56第6章 化学反应动力学及反应器PPT课件

对于反应物A，反应级数为a，对反应物B，
反应级数为b，总反应级数为a b
对于非基元反应，反应级数与化学计量系数无关。
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基元反应
nA k1 P
rA
kC
n A
反应级数与反应的计量 系数相等
可逆反应
k1
A
P
k2
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平行反应
A k1 P A k2 Q 连串反应
生成目的产物的为主反 应 生成副产物的为副反应
• 化学反应动力学－－研究化学反应本身 速率规律－－反应速率与温度浓度之间 的关系。
• 化学反应动力学分为均相反应动力学与 非均相反应动力学，根据复习指南，本 考试只涉及均相动力学。
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6.2 化学反应过程的基本术语定义
反应级数
对于基元反应 aAbB k pP sS
恒容条件下
rA
dCA dt
kCAaCBb
对
A k1P A k2S
瞬时选择 SP＝ 性单 单位 位时 时间 间生 生成 成PS的 的 的 的产 产 摩 摩物 物 尔 尔＝ 量 量ddCCps
dt dt
总选择S0性 ＝生 生成 成的 产P产 S物 的 的物 全 全部 部摩 摩尔 ＝ 尔C 量 C量 sp
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膨胀因子
对反应 aA bB pP sS
A k1 P k2 S 空速
通常 P为目的产物
SV v0 V
反应器进口体积流量与 反应器体 积之比，表示反应器的 生产能力。
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空时
＝ V 1
v0 SV 转化率
物料在反应器进口条件 下通过反 应器所需时间，与空速 互为倒数
某一反应物的转化量 x 该反应物的起始量
仅对反应物而言，不同 反应物可能有不同值 若有多个反应物，通常 以关键组份计
A
A y A0 A
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循环比 循环物料的量
离开反应器的量
通常为体积或质量比
反应速率的温度效应
E
k k0e RT
k反应速率常数， k0指前因子
E活化能，决定反应速率对温度的 敏感程度
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12
40 100
60 61,38
苯 氯苯
单程转化 该 某率 反 一＝ 应 反物 应的 物总 的 110进 转 0060料 化 13量 量 9%
单程转化率
单程转化率＝ 某一反应物的转化量 该反应物的总进料量
仅对循环反应器而言
总转化率＝ 某一反应物的转化量 该反应物的新鲜进料量
若无循环，二者相等
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收率 针对多个产物中的 个某 而一 言 Y＝生成某该一反产应物物 关所键消 反组耗 应份 的的 物 关 起键 始组 量份 的量
选择性
S＝反反应应物物生实成际目消的耗产 耗的 摩 物 的全 尔 消 摩部 量尔量
总转化该 某 率反 一 ＝应 反物 应的 物新 的 11鲜 转 00 00进 66化 01料 9量 7.5量 %
1
选择性S＝反反 应应 物物 生实 成际 目 耗消 摩 的耗 尔 产 摩的 量 物 尔 1全 消 的 0308部 6量 197.44%
收率Y＝生成该 某反 一应 关 产物 键 物 反组 所 的 应关 份 消 起 物键 耗 始组 的 的 量份 量 103086095.00%
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CA
C A0
1 x A 1 A x A
nt nt0 1 A x A
n A n A0 1 x A
设反应物总量为 1mol
A
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6.3 均相化学反应动力学
化学反应速率表达
rA
1 V
dnA dt
A为反应物
若反应体积为常数
rA
dnA
dt
V
dCA dt
用转化率表示 CA CA01 xA
C A C A0 1 xA
dxA
dt
k
C
n A
1 0
1
xA
n
亦可用分压表示
PA RTC A
dPA dt
k
RT n1
PAn
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均相变容反应
• 反应体系中，物料密度变化不大，可以 认为反应体积不变，为恒容反应，如液 －液相反应。
• 对气相反应，反应前后总摩尔数变化而 压力不变，反应体积将发生变化，为变 容反应。
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对反应
aA bB pP sS
A组份的膨胀因子
A
p
s
a
a
b
膨胀率 A y A0 A
或者 A
V V xA 1
xA 0
V xA 0
二者意义相同
1 V
dn A dt
V0 1
1
y A0
A
x
A
d
n
A0
1
dt
x
A
C A0 1 x A dx A
1 A xA dt
CA
C A0 1 x A
A组份的膨胀因子
＝
A
p
s
a
a
b
A组份反应1摩尔时，引起的总摩尔数的变化
由化学反应式决定
总摩尔数 nt n0 AnA0 xA
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膨胀率
＝
A
V
x
A
1
V
xA
V
0
x
A
0
不仅与反应式有关，而
V V0 1 A x A nt nt0 1 A x A
且与该组份
在体系中的初始浓度有 关
＝
A
nt0 n A0
6 化学反应动力学
• 6.1 概述 • 6.2 化学反应过程的基本术语定义 • 6.3 均相化学反应动力学 • 6.4 理想反应器 • 6.5 理想反应器的特殊操作
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总体概述
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6.1 概述
1 AxA
rA
k
C
n A
k
C A0 1
1
xA AxA
n
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例
气相反应 A 2 P 反应开始时只有 A ，求膨胀率 A
由计量式
A 211
yA0 1
A y A0 A 1 1 1
或者
A
VxA 1 VxA 0 VxA 0
21 1 1
气相反应 A 2 P 反应开始时有 50 % A ，
• 定义正逆反应速率常数的比值为平衡常
数
K＝ k1
k2
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平衡常数与温度的关系
对反a应 A rR sS
G0rG R 0sG S0aG A 0RT lnK
50 % 惰性物，求膨胀率
A
由计量式
A 2 1 1 y A0 0.5
A y A0 A 0.5 1 0.5
或者
A
VxA 1 VxA 0 VxA 0
32 2
0.5
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复杂反应动力学 可逆反应
• 基本性质
A
k1
P
k2
• 由正逆两个反应组成，反应达到平衡时，
正逆反应速率相等
rA
CA0
dxA dt
CA可以用分压表示 PA RTCA
rA
1 RT
dPA dt
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简单级数反应
化学反应速率表达
rA
1 V
dnA dt
A为反应物
简单级数反应反应速率 与浓度关系
rA
k
C
n A
二者结合：
1 V
dnA dt
k
C
n A
若反应体积为常数
d nA
dt
V
dC A dt
k
C
n A
用转化Байду номын сангаас表示