反应工程课件 第二章_均相反应的动力学反应基础
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• 化学组分：任意具有确定性质的化合物或元素 • 反应物质：反应器内（或化学反应过程）物料的总
和 • 反应物：参加反应的物质（反应物、产物） • 伴随物：存在于系统，但本身不发生化学变化的物
质。溶剂、稀释剂、惰性物质、催化剂、杂质等 • 反应器、反应容积、反应设备：指在其中实施化学
反应的设备 • 反应体积：指反应器中反应物质所占据的体积 • 反应场所（有效反应体积）：反应器中确实发生化
本章重点和难点
掌握化学反应速率的概念、各种表示方式及其相 互关系，会设计实验-处理数据-建立动力学方程。
掌握转化率、收率、得率和选择性的概念，了解 其在反应器设计计算中的应用。
理解温度和浓度对反应速率的影响。 理解可逆反应、平行反应及连串反应的动力学特
征，并学会根据动力学特征控制反应参数优化产 品组成。
mol m3 s
rB
1 V
dnB dt
;
rs
1 V
dns dt
;
rR
1 V
dnR dt
(2-1-பைடு நூலகம் )
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
可见，同一反应按不同组分计算得到的反应速率在 数值上可能并不相等，但根据反应分子数的计量关 系，各组分反应速率之间存在如下关系：
rA rB rR rS
对任一化学反应 AA + B B R R + S S
t=0, =0 t=t, =
na,0
nb,0
na
nb
nr,0
ns,0
nr
ns
化学反应的通式 0 vBB
nB,0和nB分别代表任一组分B在起始和t 时刻的物质的量。vB是
化学计量系数
➢ 产物的i>0，反应物的i<0，惰性组分的i=0
➢ 计量方程仅表示各反应组分摩尔质量的变化,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。
单一反应:用一个计量方程表示的反应体系。 复合反应:用多个计量方程表示的反应体系。
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
A B R S
(2-1-3)
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
如果在反应过程中V = Constant，则各组分的反
应速率式可写为：
kmol m3
ri
1 V
dni dt
dni /V dCi
dt
dt
(2-1-4)
kmol m3 s1
✓ 反应速率的定义形式是与反应的操作形式密切相 关的。前面定义只适用于分批式操作的反应速率， 而不适用于稳态连续流动的操作方式。
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
对于连续流动系统：
dV
FA0 FA
FA-dFA
ri
dFi dV
组分i的摩尔流率
反应体积
(2-1-5)
• 反应体积V：反应混合物在反应器中所占的体积
• 反应器体积VR：反应设备中的全部空间所占有的
体积。
2.1.1 化学反应速率及其表示——反应转化率
反应转化率——使用反应中的关键组分A表示反应进行的程度
AA + B B R R + S S (2-1-1)
化学反应速率：是指单位体积、单位时间内某化学反应的反应 物转变为生成物的量。对于均匀体系的恒容(V不变)反应，习惯 用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示， 习惯取正值。
各组分的反应速率为：
rA
1 V
dnA dt
A消失的物质的量
单位体积 单位时间
基元反应 Elementary Reaction：对于简单反应，反应物分子 在有效碰撞中经过一次化学变化就能转化为产物的反应。
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学计量方程
化学计量方程:
几点说明：
R MR + S MS + AMA+ BM B =0
参加反应各物
s
aiM i 0
质的摩尔质量
i1
学反应的那部分反应体积 • 有效反应体积 < 反应体积 < 反应器体积
2.1 基本概念和术语——化学计量方程
化学反应式： AA + BB R R + S S
化学计量方程：R MR + S MS + A’MA+ B’M B =0
表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系的方 程。——是对反应过程进行物料衡算和热量衡算的依据之一。 计量系数 Stoichiometric Coefficient
A的转化率xA （Conversion）
组分A反应掉的 mol数 xA= 组分A的起始mol数
(2-1-6)
间歇操作：
xA
nA0 nA nA0
(2-1-7) (2-1-8)
连续操作：
xA
FA0 FA FA0
起始流率 mol s1
性质：随起始态的不同而不同；最大值为1；单程&全程？
2.1.1 化学反应速率及其表示——反应进度
2.1 基本概念和术语
反应动力学：研究反应体系温度、浓度（压力）与反应速率的关系
均相反应动力学：研究均相反应中各种因素(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。
r f T,c,
2.1.1 基本概念和术语——化学计量方程
2.1 基本概念和术语
相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相 均相：体系中所有物种均处于同一相中 均相反应（Homogeneous Reaction）：参与反应的各
物质均在同一相（单一的气、液、固相内）内进行的化学 反应，在反应过程中与其他物相没有物质交换的反应。 举例：烃类的高温气相裂解反应-气相均相反应；酯化、皂化、 酸碱中和反应等-液相均相反应； 固体均相反应是指在单一的固相结构中单元发生的局域重排 过程。比如：镍铝尖晶石NiAl2O4中，镍和铝离子分别占据 氧离子构成的四面体和八面体格位。在温度变化时，镍和铝 离子在两种格位上的分布可以发生变化。 非均相反应（Heterogeneous Reaction ）：在多相物系 的各相间进行的化学反应。一般在两相的界面上进行。
化学反应工程 Chemical Reaction Engineering
教师： 唐元晖 tangyuanhui@
课件下载：/s/1ge1Zp7P 2016-2017秋季学期
第二章 均相反应动力学基础
2.1 基本概念和术语 2.2 等温恒容过程
2.2.1单一反应动力学方程 2.2.2复杂反应动力学方程 2.3 等温变容过程
和 • 反应物：参加反应的物质（反应物、产物） • 伴随物：存在于系统，但本身不发生化学变化的物
质。溶剂、稀释剂、惰性物质、催化剂、杂质等 • 反应器、反应容积、反应设备：指在其中实施化学
反应的设备 • 反应体积：指反应器中反应物质所占据的体积 • 反应场所（有效反应体积）：反应器中确实发生化
本章重点和难点
掌握化学反应速率的概念、各种表示方式及其相 互关系，会设计实验-处理数据-建立动力学方程。
掌握转化率、收率、得率和选择性的概念，了解 其在反应器设计计算中的应用。
理解温度和浓度对反应速率的影响。 理解可逆反应、平行反应及连串反应的动力学特
征，并学会根据动力学特征控制反应参数优化产 品组成。
mol m3 s
rB
1 V
dnB dt
;
rs
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;
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(2-1-பைடு நூலகம் )
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
可见，同一反应按不同组分计算得到的反应速率在 数值上可能并不相等，但根据反应分子数的计量关 系，各组分反应速率之间存在如下关系：
rA rB rR rS
对任一化学反应 AA + B B R R + S S
t=0, =0 t=t, =
na,0
nb,0
na
nb
nr,0
ns,0
nr
ns
化学反应的通式 0 vBB
nB,0和nB分别代表任一组分B在起始和t 时刻的物质的量。vB是
化学计量系数
➢ 产物的i>0，反应物的i<0，惰性组分的i=0
➢ 计量方程仅表示各反应组分摩尔质量的变化,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。
单一反应:用一个计量方程表示的反应体系。 复合反应:用多个计量方程表示的反应体系。
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
A B R S
(2-1-3)
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
如果在反应过程中V = Constant，则各组分的反
应速率式可写为：
kmol m3
ri
1 V
dni dt
dni /V dCi
dt
dt
(2-1-4)
kmol m3 s1
✓ 反应速率的定义形式是与反应的操作形式密切相 关的。前面定义只适用于分批式操作的反应速率， 而不适用于稳态连续流动的操作方式。
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学反应速率
对于连续流动系统：
dV
FA0 FA
FA-dFA
ri
dFi dV
组分i的摩尔流率
反应体积
(2-1-5)
• 反应体积V：反应混合物在反应器中所占的体积
• 反应器体积VR：反应设备中的全部空间所占有的
体积。
2.1.1 化学反应速率及其表示——反应转化率
反应转化率——使用反应中的关键组分A表示反应进行的程度
AA + B B R R + S S (2-1-1)
化学反应速率：是指单位体积、单位时间内某化学反应的反应 物转变为生成物的量。对于均匀体系的恒容(V不变)反应，习惯 用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示， 习惯取正值。
各组分的反应速率为：
rA
1 V
dnA dt
A消失的物质的量
单位体积 单位时间
基元反应 Elementary Reaction：对于简单反应，反应物分子 在有效碰撞中经过一次化学变化就能转化为产物的反应。
2.1.1 化学反应速率及其表示——化学计量方程
化学计量方程:
几点说明：
R MR + S MS + AMA+ BM B =0
参加反应各物
s
aiM i 0
质的摩尔质量
i1
学反应的那部分反应体积 • 有效反应体积 < 反应体积 < 反应器体积
2.1 基本概念和术语——化学计量方程
化学反应式： AA + BB R R + S S
化学计量方程：R MR + S MS + A’MA+ B’M B =0
表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系的方 程。——是对反应过程进行物料衡算和热量衡算的依据之一。 计量系数 Stoichiometric Coefficient
A的转化率xA （Conversion）
组分A反应掉的 mol数 xA= 组分A的起始mol数
(2-1-6)
间歇操作：
xA
nA0 nA nA0
(2-1-7) (2-1-8)
连续操作：
xA
FA0 FA FA0
起始流率 mol s1
性质：随起始态的不同而不同；最大值为1；单程&全程？
2.1.1 化学反应速率及其表示——反应进度
2.1 基本概念和术语
反应动力学：研究反应体系温度、浓度（压力）与反应速率的关系
均相反应动力学：研究均相反应中各种因素(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。
r f T,c,
2.1.1 基本概念和术语——化学计量方程
2.1 基本概念和术语
相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相 均相：体系中所有物种均处于同一相中 均相反应（Homogeneous Reaction）：参与反应的各
物质均在同一相（单一的气、液、固相内）内进行的化学 反应，在反应过程中与其他物相没有物质交换的反应。 举例：烃类的高温气相裂解反应-气相均相反应；酯化、皂化、 酸碱中和反应等-液相均相反应； 固体均相反应是指在单一的固相结构中单元发生的局域重排 过程。比如：镍铝尖晶石NiAl2O4中，镍和铝离子分别占据 氧离子构成的四面体和八面体格位。在温度变化时，镍和铝 离子在两种格位上的分布可以发生变化。 非均相反应（Heterogeneous Reaction ）：在多相物系 的各相间进行的化学反应。一般在两相的界面上进行。
化学反应工程 Chemical Reaction Engineering
教师： 唐元晖 tangyuanhui@
课件下载：/s/1ge1Zp7P 2016-2017秋季学期
第二章 均相反应动力学基础
2.1 基本概念和术语 2.2 等温恒容过程
2.2.1单一反应动力学方程 2.2.2复杂反应动力学方程 2.3 等温变容过程