反应温度.ppt

第1章 应用化学反应动力学及反应器设计基础 三 连续系统中常用的两个重要概念 1)空间速度(空速)：单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量，以VSP表示。 液空速：反应混合物是液体，以25℃液体体积流量计算出的空速 湿空速：反应混合物中含有水蒸气，把水蒸气的体积流量也计算在内得到的空速 干空速：反应混合物中含有水蒸气，不把水蒸气的体积流量计算在内得到的空速 质量空速：按单位质量催化剂计算得到的空速，以WSP表示 对于连续系统，反应物A的转化率可以用下式定义： 若反应机理在某温度范围内不变，则对Arrhenius公式两边求对数 从图中可以看出，a）当转化率不变时，存在着最佳反应温度b）转化率增加时，最佳温度及最佳温度下的反应速率都降低。 原因：转化率增加时，反应物不断减少，产物随之增加，逆反应的作用愈加明显，f2(y)/ f1(y)逐渐增大，从而加强了平衡常数对反应速率的限制作用。也就是说，由于转化率的增加，反应速率增加量减少， 下降得更快，当反应速率的增加量为零时，温度T更低。转化率高时， f2(y)/ f1(y)值较大， 值较小，而反应速率常数值又由于最佳温度较低而较小，因此，高转化率时最佳温度下的反应速率低于低转化率时最佳温度下的反应速率。 最佳温度曲线的求解，根据： 二 温度对平行和连串反应速率的影响 下边以基本的平行反应和连串反应为例分析温度对主、副反应的影响。 一 平行反应 (主) (副) 反应条件：等T、等容、间歇反应器、反应物A2大量过剩，两反应均可视作表观一级不可逆反应。 则反应物A1的消耗速率 若初始反应状态为：t＝0时，C1=C10, C2=C20, C3=C4=0 则 A3的收率 选择性 与瞬时选择性相等 讨论：上述平行反应的主产物收率只是温度的函数。 若E1E2,则T↑，S3↑,且Y3↑。若E1E2,则T↑，S3↓。若E1＝E2,T对S无影响。选择合适的催化剂，可提高主反应速率常数，降低副反应速率常数。 二 连串反应 均为不可逆一级反应： 讨论：①若A4为目的产物，A4的生成量应尽可能大，A3的生成量应尽量减少。 T↑,k1、k2均↑，r4↑，r3的变化与k1、k2相对大小有关。 ②若A3为目的产物， 初始条件：C10, C20, C30=C40=0, A2大量过量，恒容反应。 则： 令 令 温度T对收率的影响体现为对 的影响。 但低温下反应速率慢，使生产能力下降。 物料衡算方程 1.4 化学反应速率及动力学方程 反应速率的浓度效应通常采用三种经验式 幂函数型 双曲线型 级数型 常用于均以及非理想吸附的气固催化反应 常用于理想吸附的气固催化反应 常用于对反应特征了解甚少时采用 1.4 化学反应速率及动力学方程 设液相可逆反应： 其动力学方程为： 对于气相反应: 式中各参数均由实验确定。 正反应速率式中组 分A及B的反应级数 逆反应速率式中组 分L及M的反应级数 1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度 对于单反应，k和绝对温度T之间的 关系可用阿累尼乌斯经验方程表示： 式中： k0 指前因子，其单位与反应速率常数相同 Ec 化学反应的活化能，J/mol，一般在4×104－4×105J/mol Rg 摩尔气体常数，8.314J/(mol.K) (1)反应速率常数与温度的关系 k的单位 可见，k的单位与反应速率的表示方式有关，还与反应组分浓度的表示方式有关。 反应组分的浓度可分别采用物质的量浓度、分压和摩尔分率表示 1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度 1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度 均相反应常采用以反应体积为基准表示反应速率，此时称为体积反应速率常数kv；对于气固相催化反应或流－固相非催化反应，常以反应表面或反应物质量为基准表示反应速率，相应的称为表面反应速率常数kS和质量反应速率常数kw,三者的关系如下 1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度 1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应