化学反应工程(陈甘棠) 第二章第一节.ppt

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化学反应工程(陈甘棠) 第二章第一节

一、基本概念和术语 4、反应程度和转化率 * 参予反应的各物质均在同一相内进行的化学反应。 如:烃类的高温气相裂解反应,一般的酯化、皂化 反应等 1.均相反应 均相反应: 均相反应动力学: 研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和 压力等对反应速率、反应产物分布的影响,并 确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关 系的速率方程。 2、化学计量方程 几点说明: 产物的计量系数为正,反应物的计量系数为负 计量方程式仅仅表示反应物间的质量变化,与反应历程无关。 为了消除计量系数在数值上的不确定性,规定计量系数里不 含公因子 用一个计量方程表示的反应体系成为单一反应 用多个计量方程表示的反应体系成为复合反应 计量方程的写法统乘以非零因子都成立,即: 3、反应速率 单位时间内单位反应混合物体积中反应物的反应量或产物的生成量(物质的量)。 1)反应速率: 对于封闭系统(反应器无物料进出) 反应物的速率前加“-” 2)反应速率和计量系数的关系 反应 对于恒容反应: 注意:此定义式仅适用于间歇系统、封闭系统。 对于稳态连续流动体系,要由物料衡算确定反应速 率表达式 即:输入速率=输出速率+转化速率+累积速率 例如间歇反应: 1)转化率 反应物k的反应物质的量 与其初态的物质的量 之比,用 表示。 2)反应程度 各组分在反应前后摩尔数变化与其计量系数的比值, 用ξ表示 对任意组分i有: ——已知一组分的转化率求其他组分的转化率 化学反应 当计量方程中计量系数的代数和等于零时,即: 非等分子反应: 如:恒温、恒压下连续的气相均相反应或气-固催化反应 3)膨胀因子 等分子反应: 其他表达方法: 对于非等分子反应定义: 意义:每反应掉1kmol的反应物k所引起反应体系总摩尔数的 变化量 ——由xk和δk求着眼组分k的摩尔数表达式 又根据转化率的定义: 同理:对于任何反应组分i均有 ——由δk计算yk的表达式 ——由δk计算任一yi的表达式 例:合成氨反应: 与 按化学计量比混合,当 时,求 和 ? 分析: 求 已知 是否等分子 计量方程 是 求 否 解: 5、反应速率方程 在溶剂及催化剂和压力一定的情况下,定量描述 反应速率与温度及反应物系的组成的关系式 反应速率方程: 均相反应速率方程 由所假定的反应机理推导而得 基元反应 依据质量作用定律 双曲线型: 幂函数型: 1)反应级数α、β 注意 : 反应级数不能独立的表示反应速率的大小,只是表明反应速率对各组分的浓度的敏感程度,反应级数越大,反应速率对浓度的敏感程度就越大。 称为总反应级数。 各浓度项上方的指数α、β, 反应级数由试验获得,它与反应机理无直接的关系,也不等于各组分的计量系数。只有当化学计量方程与反应实际历程的反应机理相一致时,反应级数与计量系数会相等。 反应级数是由试验获得的经验值,只能在获得其值的试验条件范围内加以应用,反应级数在数值上可以是整数、分数也可以是负数,但总反应级数一般不可能超过3。 2)速率常数 k 所有反应组分的浓度均为1时的反应速率。 与反应速率的表示方式、速率方程的形式、反应物 系组成的表示方法有关。 当反应速率采用kmol/m3s为单位时,则k的因次 为s-1(kmol/m3)[1-(a+b)]。 对于气相反应,反应速率方程表示为:-rA=kpAαpβB k的因次为:s-1kmol.m-3Pa –(a+b) 意义: 因次: 反应速率常数与温度、压力、催化剂及其浓度、溶剂等有关,在催化剂、溶剂等影响因素固定时,k=f(T)。 即: 式中:k0——指前因子或频率因子,反应了反应中分子碰撞 几率大小,与分子热运动有关。

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