化学反应工程第二章均相反应动力学基础.ppt

2.3.2 平行反应 平行反应有如下特征： ⑴动力学效应： 当主、副反应级数相同,有 , 从动力学上看，要想改变产物的分布，可以通过调整 之值。 ⑵温度效应：当主反应的活化能大于副反应的活化能，即 ，提高温度有利于提高目的产物的收率；反之 ，则降低温度有利于提高目的产物的收率。 2.3.2 平行反应 ⑶浓度效应：当反应级数不同时， ，提高物料中 有利于目的产物的生产；反之当 ，降低物料中 有利于目的产物的生产。 2.3.3 连串反应 许多水解反应、卤化反应、氧化反应都属于连串反应，例如乙醇在Cu-Cr催化剂上氧化生成乙醛，乙醛可继续反应生成副产物CO2，对乙醇和乙醛来讲是一级不可逆反应： 将上式写为： 三个组分的速率方程为: 2.3.3 连串反应 设开始时的组分浓度为 ， ，则组分A的浓度随时间的变换关系可从式（2-52）求得： 由式（2-53）、（2-54）、（2-55）可求得： 2.3.3 连串反应 将式（2-56）、（2-57）（2-58）标绘在坐标图上如下： 图2-5 连串反应的浓度分布图 2.3.3 连串反应 由图2-5可得如下几个连串反应的特征： ⑴反应物A的浓度随时间进行呈指数规律下降；S的浓度随反应时间连续上升；中间产物P随时间先上升，达到最大值后下降。 ⑵如果P为目的产物有最大值，此最大值对应的温度可由式（2-56）求极值得到对应的温度： （2-59） 2.3.3 连串反应 可见连串反应时产物最大浓度所对应的温度与k2、k1有关，将式（2-59）代入式（2-56）得最大浓度为： （2-60） 可见，对于P为目的产物的连串反应，提高k1/k2可以提高其收率。 Thank you * * * * * 2.2.1 等温恒容过程 当反应进行而体积不变时称恒容过程。 例如下列反应： A P (2-13) 反应动力学方程式为： （2-20） 等温恒容下该反应速率的定义式为式（2-9）： 式（2-9）和（2-20）联立得： （2-21） 2.2.1 等温恒容过程 式中t为反应时间，经过分离变量并积分得： （2-22） 对于一级反应n=1，上式化简为： （2-23） 恒容下有： （2-24） 故式（2-23）可变换为： (2-25) 2.2.1 等温恒容过程 表2-3 等温恒容下简单反应的速率方程及积分式 2.2.1 等温恒容过程 从表2-3可得到一些定性的结论： ⑴积分公式的左边是 ，右边是关于反应物的初始组成和要求的最终转化率的函数。 ⑵一级反应所需的反应时间仅与转化率有关，而与初始浓度无关。由方程 知道，若以 为函数，以t为自变量做图，得到的是直线，则为一级反应，其斜率即为kA。 2.2.1 等温恒容过程 ⑶二级反应，达到一定转化率的时间与初始浓度有关，初始浓度高则时间短。 ⑷对n级反应， （2-26） 2.2.1 等温恒容过程 例2-4： 蔗糖在稀水溶液中按下式水解，生成葡萄糖和果糖： C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖（A） 水（B） 葡萄糖（R） 果糖（S） 当水极大过量时，遵循一级反应动力学，即 ，反应温度为48℃时， 。催化剂HCl的浓度为0.01mol/L。 2.2.1 等温恒容过程 当蔗糖的初始浓度为①0.01mol/L；②0.5mol/L时，试计算： ⑴反应20min后两种溶