第12章反应动力学的解析方法.ppt

第十二章 反应动力学的解析方法;第一节 动力学实验及实验数据的解析方法 第二节 间歇反应器的解析 间歇反应器实验及其数据解析方法 第三节 连续反应器的解析 连续反应器实验及其数据解析方法;第一节 反应速率的一般解析方法;一、动力学实验的一般步骤;一般步骤： 保持温度和pH等反应条件不变，找出反应速率与反应物浓度的关系； 保持温度不变，研究pH等其它反应条件对反应速率的影响，确定反应速率常数与温度以外的反应条件的关系； 保持温度以外的反应条件不变，测定不同温度下的反应速率常数，确定反应速率常数与温度的关系，在此基础上求出（表观）活化能。; (1)直接测量关键组分的浓度 (2)测定反应混合物或反应系统的物理化学性质 获取的第一手数据： (1)不同反应时间关键组分的浓度（间歇反应器） (2)不同反应条件下反应器出口处的关键组分的浓度（连续反应器）;（一）间歇反应动力学实验及其数据的解析方法 积分法: 判断实验数据与某积分形式的速率方程是否一致 微分法: 根据试验数据求出不同浓度时的反应速率（作图法或计算法），之后根据反应速率与反应物浓度的关系，确定反应速率方程。 ;（二）连续反应动力学实验及其数据的解析方法 ? 1．管式反应器;特点：动力学数据的解析比较容易。转化率的大小没有限制，因此对分析的要求也不太苛刻。 应用：污水处理特性以及污水处理新技术、新工艺的研究。 ;A的输入量＝A的输出量＋A的反应量＋A的积累量? qnA0＝qnA＋(－rA)ΔV＋dnA/dt;本节思考题;一、间歇反应器的基本方程 二、间歇反应器的动力学实验方法 三、实验数据的积分解析法 四、实验数据的微分解析法;一、间歇反应器的基本方程 ;二、间歇反应器的动力学实验方法 ;三、实验数据的积分解析法 ;首先假设一个反应速率方程，求出它的积分式； 利用间歇反应器测定不同时间的关键组分的浓度（或转化率）； 计算出不同反应时间的F(cA)或G(xA)； 以F(cA)或G(xA)对时间作图。;【例题12.2.1】污染物A在某间歇反应器中发生分解反应，于不同时间测得反应器中A的浓度如下表所示。试分别利用积分法和微分法求出A的反应速率方程表达式。 ;假设反应为零级反应－rA=k,，即dcA/dt=－k，cA=－kt+cA0。 根据表中数据做cA-t的曲线。;根据表中数据做lncA-t的曲线;;四、实验数据的微分解析法;①把cA对时间作图，并描出圆滑的曲线;【例题12.2.1】 污染物A在某间歇反应器中发生分解反应，于不同时间测得反应器中A的浓度如下表所示。试分别利用积分法和微分法求出A的反应速率方程表达式。 ;微分法解析法;以－rA对cA作图;②让反应在A大量过剩的情况下进行，在反应过程中A的浓度变化微小，可以忽略不计，则反应速率方程可改写为： (12.2.15) ;(1) 在环境工程研究中，进行液相反应速率方程的实验测定时，常采用间歇反应器，为什么？ (2) 简述利用间歇反应器进行动力学实验的一般步骤。 (3) 试用流程图表达间歇动力学实验数据的积分解析法。 (4) 试用流程图表达间歇动力学实验数据的微分解析法。 (5) 如何利用半衰期确定反应级数？;一、槽式连续反应器 二、平推流反应器;一、槽式连续反应器;－rAV＝ qnA0xA;（二）槽式连续反应器的动力学实验方法;【例题12.3.1】 使用一槽式连续反应器测定液相反应A → R的反应速率方程，保持原料中A的浓度为100 mmol /L不变，改变进口体积流量qV ，测得不同qV时的反应器出口A的浓度如表所示，试求出A的反应速率方程。 ;解：根据槽式连续反应器的基本方程： －rAV＝qV0cA0－qVcA 得到不同cA对应的－rA值如下表所示： ;二、平推流反应器;（一）平推流反应器的基本方程 ;基本方程的不同表达形式;恒容反应的基本方程;（二）积分反应器实验法;实验数据的积分解析法：（类似于间歇反应器的积分法）;例如：对于一级反应，在等温恒容条件下;实验数据的微分解析法：（类似于间歇反应器的微分法）：;【例题12.3.2】在直径为1 cm长为3 m的管式反应器内进行乙酸的水解反应，在温度为298.15K时，测得不同原料供应速率时的出口处的转化率如下表所示。已知反应原料中的乙酸浓度为2.0×10-4 mol/cm3，反应液的密度为1.0g/cm3保持不变。 ①试证明该反应为一级反应 ②求出该反应在298.15K时的反应速率常数;解：由于反应器的长径比很大，可以认为为推流式反应器，又因为反应混合液的密度保持不变，可以认为是恒容反应。 ;由该曲线求出xA＝0.20，0.40，0.