式(tank)反應(yīng)器、管式(tubular)反應(yīng)器、塔式(column/tower)反應(yīng)器、固定床(fixedbedreactor)、膨脹床(expandedbedreactor)、流化床(fluidizedbedreactor)等。（二）按反應(yīng)物的聚集狀態(tài)分類：均相反應(yīng)器、非均相反應(yīng)器（如氣-液反應(yīng)器等）（三）按反應(yīng)操作分類：間歇反應(yīng)器（分批反應(yīng)器）、連續(xù)反應(yīng)器和半連續(xù)反應(yīng)器以及恒溫反應(yīng)器、非恒溫反應(yīng)器等。（四）按流態(tài)分類：理想流反應(yīng)器和非理想流反應(yīng)器。完全混合流（全混流）反應(yīng)器和推流反應(yīng)器。第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五六、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)選擇合適的反應(yīng)器型式；確定最佳的操作條件；計(jì)算達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)所需要的反應(yīng)體積，確定反應(yīng)器的主要尺寸。反應(yīng)器設(shè)計(jì)用到的基本方程：

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程、物料/能量/動(dòng)量衡算式七、反應(yīng)器的放大從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際規(guī)模應(yīng)用：逐級經(jīng)驗(yàn)放大、數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作(1)快速去除污染物的關(guān)鍵是什么？(2)反應(yīng)器的一般特性主要指哪幾個(gè)方面？(3)反應(yīng)器研究開發(fā)的主要任務(wù)是什么？(4)什么是間歇操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作？它們一般各有哪些主要特點(diǎn)？(5)什么是空間時(shí)間和空間速度？它們所表達(dá)的物理意義分別是什么？本節(jié)思考題第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作(6)一般情況下，反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)狀態(tài)會對反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生影響，為什么？(7)根據(jù)反應(yīng)物料的流動(dòng)與混合狀態(tài)，反應(yīng)器可分為哪些類型。(8)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括哪幾個(gè)方面？它通常用到哪幾類基本方程？本節(jié)思考題第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五一、反應(yīng)式與計(jì)量方程二、反應(yīng)的分類三、反應(yīng)進(jìn)度與轉(zhuǎn)化率第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系本節(jié)的主要內(nèi)容第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五反應(yīng)物(reactants)：反應(yīng)的出發(fā)物質(zhì)產(chǎn)物(products)：反應(yīng)中產(chǎn)生的物質(zhì)反應(yīng)組分(reactionmixture)：參與反應(yīng)的物質(zhì)的總稱反應(yīng)式：描述反應(yīng)物經(jīng)過反應(yīng)生成產(chǎn)物(products)的過程的關(guān)系式注意：反應(yīng)式表示反應(yīng)歷程，并非方程式，不能按方程式的運(yùn)算規(guī)則將等式一側(cè)的項(xiàng)移到另一側(cè)。一、反應(yīng)式與計(jì)量方程第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五計(jì)量方程(stoichiometricequation)：描述各反應(yīng)物、生成物在反應(yīng)過程中的量的關(guān)系的方程。αAA+αBB=αPP+αQQ(-αA)A+(-αB)B+αPP+αQQ=0方程中A、B、P和Q的物理意義是什么？表示各組分的摩爾質(zhì)量。第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五等分子反應(yīng)：計(jì)量方程中計(jì)量系數(shù)的代數(shù)和等于零非等分子反應(yīng)：計(jì)量系數(shù)的代數(shù)和非為零（可正、可負(fù)）膨脹因子：每消耗1mol的某反應(yīng)物所引起的反應(yīng)系統(tǒng)總物質(zhì)的量的變化量(δ)稱為該反應(yīng)物的膨脹因子?！暗确肿臃磻?yīng)”與“非等分子反應(yīng)”第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系(11.2.4)(11.2.5)第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五【例題11.2.1】丙烷在870K附近時(shí)的熱分解反應(yīng)的計(jì)量方程為：試計(jì)算1摩爾的丙烷分解后反應(yīng)體系的總摩爾數(shù)將增加多少？解：丙烷的膨脹系數(shù)為：故每分解1mol的丙烷反應(yīng)體系的總物質(zhì)的量將增加0.968mol。第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（一）根據(jù)獨(dú)立的計(jì)量方程的個(gè)數(shù)分類：簡單反應(yīng)（單一反應(yīng)）(singlereaction)

包括可逆反應(yīng)(reversiblereaction)

復(fù)雜反應(yīng)（復(fù)合反應(yīng)）(multiplereaction)

平行反應(yīng)(parallelreaction)、串聯(lián)反應(yīng)(consecutivereaction)

平行-串聯(lián)反應(yīng)(consecutive-parallelreaction)等。

掌握各反應(yīng)的特征二、反應(yīng)的分類第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（二）根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)物的相態(tài)及其數(shù)量分類：均相反應(yīng)非均相反應(yīng)

均相內(nèi)反應(yīng)(如反應(yīng)只發(fā)生在液相的氣液相反應(yīng))

界面反應(yīng)(反應(yīng)只發(fā)生在相界面上的反應(yīng)：如固相催化反應(yīng))第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五三、反應(yīng)進(jìn)度與轉(zhuǎn)化率反應(yīng)過程中系統(tǒng)內(nèi)各物理量的變化不發(fā)生變化的物理量：反應(yīng)組分的總質(zhì)量可能發(fā)生變化的物理量：總物質(zhì)的量體積（不變時(shí)稱恒容反應(yīng)）壓力（不變時(shí)稱恒壓反應(yīng)）溫度（不變時(shí)稱恒溫反應(yīng)）第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（一）反應(yīng)進(jìn)度αAA+αBB=αPP+αQQ(nA0－nA)≠(nB0－nB)≠(nP

－nP0)≠(nQ-nQ0)αi：反應(yīng)組分i的計(jì)量系數(shù)反應(yīng)進(jìn)度ξ定義為：在沒有特別說明的情況下指左側(cè)的定義式第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系(11.2.17)第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五間歇反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率的定義:xA=(nA0－nA)/nA0=1－nA/nA0

在環(huán)境工程中，污染物的轉(zhuǎn)化率稱去除率(removalefficiency，fractionalremoval)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)進(jìn)度的關(guān)系：

xA=ξ(－αA/nA0)

（二）轉(zhuǎn)化率(conversion，fractionalconversion)連續(xù)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率的定義：xA=(qnA0－qnA)/qnA0=1－qnA/qnA0式中qnA0和qnA分別為流入和排出反應(yīng)器的A組分的量。

第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系(11.2.20)(11.2.21)(11.2.23)第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)化率的應(yīng)用：關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率→其它任一反應(yīng)組分在反應(yīng)體系中的量的計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)濃度如何求轉(zhuǎn)化率：關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率(xA)反應(yīng)組分（反應(yīng)前后）任一反應(yīng)物的量的計(jì)算第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)化率與質(zhì)量分?jǐn)?shù)(xm)的關(guān)系（反應(yīng)前后總質(zhì)量不變）轉(zhuǎn)化率與摩爾分?jǐn)?shù)(z)的關(guān)系（反應(yīng)前后摩爾總數(shù)可能變化）（表11.2.1）

轉(zhuǎn)化率與濃度的關(guān)系（適用于恒容體系）

(表11.2.2）

xmA=xmA0(1－xA)

cA=cA0(1－xA)(11.2.28)xA=(xmA0－xmA)/xmA0

xA=(cA0－cA)/cA0

非恒容體系？第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五【例題11.2.2】一間歇反應(yīng)器中含有10.0mol的反應(yīng)原料A，反應(yīng)結(jié)束后，A的剩余量為1.0mol。若反應(yīng)按2A+B→P的反應(yīng)式進(jìn)行，且反應(yīng)開始時(shí)A和B的物質(zhì)的量比為5:3。試分別計(jì)算A和B轉(zhuǎn)化率。根據(jù)反應(yīng)式，故故A和B的轉(zhuǎn)化率分別為90%和75%。解：第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五(1)什么是膨脹因子？膨脹因子為1的反應(yīng)體系，反應(yīng)后系統(tǒng)的物質(zhì)的量將如何變化？若是膨脹因子為0.5的反應(yīng)體系，則如何變化？(2)什么是簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)？可逆反應(yīng)屬于哪一類反應(yīng)？為什么？(3)什么是均相內(nèi)反應(yīng)和界面反應(yīng)？本節(jié)思考題第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五(4)對于連續(xù)反應(yīng)器，某一關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率的一般定義是什么？(5)對于實(shí)際規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)器，影響某一關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率的主要因素是什么？本節(jié)思考題第二節(jié)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五一、反應(yīng)速率的定義及表示方法二、反應(yīng)速率方程三、均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

本節(jié)的主要內(nèi)容第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五一、反應(yīng)速率的定義及表示方法

（一）一般定義單位時(shí)間單位體積反應(yīng)層中某組分的反應(yīng)量或生成量。第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

(11.3.1)第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（二）氣-固相反應(yīng)的反應(yīng)速率表示方法以固體催化劑的質(zhì)量(m)、表面積(S)、顆粒體積(Vp)為基準(zhǔn)的反應(yīng)速率(－rA)V=(－rAm)m=(－rAs)S=(－rAVp)Vpm、S、Vp第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

(11.3.2)第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五【例題11.3.1】某氣固相催化反應(yīng)在一定溫度和濃度條件原料A的反應(yīng)速率為。已知催化劑填充層的填充密度為，填充層空隙率。試分別計(jì)算以反應(yīng)層體積和催化劑顆粒體積為基準(zhǔn)的A的反應(yīng)速率-rA和-rAVp.

解：又式中V空隙為填充層空隙的體積故：因?yàn)椋旱谌?jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（三）氣-液相反應(yīng)的反應(yīng)速率表示方法以液相界面積(S)、液相體積為基準(zhǔn)的反應(yīng)速率S、VL(－rA)V=(－rAS)S=(－rAVL)VL第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

VLVGV=VL+

VG第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五(四)反應(yīng)速率與反應(yīng)程度和轉(zhuǎn)化率的關(guān)系

1．反應(yīng)速率與反應(yīng)進(jìn)度的關(guān)系

反應(yīng)的反應(yīng)速率

各組分的反應(yīng)速率不盡相同同一組分的反應(yīng)速率與計(jì)量方程的書寫形式無關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)速率隨計(jì)量方程的書寫形式變化而變化注意：（計(jì)量方程的反應(yīng)速率）單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)進(jìn)行的“次數(shù)”第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

－rA/αA=－rB/αB=rP/αP=rQ/αQ=r

第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五【例題11.3.2】在一定條件下，二氧化硫氧化反應(yīng)在計(jì)量式為(1)時(shí)的反應(yīng)速率r＝6.36kmol/(m3·h)，試計(jì)算SO2、O2和SO3的反應(yīng)速率。若反應(yīng)計(jì)量式改寫成計(jì)量式(2)的形式，試求出所對應(yīng)的反應(yīng)速率r′。2SO2＋O2＝2SO3

(1)SO2＋1/2O2＝SO3 (2)r′＝2r第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五2．反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系

對于恒容反應(yīng)，dV/dt=0

－rA＝－dcA/dt

4．反應(yīng)速率與半衰期

xA＝(nA0－nA)/nA0,故dnA＝－nA0dxA3．反應(yīng)速率與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系

注意：xA的式前沒有負(fù)號第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

(11.3.19)第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五二、反應(yīng)速率方程（一）反應(yīng)速率方程與反應(yīng)級數(shù)r＝k(T)f(cA，cB，cP)r＝k(T)g(xA，xB) －rA＝kcAacBb

注意點(diǎn)反應(yīng)級數(shù)不能獨(dú)立地預(yù)示反應(yīng)速率的大小，只表明反應(yīng)速率對濃度變化的敏感程度。反應(yīng)級數(shù)是由實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)值，只有基元反應(yīng)時(shí)，才與計(jì)量系數(shù)相等。反應(yīng)級數(shù)可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)和負(fù)數(shù)。但在一般情況下反應(yīng)級數(shù)為正值且小于3。反應(yīng)級數(shù)會隨實(shí)驗(yàn)條件的變化而變化。第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

(11.3.23a)第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（二）反應(yīng)速率常數(shù)（比反應(yīng)速率，specificreactionrate）

對于化學(xué)反應(yīng)：

k的大小與溫度和催化劑等有關(guān)

與反應(yīng)物濃度無關(guān)

對于生物化學(xué)和微生物：溫度、酶、基質(zhì)濃度第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

(11.3.30)(11.3.31)第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五k與溫度的關(guān)系1/TlnkEa大Ea小1/Tlnkcd第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

(11.3.31)第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五溫度/K6106206306406503.056.128.2011.525.1【例題11.3.3】氣-固相反應(yīng)A→P的反應(yīng)速率在常壓條件下可表示為A的摩爾分?jǐn)?shù)zA的一次函數(shù)：在不同溫度下測得k的值如下表所示，試求出該反應(yīng)的活化能：解：根據(jù)表中數(shù)據(jù)求出1/T和lnk列表如下：1/T/K-10.001640.001610.001590.001560.00154lnk10.3311.0211.3111.6512.43以1/T-lnk作圖可得一直線：

第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五由直線斜率可得故第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五三、均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)求出濃度、轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化式（反應(yīng)速率方程的積分形式）核心微分形式的速率方程各組分間的計(jì)量及平衡關(guān)系反應(yīng)條件（溫度、壓力、體積）掌握不同類型反應(yīng)的特征第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（一）不可逆單一反應(yīng)1．單組分反應(yīng)

（n≠1）kt＝ln(cA0/cA)=lncA0－lncA

（n＝1）第三節(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)