第3章速率方程和化学计量学课件.ppt

浙江工业大学化材学院 刘华彦 前章内容回顾 刘华彦 665980) 浙江工业大学化材学院: 化工楼-513 hyliu@ hyliu16@ 通用的摩尔衡算方程 反应器流动特性 (B.R., CSTR, PFR, PBR) 反应动力学：-rA ~ (Ci, T) 化学计量学: Ci~X 用转化率表示的反应器设计方程 第3章速率方程和化学计量学Rate Laws and Stoichiometry 本章主要内容 -rA ~ X 关系 化学反应动力学： -rA ~ T，Ci 化学计量学：Ci ~ X 3.1 基本定义 均相反应(homogeneous reaction) 单相反应，体相反应 非均相反应(heterogeneous reaction) 多相反应，相际界面反应 基本定义 反应速率常数 反应级数 基元反应速率方程和分子性 可逆反应 非基元反应速率方程和反应 动力学或速率方程the Kinetic Expression, the Rate Law (-rA)取决于温度和组成 反应速率常数kA（温度效应） 也称为：比反应速率 (reaction rate constant, specific rate of reaction) 对反应中的某个特定组分 基本上与组分浓度无关 强烈地依赖于温度 反应速率常数kA （温度效应） Arrhenius 方程 活化能E 反映了化学反应的难易程度 E越大，所需反应温度越高 反映了反应速率对温度的敏感程度 E越大，反应速率对温度越敏感 温度越低，温度的影响也越大 Temperature Rise Needed to Double the Rate of Reaction for Activation Energies and Average Temperatures 反应级数（浓度效应） the Reaction Order fn(Cj)最常用的形式 反应级数指化学反应速率方程中浓度的幂指数 组分A：α级 组分B：β级 反应的总级数: n＝α＋β 反应级数（浓度效应） 注意： α、β只表示反应速率对组分浓度的敏感程度 α、β越大，A、B浓度对反应速率的影响越大 不同转化率时，反应速率的递变趋势 反应级数（浓度效应） 反应级数总是由实验观察确定 反应级数不一定为整数 有时反应具有复杂的速率表达式，不能分成单一的温度和浓度函数两部分 比反应速率kA的单位随反应级数的变化而变化 反应级数（浓度效应） kA的单位~反应级数：对应关系 基元反应速率方程和分子性 基元反应(Elementary Reaction) 基元反应速率方程: 每种组分的反应级数与相应组分化学计量系数相同 基元反应: 具有基元反应速率方程的反应 非基元反应(Non-Elementary Reaction) Examples of Rate Laws Examples of Rate Laws Second Order Reactions Homogeneous irreversible non-elementary reaction Examples of Rate Laws 非基元反应速率方程和反应 可逆反应 化学平衡 当处于平衡时，－rA≡0 通用的化学反应 平衡浓度由热力学关系式进行关联 例3-3 可逆反应速率方程的推导 放热反应 A+2B→2D 低温反应是不可逆的 假设在高温时速率方程是有效的，但此时反应为可逆反应 解: 可逆反应的速率方程必须： 满足平衡时的热力学关系 当反应产物中的一个或多个组分的浓度为零时可以还原为不可逆反应的速率方程 根据 假设可逆反应的速率方程形式 满足平衡条件 但当CD＝0时， 原有假设速率方程式错误！！ 假设速率方程 满足热力学关系式 满足CD＝0时可还原成不可逆速率方程形式 3.2 反应器尺寸和设计方法研究现状 已有 －rA＝f(Ci) 如已知 －rA＝g(X) 可应用表3-1中的设计方程确定CSTR、PFR和PBR反应器的尺寸 表3-1 设计方程 3.3 化学计量表 借助于：化学计量表 化学反应中不同组分变化量之间的关系 化学计量表 以A为计算基准通用的化学反应 相对速率 化学计量表 间歇系统 恒体积反应系统 流动系统 反应中的体积变化 间歇系统 t＝0时刻，加入 组分：NA0 /NB0/NC0/ND0/NI0 t时刻：转化率X 消耗A：NA0X 剩余A：NA0(1－X) 间歇体系的化学计量表 膨胀因子δ： 每反应1mol组分A引起体系总摩尔数的增加值 总