反应工程 李绍芬.ppt

复习 2．反应动力学基础 2.1 反应速率 2.2 反应速率方程 什么是速率方程（动力学方程）？ r = f（C，T） 影响因素：温度、浓度、压力、溶剂及催化剂，此外还有传质、传热等 ? 速率方程形式： 幂函数型 双曲型 基元反应与非基元反应 一次碰撞完成，生成产物 基元 非基元 比如 速率常数 温度对反应速率的影响 2.2.2单一反应动力学方程的建立 积分法 k的因此分析 k的含义？ 因此分析 2.2.3可逆反应 复杂可逆反应 2.2.4 均相催化反应 2.2.5自催化反应： 自催化反应特性 复习 1. 反应速率 2. 反应速率方程 3. 速率常数k 4. 温度对k的影响 5.反应速率方程的建立 不可逆反应 可逆反应 6. 催化反应 2.2.4 复合反应 复合反应：一个反应体系需要两个或两个以上的计量方程 描述的反应称为复合反应。 平行反应 串联反应 术语 1平行反应 一种反应物按不同途径反应，生成不同的反应物。根据反应种类可分为若干种组合。 一级不可逆平行反应中各组分的浓度分布 非1级平行反应 2. 串联反应 2.6.2吸附与脱附 低温下，物理吸附占主导 化学吸附在高温下进行，高温下物理吸附非常微弱，化学吸附占优势，所以化学吸附对催化反应有贡献。 化学吸附是多相催化反应的重要特征 至少有一种反应物进行化学吸附是催化反应的必要条件 2．理想吸附(化学吸附) 解离吸附 ３. 真实吸附 连续稳态过程 特点：有一最大反应速率 cM0/2 -rA cA 如何求解最大反应速率 A P S k1 k2 A P S k1 k2 （1）收率：生成目的产物P与消耗掉的着眼反应物A的物质的量之比。 瞬时收率 总收率 （2）得率：生成目的产物P与着眼反应物A起始的物质的量之比。 （3）选择性：生成目的产物P与副产物S的物质的量之比。 瞬时选择性 总选择性 (4) 一、 1级不可逆平行反应 A P S k1 k2 （主反应） （副反应） （1） （2） （3） 初始条件：t=0，cA=cA0，cP=cP0，cS=cS0 对式（3）积分得 （4） （5） （6） 式（4）分别代入式（1）和（2）积分得 （3） 得率 总选择性 瞬时选择性 收率 与简单的一级不可逆反应变化趋势相同。 反应物浓度随反应时间单调减小； 产物浓度随反应时间单调增大。 A P S k1 k2 （主反应） （副反应） （1） （2） （3） a1 a2，cA大有利于P生成 a1= a2，cA与选择性无关 a1a2，cA小有利于P生成 （4） 瞬时选择性 主反应为二级不可逆反应，副反应为一级不可逆反应 A P S 初始条件：t=0，cA=cA0，cP0=cS0=0 对式（3）积分得 k1 k2 （主反应） （副反应） （1） （2） （3） （5） 产物的收率可利用瞬间收率求取。 （4） （9） 瞬时选择性 A P S 初始条件：t=0，cA=cA0，cP0=cS0=0 对式（1）积分得 k1 k2 （主反应） （副反应） （2） （3） （1） （4） （5） 式（4）代入式（2）得 一阶微分方程， 解此方程得 一级不可逆串联反应 （6） （7） 由 得 平行反应 串联反应 最佳反应时间 最大收率 存在最佳反应时间和最佳转化率 主反应越快，收率越高 2.6 多相催化与吸附 （1）主催化剂： 起催化作用的根本性物质，多为金属和金属氧化物。 （2）助催化剂： 具有提高主催化剂活性、选择性、改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。 （3）载体： 用来增大表面积，提高耐热性和机械强度。主催化剂和助催化剂均匀分布在载体上。 常见载体有： 高比表面积：活性炭、硅胶、 Al2O3、粘土 中比表面积：氧化镁、硅藻土、石棉 低比表面积：刚钻石、碳化硅、耐火砖 1．物理吸附和化学吸附 大，40～100KJ/mol 小，8～25KJ/mol 吸附热 明显 几乎没有 选择性 慢，随T提高而加快 快，随T提高而下降，很快达到平衡 速率 单层吸附 多层吸附 吸附情况 高 低 温度条件 化学键 分子引力 因力 化学吸附 物理吸附 影响因素 理想吸附模型(朗格谬尔/Langmuir模型)的基本假定 (1) 吸附剂表面能量均匀=各吸附位能量相同 (2) 被吸附分子间的作用力可略去不