反应工程公式总结
化学反应工程复习+公式指导
化学反应工程复习总结
一、知识点
1.化学反应工程的研究对象与目的,研究内容。
化学反应工程的优化的技术指标。
2.化学反应动力学
转化率、收率与选择性的概念。
反应速率的温度效应和活化能的意义。
反应速率的浓度效应和级数的意义。
3.理想反应器与典型反应特征
理想反应器的含义。
等温间歇反应器的基本方程。
简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。
可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。
4.理想管式反应器
管式平推流反应器的基本方程
典型反应的计算。
停留时间、空时和空速的概念。
膨胀因子和膨胀率的概念。
5.连续流动釜式反应器
全混流模型的意义。
全混流反应器的基本方程
全混流反应器的计算。
循环反应器的特征与计算方法。
返混的概念、起因、返混造成的后果。
返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。
6.停留时间分布与非理想流动
停留时间分布的意义,停留时间分布的测定方法。
活塞流和全混流停留时间分布表达式,固相反应的计算方法。
多釜串联模型的基本思想,模型参数
微观混合对反应结果的影响。
7.反应器选型与操作方式
简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。
平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。
反应器的操作方式、加料方式。
8.气固催化反应中的传递现象
催化剂外部传递过程分析,极限反应速率与极限传递速率。
Da和外部效率因子的定义及相互关系。流速对外部传递过程的影响。
催化剂内部传递过程分析,Φ和内部效率因子的定义及相互关系。
扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。
一级反应内外效率因子的计算。
内外传递阻力的消除方法。
9.热量传递与反应器热稳定性
化学反应工程-第2章
均相反应动力学基础
2.1 概述 2.2 等温恒容过程 2.3 等温变容过程
2.1 概述
第二章 均相反应动力学基础
均相反应是指在均匀的液相或气相中进行的反应。 均相反应动力学研究各种外界因素对反应速率和反应产物分布 的影响以及它们之间的定量关系。这种数学关系称为速率方程,或 本征(经典、固有、微观)动力学方程。
即:
ln
C Ae
C A0 C Ae C A C Ae
1 k1 1 t K
代入2-20式得:
将实验测得的CA-t数据,按照上式 C
ln
C A0
A
C Ae C Ae
与t作图可以得一条直线,斜率为k1+k2, 又因为k1/k2可知,因此可以求出 k1,k2 值。
2.1 概述
⑴
第二章 均相反应动力学基础
反应速率的量纲 反应速率常数的量纲与反应速率和f(Ci)的量纲有关:
kc ri
f Ci
ri的量纲为M.t-1.L-3。 f(Ci)的量纲取决于反应速率方程。例如,反应速率方程
为:
r kcC C i
a A
b B
浓度Ci的量纲为M.L-3,则浓度函数的量纲为(M.L-3)a+b。
2.1.1 化学反应速率
N 3H 2 NH 化学反应速率是指单位时间、单位物质量的物料数量的变 化量。 物质量:容积、质量或表(界)面积 物料:反应物或产物 对均相反应,物质量取容积,因此,均相反应速率定义为:
化学反应工程
化学反应工程
讲义
郭锋
第一章绪论
1.1化学反应工程学的范畴和任务
概念:化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。既以化学反应作为对象,就必须要掌握这些化学反应的特性;它又以工程问题为其对象,那就必须熟悉装置的特性,并把这两者结合起来形成学科体系。
化学热力学
反应工程对这方面的要求,主要是确定物系的各种物性常数(如热容、反应热、压缩因子)等等。
反应动力学
动力学是专门阐明化学反应速率(包括主反应及副反应)与各项物理因素(如浓度、温度、压力及催化剂等)之间的定量关系的。
催化剂
催化剂的问题一般以为属于化学或工艺的范畴,但实际上牵涉到许多工程上的问题。如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂中活性组份的有效分布、催化剂扩大制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活化和再生等等。
反应过程的分析、反应技术的开发和反应器的设计
化学反应工程学的知识应能用于:
(1)改进和强化现有的反应技术和设备,挖掘潜力,降低消耗,提高效率。
(2)开发新的技术和设备。
(3)指导和解决反应过程开发中的放大问题。
(4)实现反应过程的最优化。
(5)不断发展反应工程学的理论和方法。
1.2 化学反应工程的基本方法
在化学反应工程中,数学模型主要包括下列一些内容:
(1)动力学方程式(2)物科衡算式
(3)热量衡算式(4)动量衡算式
(5)参数计算式
1.3化学反应工程的学科体系和编排
化学反应过程按操作方法可以分:
1.分批(或称间歇)式操作
2.连续式操作
3.半分批(或称半连续)式操作
表1-3-1 反应器的型式与特性
第二章均相反应的动力学基础
化学反应工程知识点复习
sP
rP rS
可见,影响选择性的因素有:
k1 k2
C a1 a2 A
k1 k10 exp E1 E2 k2 k20 RT
第四十页,编辑于星期六:十八点 一分。
当E1>E2时,E1-E2>0,随着温度提 高,exp[-(E1-E2)/RT]增大,k1/k2上升, 从而使Sp提高;反之亦然。因此,增加温 度,有利于活化能高的反应。
选择性:
P P xA
SP
目的产物的生成量 = nP 某一副产物的生成量 nS
nP0 nS 0
第三十页,编辑于星期六:十八点 一分。
瞬时收率:
目的产物的生成速率 P 关键反应物的消耗速率
= rP = dCP
- rA
dC A
瞬时选择性:
目的产物的生成速率 sP 某一副产物的生成速率 = rP = dCP
第十八页,编辑于星期六:十八点 一分。
图2-1
lnk与1/T是直线关系 -E/R为斜率
lnk0为截距
通过实验测出不同温度下的速 率常数k,作图根据截距就可
以求出指前因子k0,再根据直
线的斜率求出活化能E
对给定的反应,反应速率与温度 的关系在低温时比高温时更加敏 感。
第十九页,编辑于星期六:十八点 一分。
①动力学方程的建立
A k1 P A k2 S
分离变量积分得到:
化学反应工程总复习
《化学反应工程》综合复习资料
一、填空题
1.多级混合模型的唯一模型参数为 ,轴向扩散模型的唯一模型参数为 。
2.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速率方程式的两种最主要的方法为
和 。
3.反应级数 (可能/不可能)是0,基元反应的分子数 (可能/不可能)是0。
4.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为 和 。
5.某一级液相反应在间歇式反应器中进行,5min 转化率为50%,则转化率达到80%需时间__ ____min 。
6.某反应的速率方程式为n A A r kC -= mol/(m 3.h),则反应级数n 为2时,k 的单位为 _。
7.某反应的计量方程为A R S →+,则其反应速率表达式 。
8.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指 、 和 ,“一反”是指 。
9.完全混合反应器(全混流反应器)内物料的温度和浓度 ,并且 (大于/小于/等于)反应器出口物料的温度和浓度。
10.在一个完整的气—固相催化反应的七大步骤中,属于本征动力学范畴的三步为 、 和 。 二、选择题
1.对于瞬时收率和总收率,下列正确的说法有 (多项选择)。 A. 对于平推流反应器,反应的瞬时收率与总收率相等;
B. 对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率相等;
C. 对于平推流反应器,反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系;
D. 对于全混流反应器,反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系; 2.某反应速率常数的单位为m 3/(mol.hr),该反应为 级反应。
A. 零级
B. 一级
化学反应工程
1 xB
tf 0
(1
xB
)E(t)dt
将全混流的停留时间分布密度
E(t)
1
( t )
e tm 代入上式,
得
tm
1 xB
tf 0
(1
xB )
1 tm
( t )
e tm dt
1 xB
tf 0
(1
xB )
第四节 颗粒缩小时缩芯模型的整体速率
如果流-固相非催化反应过程中,没有固相生成,也 没有固相惰性残留物,颗粒将不断地缩小,最终全部消失。
A( f ) bB(s) fF( f )
反应如图7-8所示。由于无固相产物层,未反应颗粒外 表面即为反应界面,也不存在流体反应物与产物通过固相 产物层的扩散。因此,此时只要考虑流体滞留膜扩散与外 表面化学反应两个步骤。
反应过程中,颗粒大小不变但物料的质量流量却可能 变化,因此采用体积流量。设半径为Ri的颗粒体积流量为 V(Ri),而Rm为最大颗粒的半径,则
Rm
V V(Ri) Ri 0
如果由前述相应计算算出半径Ri的颗粒所达到的转化率为
XB(Ri),则整个固体物料离开反应器时平均转化率 xB为
1
xB
Rm
[1
2. 气―固相高温焙烧或气化反应
化学反应工程-第2章(23)
e d 2T 2 dT d 2C A 2 dCA ( ) Deff ( 2 ) 2 dR R dR H dR R dR
2 2 d C dC d T dT 2 2 e A A (R 2R ) Deff (R 2R ) 2 2 dR dR H dR dR
DAeff
e d 2 dT d 2 dCA R R dR dR H R dR dR
2
H R 为反应热,放热反应为负,吸热反应为正 式中:
e
为颗粒的有效导热系数,定义为
e
Qe dT dR
进入焓:
dT d (T dR) dR 4 ( R dR)2 e dR 2 dT d T dT d (dR) 2 2 4 [ R 2 RdR (dR) ]( 2 dR )e dR dR dR dR 2 dT d T 2 4 ( R 2 RdR)( 2 dR)e dR dR 2 dT d T dT 2 2 4 ( R R dR 2 R dR)e 2 dR dR dR
注意:上式中 Si为单位床层体积的颗粒内表面积; ε为床层空隙率; ks为以单位颗粒内表面积为基准的 反应速率常数;
R
R+dR
Si k kS 1
V
为以单位颗粒体积为 基准的反应速率常数。
dN A rA kV f (C A ); dVP dN A rA kW f (C A ); dW
全混流反应器计算的基本公式-化学反应工程
时间。
例3-1中,由计算可知, 当转化率为0.5时,t=0.535h, 当转化率为0.9时,t=4.81h, 当转化率为0.99时,t=52.9h。 所以,不能片面追求转化率,导致反应时间 过长,大幅度增加操作费用。
3-4 平推流反应器
一、平推流反应器特点 平推流反应器是指物料的流动状况符合平推流模型,该 反应器称为平推流反应器,常用PFR表示。 平推流模型是一种理想流动模型,所以平推流反应器是 一种理想反应器,实际反应器中物料的流动,只能以不 同的程度接近平推流,不可能完全符合平推流。 平推流反应器具有以下特点:
1. 物料参数(温度、浓度、压力等)沿流动方向连续变化, 不随时间变化;
2. 任一载面上的物料参数相同,反应速率只随轴向变化; 3. 反应物料在反应器内停留时间相同,即反应时间相同; 4. 返混=0
二、平推流反应器计算的基本公式
反应器体积VR 衡算对象:关键组分A
衡算基准:微元体积dVR 在单位时间内对A作物料衡算:
三、间歇反应器中的单反应
设有单一反应A→P
动力学方程为
rA
kC
n A
n=1时,
rA kCA
按式(3-5)残余浓度式
kt ln CA0 CA
或转化率公式:
kt ln(1 xA )
残余浓度式是计算经反应后残余A的浓度,而转化率式 是计算A的利用率,根据工艺要求可以公式(3-5)计 算。间歇反应中反应速率、转化率和残余浓度的计算结 果列于表3-1。
反应物的转化率公式
反应物的转化率公式
转化率公式可以通过下面的方程表示:
转化率(%)=(消失量/初始量)×100
其中,消失量是指反应物在反应过程中消失的量,初始量是指反应开始时的量。转化率通过比较反应物的消失量和初始量来衡量反应的程度。转化率越高,表示反应物转化为产物的程度越高。
转化率是反应速率的重要衡量指标之一、反应速率指的是反应物转化为产物的速度。转化率和反应速率紧密相关,转化率高表明反应速率高,同样转化率低表明反应速率低。因此,转化率公式是应用于反应速率实验中的一个重要工具。
转化率公式的应用还可以扩展到化学工程和工业生产中。在化学工程中,转化率公式被广泛用于计算反应器中反应物的转化程度,以优化反应条件和提高产率。在工业生产中,转化率公式可以用于评估反应的效率和经济性,从而指导工业生产的设计和操作。
转化率公式的应用还可以推广到环境科学中。在环境科学中,转化率公式可用于评估环境中的化学反应程度,例如水污染物的降解反应等。通过衡量反应物的转化率,可以评估环境治理措施的效果和成功程度。
总之,反应物的转化率公式是一个重要的工具,用于衡量反应物转化为产物的程度。转化率公式可以应用于化学反应速率实验、化学工程和工业生产设计、环境科学等领域,为实验和应用提供了一个简单而有效的计算方式。
反应工程复习题摘要
反应工程复习题摘要
第一章绪论.
1 .化学反应工程是一门研究__ _ _ _ _的科学。
2 .化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以__ _作为研究对象,又以_ _ _ _为研究对象的学科体系。
3 . _ _ _是化学反应工程的基础。
4 .化学反应困呈按操作方法分为__ _、__ _、__ _操作。
5 .化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指、、。
6 .不论是设计、放大或控制,都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称。
第二章均相反应动力学
一、填空
1 .均相反应是指。
5 .活化能的大小直接反映了对温度的敏感程度。 P (主)
6 .平行反应A S (副)均为一级不可逆反应,若E E >副主,选择性P S 与无关,仅是的函数。
8 . 一级连串反应 12K K A P S ??
→??→在全混流釜式反应器中,则目的产物P 的最大浓度max p
C =___apv t =____
9 . 一级连串反应 12K K A P S ??
→??→在平推流反应器中,则目的产物P 的最大浓度max p C =___apv t =____
二、选择题
1 .化学反应222222NO H N H O +?+,其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质_。
A.NO
B.H2
C.N2
D.H2O 2 .对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?,反应组分A
的化学反应速率A r -=_。
A .Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r A A =- C. dt dC r A A =- D.dt dC r
化学反应工程复习公式指导
化学反应工程复习公式指导
化学反应工程是化学工程的重要分支之一,主要涉及到反应速率、反
应平衡、反应热力学等方面的问题。在进行化学反应工程的设计和优化时,需要运用一系列的公式,以指导实际操作和解决问题。以下是一些常见的
化学反应工程公式,供复习和参考。
1.反应速率公式
在化学反应中,反应速率是指单位时间内反应物消失或产物生成的量。一般来说,化学反应速率与反应物浓度之间存在一定的关系。根据实验数据,可以通过拟合得到反应速率公式。
常见的反应速率公式有:
-零级反应速率:r=k
-一级反应速率:r=k[A]
-二级反应速率:r=k[A]²
-伴随一级反应速率:r=k[A]·[B]
其中,r为反应速率,k为反应速率常数,[A]和[B]为反应物浓度。
2.反应平衡公式
在反应平衡条件下,反应物和生成物的浓度保持不变。根据反应平衡
常数,可以得到反应平衡公式。
常见的反应平衡公式有:
-简单反应物与生成物的摩尔比例:aA+bB⇌cC+dD
其中,a、b、c、d分别为反应物和生成物的系数,A、B、C、D分别为反应物和生成物的摩尔浓度。
反应物和生成物的关系可以表示为:Kc=[C]ᶜ[D]ᵈ/[A]ᵃ[B]ᵇ
-简单反应物与生成物的分压比例:aA+bB⇌cC+dD
其中,a、b、c、d分别为反应物和生成物的系数,A、B、C、D分别为反应物和生成物的分压。
反应物和生成物的关系可以表示为:
Kp=(Pc/RT)ᶜ(Pd/RT)ᵈ/(Pa/RT)ᵃ(Pb/RT)ᵇ
其中,R为理想气体常量,T为温度,Pa、Pb、Pc、Pd分别为反应物和生成物的分压。
反应工程习题课内容
第一次习题课(1-3)
一、填空:
(1)以浓度c i 、mol 分率y i 和分压p i 表示的反应速率式中,反应速率常数为k c 、k y 及k p ,k c 与k y 的关系
为 ,y c k p RT p α
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛= ; k c 与k p
的关系为 ()p c k RT k α
= (2)R ln ~1/T 直线,有时在高温区发生转折或弯曲,其原因可有是:采用的速率方程不合适,或反应机理发生了变化。
(3)三种方式的的反应速率表达式: "'A b A V A r p r a r == (a w —比外表面积,p b —堆密度)。
二、在间歇式反应器中进行等温二级、一级、0级均相反应,分别求出转化率由0~0.9所需时间与转化率
由0.9~0.99所需时间之比。
解:设转化率由0~0.9所需时间为t A ,转化率由0.9~0.99所需时间t B ,则转化率由0.9~0.99所需的反应时间为(t B -t A ) 对二级反应:
1.0111111111=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫
⎝⎛-=-B B Bo B B Bo A A Ao A B A x x c K x x c K x x c K t t t
对一级反应:
111ln
111ln 111
ln
1=----=-B
B A
A
B A x K x K x K t t t 对零级反应:
10=-=-B Ao B Ao
A
Ao
A B A x K
c x K c x K c t t t
三、在间歇反应器中进行等温二级反应A →B ,反应速率r A =0.01c A 2mol/l.s;
化学工程专业计算方法与公式大全
化学工程专业计算方法与公式大全
化学工程是一门综合性较强的学科,涉及到许多复杂的计算和公式。在化学工程实践中,准确的计算和使用适当的公式是非常重要的。本文将介绍一些常用的化学工程计算方法和公式,以帮助化学工程专业的学生和从业人员更好地理解和应用这些知识。
一、物质的量和摩尔质量计算
1. 物质的量计算公式:
物质的量(mol)= 质量(g)/ 相对分子质量(g/mol)
2. 摩尔质量计算公式:
摩尔质量(g/mol)= 质量(g)/ 物质的量(mol)
二、浓度计算
1. 溶液浓度计算公式:
浓度(mol/L)= 物质的量(mol)/ 溶液体积(L)
2. 质量浓度计算公式:
质量浓度(g/L)= 质量(g)/ 溶液体积(L)
三、气体的状态方程
1. 理想气体状态方程:
PV = nRT
其中,P为气体的压力(Pa),V为气体的体积(m³),n为气体的物质的量(mol),R为气体常数(J/(mol·K)),T为气体的温度(K)。
2. 范德瓦尔斯方程:
(P + a(n/V)²)(V - nb) = nRT
其中,a和b分别为范德瓦尔斯常数,根据不同气体的性质而定。
四、反应速率计算
1. 反应速率计算公式:
反应速率= Δ物质的量/ Δ时间
其中,物质的量可以是物质的摩尔数、质量或体积等。
2. 反应级数计算公式:
反应级数= Δ物质的量B / Δ物质的量A
其中,A和B分别为反应物和生成物。
五、能量计算
1. 热容计算公式:
热容(C)= 热量(Q)/ 温度变化(ΔT)
2. 燃烧热计算公式:
燃烧热(Q)= 质量(m)×燃烧热值
化学公式相关知识点总结
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一、化合物的化学式
化合物的化学式是用元素符号表示化合物组成元素的种类和数量的符号表示法。化学式包
括分子式和离子式两种表示方法。
1. 分子式
分子式是用元素符号表示分子中各种元素的种类和数量的化学式。分子式能够准确地表示
化合物中各种元素的种类和数量。如H2O表示水分子中含有2个氢原子和1个氧原子。
另外,分子式还可以表示分子结构和分子空间构型。
2. 离子式
离子式是用离子符号表示离子化合物中阳离子和阴离子的种类和数量的化学式。离子式能
够准确地表示离子化合物中阳离子和阴离子的种类和数量。如NaCl表示氯化钠中含有1
个钠离子和1个氯离子。另外,离子式还可以表示离子化合物的离子构型和离子空间排列。
二、化学方程式
化学方程式是用化学符号表示化学反应过程中各种化学物质的生成、消失和变化的符号表
示法。化学方程式包括反应物、生成物和反应条件。
1. 反应物
反应物是参与化学反应的物质,包括原子、分子和离子等。反应物在化学方程式中通常位
于反应物符号的左侧。
2. 生成物
生成物是化学反应中生成的物质,包括原子、分子和离子等。生成物在化学方程式中通常
位于生成物符号的右侧。
3. 反应条件
反应条件是影响化学反应进行的因素,包括温度、压力、浓度和催化剂等。反应条件在化
学方程式中通常位于反应条件符号的上方。
化学方程式能够准确地表示化学反应中各种化学物质的生成、消失和变化。化学方程式还
可以表示化学反应的速率、平衡和热力学等性质。
三、化学公式计算
化学公式计算是用数学方法计算化学式的元素比例和化学量的方法。化学公式计算包括化
反应堆工程学复习总结
反应堆工程学复习总结
第一章
1、反应堆的分类:
按用途分:1)实验堆,2)生产堆,3)动力堆
按慢化剂和冷却剂分:轻水堆、重水堆、石墨气冷堆、钠冷快堆等。
2、动力反应堆的类型:水冷堆(包括轻水堆和重水堆)、气冷堆和快中子增殖堆。
3、压水堆:作为冷却剂的水始终保持在整体过冷状态。
压水堆由堆芯、堆内构件、压力容器及控制棒驱动机构等部件组成。
堆芯由核燃料组件、控制棒组件和启动中子源组件等组成。
4、沸水堆:作为冷却剂的水在进入堆芯时是过冷的,流出堆芯的是水与饱和蒸汽的两相混合物。
沸水堆壳体内装有堆芯、堆内支承结构、汽水分离器、蒸汽干燥器和喷射泵等。
5、沸水堆电厂与压水堆电厂的比较:
(1)沸水堆压力容器内直接产生蒸汽,承受的压力只有压水堆的1/2,因此压力容器的厚度可以减小。但沸水堆功率密度较低,且沸水堆压力容器内还放置汽水分离器、干燥器和喷射泵等设备,致使压力容器尺寸增大,这两个影响基本互相抵消。
(2)沸水堆采用直接循环,系统比较简单,回路设备少,且设备所承受的压力较低,易于加工制造。尤其是省去了蒸汽发生器,减少了核电厂事故,使用效率提高,且沸水堆采用喷射泵循环系统,使压力容器开孔的直径减少,电厂失水事故的可能性及严重性降低。
(3)沸水堆堆芯内产生大量蒸汽,调节反应堆功率比较方便。
(4)沸水堆的比功率较小,因此虽然系统简单,但总投资较压水堆略大。
(5)由于沸水堆采用直接循环,给设计、运行、维修都带来不便。
总之,沸水堆和压水堆各有其优缺点,在技术上和经济上不相上下。
6、重水堆:使用天然铀作燃料,利用率高,但卸料燃耗浅,卸料量大,消耗的结构材料及后处理量都增加。重水中子吸收截面小,且慢化性能也比较好,但重水价格昂贵,所以重水堆投资高。
化学反应的速率常数公式解析
化学反应的速率常数公式解析速率常数是描述化学反应速率的重要参数,它可以用来量化反应物在单位时间内转化成产物的程度。在许多化学反应中,速率常数的确定对于了解反应机理、控制反应速率以及优化反应条件都具有重要意义。本文将解析化学反应速率常数公式的含义和计算方法。
一、速率常数的定义
在化学反应过程中,反应物A转化为产物B的速率可以表示为:r = k[A]^m[B]^n,其中,r代表反应速率,k为速率常数,[A]和[B]分别表示反应物A和B的浓度,m和n为反应级数。
速率常数k是一个比例因子,它反映了反应物浓度对于反应速率的影响程度。速率常数越大,反应速率就越快。
二、速率常数的单位
速率常数的单位与反应级数有关。当反应级数为一阶反应时,速率常数k的单位为1/时间(如s^-1);当反应级数为二阶反应时,速率常数k的单位为1/(浓度·时间)(如M^-1·s^-1);当反应级数为零阶反应时,速率常数k的单位为浓度/时间(如M/s)。
三、速率常数的计算方法
1. 一阶反应速率常数的计算
一阶反应的速率常数k可以通过测定反应物浓度随时间变化的实验数据来确定。一阶反应的速率常数公式为:k = -ln(A_t/A_0)/t,其中,
A_0为初始反应物A的浓度,A_t为任意时刻反应物A的浓度,t为反
应时间。
2. 二阶反应速率常数的计算
二阶反应的速率常数k可以通过测定反应物浓度随时间变化的实验
数据来确定。二阶反应的速率常数公式为:k = (1/A_t - 1/A_0)/t,其中,A_0为初始反应物A的浓度,A_t为任意时刻反应物A的浓度,t为反
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������: 指前因子; ������:活化能; ������:气体常数
������又叫比反应速率,指所有反应组分浓度均为1时的反应速率。
方程两边取对数:
������������������ = ������������������ − ������/������������
以������������������对1/������作图可得一直线,直线斜率可以反应活化能������
电化学极化
过电位与电流间的关系通过电化学极化控制下的稳态极化曲线方程(Butler-Volmer方 程)描述。
������������ = ������0[exp
������������������ ������������ ������������
− exp
������������������ − ������������ ������������ ]
根据左图,可逆放热反应反应速率随温度 升高即可能增加也可能减小,图中曲线为 等转化率曲线。当温度较低时,反应速率 随温度上升而增加较快,在到达某一极值 时,速率开始随温度上升而下降。极大值 点叫做最佳温度。
对于不同反应速率下的反应,都有一个极大 值点,即转化率最大。对应的温度为最佳温 度。连接所有等速率曲线的转化率最大点构 成的曲线叫最佳温度曲线。
交换电流密度������0:当电极反应处于平衡时,电极反应的两个方向进行的速度相等,两个反应 方向进行的阳极反应和阴极反应的电流密度绝对值叫做交换电流密度
������
=
������������ ������������������
ln
������������ ������0
⇒
(������ = a + blni)
因此 tafel方程只适用于强极化范围。
《反应工程》学习总结
参考资料: 《反应工程》第二版 李绍芬
主要学习:
1.反应动力学基础 2.吸附与脱附
1.反应动力学基础
化学反应速率:以反应
������������������ + ������������������ → ������������������ 为例:
总之不论是可逆Baidu Nhomakorabea是不可逆反应。反应速率 都是随着转化率增大而降低的。
4.反应速率与转化率的关系
单一反应:������������������ + ������������������ → ������������������
反应速率为:
������������
=
−
1 ������
������������������ ������������
;������������
=
−1
������
������������������ ������������
;������������
=
1 ������
������������������ ������������
当过电位 ������ 很大时, Butler-Volmer方程可以简化为
������������ = ������0 exp
������������������ ������������ ������������
������������ = ������0 exp
������������������ ������������ ������������
又因为
������������
=
������������������,所以对于恒容过程,������������
= − ������������������
������������
该式以浓度对时间的变化率表
示化
学反应速率
2.动力学方程
基元反应的速率方程(幂函数型速率方程):
������:反应速率常数,是温度的函数
反应物转化量与反应产物生成量之间比例符合化学计量关系
因为������������������ : ������������������ : ������������������= ������������ : ������������ : ������������
(-������������)
:
(-������������)
������������ = ������0[exp
������������������ ������������ ������������
− exp
������������������ − ������������ ������������
]
������, ������为阴阳极的反应传递系数,表示电极电位对反应活化能的影响程度
对于非基元反应,取控制步骤(所有反应步骤中最慢的一步)研究反应速率,反应 级数由试验测定。
严格说所有化学反应都是可逆的,可逆反应的反应速率等于正负反应速率之差
������
������
������������ = ������ ෑ ������������������������ − ������ ෑ ������������������������
由阿累尼乌斯方程可知化学反应速率总是随温度升高而加快的(极少数例外),且呈现强烈 的非线性关系,即温度稍有改变,则反应速率的改变甚为剧烈。温度是影响反应速率的最敏 感因素之一。
根据2.2图,曲线为等速曲线,r=0为平衡 曲线,相应的为平衡转化率。随温度升高, 平衡转化率增大。下方为非0等速线,且 r4>r3>r2>r1 可知,温度一定时,反应速 率随着转化率增大而减小。转化率一定时, 反应速率随温度升高而升高。
:
������������=
������������
:
������������
:
������������
(−������������) :
������������
(−������������) :
������������
������������ ������������
=常数
无论按哪一个组分计算的反应速率,相应化学计量系数之比恒为定值
������=1
������=1
������, ������为正负反应的反应速率常数;������������,������������为正逆反应对应������组分的反应级数(实验测定)
3.温度对反应速率的影响
阿累尼乌斯方程(反应速率常数与温度的关系)
������ = ������������������������(−������/������������)