06-第三章化工生产过程分析与组织-2.ppt

第二章化工生产过程分析与组织 第二节 化工生产过程热力学分析 增加反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动。 第三节 化工生产过程动力学分析 第三节 化工生产过程动力学分析 第三节 化工生产过程动力学分析 第三节 化工生产过程动力学分析 第三节 化工生产过程动力学分析 第三节 化工生产过程动力学分析 第三节 化工生产过程动力学分析 P ↑ 第四节 化工生产过程影响因素分析 作业： Add your company slogan LOGO 核心 化学 反应 △G；Kp 化学 热力学 可能性 E；k 化学 动力学 可行性 顺利实现 化工 生产 化工生产过程分析 热力学分析的任务: 判别化学反应能否进行和进行的方向。 2、反应限度： 通过化学反应过程热效应的计算确定适宜的反应条件。 通过化学平衡的原理和平衡常数的计算确定化学反应过程进行的最大限度。 1、反应方向： 3、反应热： 反应方向： 热力学分析——反应方向 热力学分析的依据:热力学第二定率 判据：吉布斯函数（吉布斯自由能） △rGm0 △rGm0 △rGm=0 化学反应自发进行 化学反应达到平衡状态 化学反应不能自发进行 （逆向自发进行） 热力学分析——反应限度 bB+dD gG+rR 对于理想气体在恒温恒压下反应： 当反应达到平衡状态时： Pi-组分i的分压 Po=101.3kPa Kp为化学反应平衡常数，其值越大，说明反应达到平衡时，体系中产物的量越大，原料的量越少。 热力学分析——反应限度 反应难易程度： 当△rGm0时，Kp值很大； 且△rGm越小， Kp值越大，反应越容易自发进行 当△rGm0时， Kp值很小； 且△rGm越大， Kp值越小，反应越难自发进行 反之， 用途：在对某一生产工艺分析中，可据此判断主、副反应的难易程度，从而确定适宜的工艺条件。 产物的平衡浓度c产物* 反应物的平衡转化率X* ——极限浓度 ——极限转化率 热力学分析——反应限度 反应限度 当△rGm0时，Kp值很大； 且Kp值越大，反应进行的限度越大。 当△rGm0时， Kp值很小； 且Kp值越小，反应进行的限度越小。 反之， ——化学平衡 同理， 定 性 定 量 温度对化学平衡的影响 根据恒压方程式： 若△H＞0，即吸热反应， 则 ＞0 说明Kp 值随T的升高而增大； 热力学分析——化学平衡及平衡移动 若△H ＜ 0，即放热反应， 则 ＜ 0 说明Kp 值随T的升高而减小； 热力学分析——化学平衡及平衡移动 压力对化学平衡的影响 yi-i组分的摩尔分率 当△n＜0时， 当△n＞0时， 当△n=0时， bB+dD gG+rR △n=g+r-(b+d) Ky与压力无关 P↑，Ky ↑（平衡向生成物的方向移动） P↑，Ky ↓ （平衡向反应物的方向移动） 例： N2＋3H2 2NH3 △n＝-2 ∴对于△n＜0 （分子数减少的反应），增加体系总P，将有利于平衡向生成物的方向移动。 Kp与P无关，P↑，Ky ↑（ ) ↑ ↓ ↓ 热力学分析——化学平衡及平衡移动 例： C2H5OH C2H4＋H2O △n＝1 ∴对于△n ＞ 0 （分子数 增大的反应），增加体系总P，将有利于平衡向反应物的方向移动。 Kp与P无关，P↑，Ky ↓ （ ) ↑ ↓ ↓ 热力学分析——化学平衡及平衡移动 bB+dD gG+rR 增加生成物浓度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。 热力学分析——化学平衡及平衡移动 反应物浓度对化学平衡的影响 化学反应速率： 单位时间内某一种反应物或生成物浓度的改变量 bB+dD gG+rR 化学反应速率方程 基元反应 非基元反应 动力学分析的任务: 化学反应达到限度所需要的时间 阿伦尼乌斯经验公式 （1）温度T对反应速率r的影响 近似的认为，温度每上升10℃，反应速率大约要变为原来的2～4倍。 （范特霍夫规则） 一般地，温度升高，反应速率增大。且，高温对活化能高的反应有利，低温对活化能低的反应有利。 （阿伦尼乌斯经验公式： ） r T r T r T r T r T ① ② ③ ④ ⑤ 常见的5类反应的反应速率随温度的变化情况。 （2）催化剂对反应速率r的影响 未加cat 加入cat A D D C A B ③ ① ② E非催化 E催化=E1+E2+E3 △E E非催化 E催化 － ＝ 催化剂能改变反应路径，降低反应的活化能，加快反应速度。 E↓，k↑, r↑ 例： 2HI H2+I2 经测定： E非催化=184.23kJ/mol E催化=104.68kJ/mol △ E＝E非催化－E催化 ＝79.55kJ/mol 设T=573K， 根据阿伦 尼乌斯方程： 加入催化剂后，反应速率明显提高！ （3）反应体系中各物质的浓度C对反应速率r的影响 反