第1章应用化学反应动力学及反应器设计基础精读.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 二、 反应器设计的基本方程 the kinetic equation the mass balance equation the energy balance equation the momentum balance equation 基础关系式 计算反应体积 计算温度变化 计算压力变化 衡算“三要素” 组分 时间 空间 物料衡算方程。针对任一反应单元，在任一时间段内： 某组分累积量=某组分流入量－某组分流出量－某组分反应消耗量 反应消耗 累积 流入 流出 反应单元 反应器 反应单元 流入量 流出量 反应量 累积量 间歇式 整个反应器 0 0 √ √ 平推流(稳态) 微元长度 √ √ √ 0 全混釜(稳态) 整个反应器 √ √ √ 0 非稳态 √ √ √ √ 带入的热焓=带出的热焓+反应热+热量的累积+传给环境的热量 反应热 累积 带入 带出 反应单元 反应器 反应单元 带入量 带出量 反应热 累积量 间歇式 整个反应器 0 0 √ √ 平推流(稳态) 微元长度 √ √ √ 0 全混釜(稳态) 整个反应器 √ √ √ 0 非稳态 √ √ √ √ 传给环境 能量衡算方程：针对任一反应单元，在任一时间段内 动量衡算方程（流体力学方程） 气相流动反应器的压降大时，需要考虑压降对反应的影响，需进行动量衡算。 * * * * * * * * * * 化学计量学(Chemometrics) 是一门化学与统计学、数学、计算机科学交叉所产生的新兴的化学学科分支。它运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法，优化化学量测过程，并从化学量测数据中最大限度地提取有用的化学信息。 它与基于量子化学的计算化学(Computational Chemistry)的不同之点在于化学计量学是以化学量测量为其基点，实质上是化学量测的基础理论与方法学［2］。 化学计量学为化学量测提供理论和方法，为各类波谱及化学量测数据的解析，为化学化工过程的机理研究和优化提供新途径，它涵盖了化学量测的全过程，包括采样理论与方法、试验设计与化学化工过程优化控制、化学信号处理、分析信号的校正与分辨、化学模式识别、化学过程和化学量测过程的计算机模拟、化学定量构效关系、化学数据库、人工智能与化学专家系统等，是一门内涵相当丰富的化学学科分支。 * * * * * * * * * * * * * * * * 其中微分式的阿累尼乌斯公式与化学热力学中的Van’t Hoff方程极为相似，这不是偶然的。 Van’t Hoff方程描述可逆反应化学反应平衡常数与温度的关系： Van’t Hoff 方程 Arrhenius公式 对于可逆反应 两边对温度求导数， 上式左端代入Arrhenius公式，右端代入Van’t Hoff公式，则可以得到正、逆反应活化能与化学反应热效应的关系式 或: 即可逆反应的逆反应活化能与正反应活化能之差等于反应的热效应。 由阿累尼乌斯方程式可总结出温度与反应速率常之间有如下关系。 第一、反应速率对反应温度的变化极为敏感，温度提高则反应速率显著加快。在一定温度范围内，温度每升高10℃，反应速率约增大2～4倍。 第二、根据式， 之间系呈线性关系，这是实验上测定活化能及频率因子的理论依据。 第三、活化能越高，反应速率常数越小，化学反应就越缓慢。一般化学反应的活化能约为4×104～4×105J/mol，多数在6×104～2.4×105J/mol之间，小于此范围的化学反应，往往快到不易测定，大于此范围的化学反应极为缓慢，一般必须通过添加催化剂，降低反应的活化能才能获得有实践意义的反应速率。 第四、关于反应速率随温度变化的灵敏性，有两个结论：第一、温度越低，则灵敏性越高；第二，活化能越高，灵敏性越高。关于这一结论，说明如下。 三、反应速率常数影响的异常现象（1） lnk 1/T 传质作用影响： 表观活化能随温度升高而降低 三、反应速率常数影响的异常现象（2） 生产硝酸过程： 4NH3 + 5O2 ＝ 4NO + 6H2O 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO 温度升高后，“反应速率常数k1”下降？ 反应机理影响： 三、反应速率常数影响的异常现象 2NO + O2 = 2NO2 2NO = (NO)2　　　 (NO)2 + O2 = 2NO2 很快 控制步骤 平衡近似法： 催化剂性能发生变化 三、反应速率常数影响的异常现象（3） 2SO2 + O2 =