1均相反应动力学1(ppt,课件)

CA0
CA
xA

nAO nA nAO

反应掉的 A的物质的量 反应开始时 A的物质的量

CA0 CA CA0
ln( CA0 ) ln( 1 ) kt
CA
1 xA
若将ln(CA0/CA) 或 ln[1/(1-XA)]对 t 作图，可 得一条通过原点斜率为k的 直线。若将同一反应温度下 的实验数据加以标绘，如果 拟合，表明反应级数正确。 如果是曲线，需要重新假设 反应级数
间的关系式。
aA bB pP sS
(rA ) kccAcB
等温恒容不可逆反应的速率方程及其积分式
反应式
速率方程
速率方程积分式
A→P（零级）
A→P（一级）
2 A P（二级） A B P(cA0 cB0 )
dcA k dt
dcA dt
k cA
dcA dt
化学反应工程
主讲：余卫芳 Chemical Reaction Engineering
化学反应速率的定义：
单位时间，单位体积内物料（反应物或产物）数 量（摩尔数）的变化。
(rA )

1 V
dnA dt
（单位时A间的）消（耗单量位体
积）
化学反应动力学方程：
定量描述反应速率与影响因素（浓度、温度等）之
C C A0
n A
0t
达20%时， CA 0.8CA0
式中M为常数
k 300

M
1 12.6
k 340

M

1 3.2
ln k340 ln M / 3.2 E ( 1 1 )
k 300
M /12.6 8.314 300 340
E=29.06（kJ/mol）
在一均相恒温反应中，当反应物的初始浓 度为0.04mol/L和0.08mol/L时，在34min内 单体均消失20%。求动力学方程表达式。
为了表征由于反应物系体积变化给反应速 率带来的影响，引入两个参数，膨胀因子 和膨胀率。
膨胀因子
反应式 aA bB rR sS
计量方程
II AA BB RR SS 0
定义膨胀因子
A

I
A
即关键组份A的膨胀因子等于反应计量系数的 代数和除以A组分计量系数的相反数。
解题思路： (1)正确判断反应级数
由题意：单体的初始浓度为 0.04mol/L和0.08mol/L，在34min 内单体均消失20%，说明反应时间仅 与转化率有关，与初始浓度无关，故 此反应为一级反应。 (2) 选用一级反应的积分结果公式解 题，求出反应速率常数。 (3) 完整表达动力学方程式。
反应速率常数，k
k cA2
k t c A0 c A c A0 x A
kt

ln
c A0 cA


ln

1
1 x
A

kt 1 cA
1 c A0
1 c A0

1
x
A
x
A

A
B

P(c A0

cB0（) 二级）
dcA dt
k cAcB
kt

cB0
-
微分法
（1）在等温条件下实验，得到反应器中不同 时间反应物浓度的数据。 （2）将实验所得的浓度-时间数据作图，绘 出光滑曲线。 （3）用测量各点斜率的方法进行数值或图解 微分，得到不同时刻的反应速率数据。 （4）将不可逆反应速率方程线性化，将实验 数据在特定坐标系作图，求得反应速率常数 和级数。
反应A → B为n级不可逆反应。已知在300K 时要使A的转化率达到20%需12.6分钟，而 在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟， 求该反应的活化能E。
：
rA
dCA dt
kCAn
分离变量积分
1 1 1
n

1

C
n1 A

C n1 A0


kt
CA dCA tdt
1
c A0
ln
cB c A0 c AcB0


cB0
1 c A0
ln
1 1

xB xA

A P(n级)
dcA dt
k cAn
kt

n
1
1
(c1An
c1A0n )

1
c
n1 A0
[(1
x A )1n
1]
建立动力学方程的方法
动力学方程式的建立：
实验反应器
间歇 连续
实验数据
反应速率常数 反应级数
（1）在等温条件下实验，测定各时刻浓度，得到组 分浓度和时间的关系ci=f(t)，通过数据回归，确定反 应级数和这个温度下的速率常数；
（2）改变温度，确定速率常数与温度的关系。
1、积分法
N
根据反应 机理
推测
动力学 方程形式
运算
C-t关系 并作图
线性关 系否？
Y
1）根据对反应的初步分析，先推测一个动力学方 正确的动
程的形式（幂函数型）；
力学方程
2）假设反应级数，对动力学模型方程进行积分，
得到在某一特定坐标系上表征该动力学方程的浓度
与时间的关系的直线（f(ci)=kt） 3）将实验中得到的ti下的ci数据代f(ci)函数中，得 到各ti下的f(ci) 。 4）以时间t为横坐标， f(ci) 为纵坐标绘图，如果
2A B 3C
A


2
1 2
3

0
膨胀因子是由反应式决定的，一旦反应式 确定，膨胀因子就是一个定值，与其它因 素一概无关。
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
变容反应过程
理想置换反应器是一种连续流动反应器， 可以用于液相反应，也可以用于气相反应 。用于气相反应时，有些反应，反应前后 摩尔数不同，在系统压力不变的情况下， 反应会引起系统物流体积发生变化。物流 体积的改变必然带来反应物浓度的变化， 从而引起反应速率的变化。
膨胀因子和膨胀率
得到过原点的直线，则表明所假设的动力学方程是
正确的，其直线的斜率为反应速率常数k。
举例：不可逆反应 AP
反应条件：等温恒容系统
假设一级反应 分离变量积分
(rA
)


dC A dt kCA源自 CA dCA k
t
dt
C C A0
A
0
ln( CA ) ln( CA0 ) kt
(rA ) kCACB
[时间] -1 [浓度] (1-n)
N ：反应总级数
1.反应A + B → C，已知 k 0.15s 1 , 则反应级数n=_______
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
2.反应3A → P，已知 k 0.15mol / l s ，则反应级数
n=_______