3 化学反应过程

(3) 收率
• 收率（yield）指按反应物进行量计算，生成目的 产物的百分数。
• 收率=（目的产物生成量/反应物进料量×100%。
• 收率与转化率及选择性的关系为：收率=转化率× 选择性
• 收率=(产品量/原料总量)＝（（总转化量-损失量） /原料总量）＝转化率-损失率
(4) 反应速率
化学反应速率：单位时间内单位反应混合物体积中反应 物的反应量或产物的生成量。其表示方法因反应在间歇或 连续系统中进行而不同。
• 化学反应原理包括的理论体系：
1）化学热力学(chemical thermodynamics)
1.判断化学反应能否发生以及进行的方向 2.化学反应过程进行的最大限度 3.热效应
• 2）化学动力学(chemical kinetics)
• 1.化学反应过程进行的机理 • 2.确定化学反应速率与其影响因素的函数关系
即：
ri
1 V
dni dt
[mol /(m3 s)]
在多相系统中，可以采用单位相界面积（两相流体系统）、单位 固体表面积（流固相非催化反应）、单位催化剂内表面积（流固 相催化反应）或单位质量固体或催化剂（流固系统）来表示反应 速率，其一般式即可表示为：
ri
1 B
dni dt
（定A义组用分的生基成准的）摩（尔时数间）
A dt B dt L dt M dt
以不同组分表示的反应速率受化学计量方程式的约束。
反应进度：对于间歇系统中的某反应，若反应混合物中
某组分的起始物质的量为ni0，反应后该组分的物质的量
为ni，则定义反应进度为：
ξ niቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ni 0
mol
νi
或写成：
ni ni0 ni iξ
则：
d dnA dnB dnS
同一反应，不同反应组分的转化率在数值上可能 不 同。
关键反应物是反应物中价值最高的组分，为 使其尽可能转化，常使其他组分过量。
• 单程转化率：表示反应物一次通过反应器,参加反 应的某种原料量站通入反应器的反应物总量的百 分数。
组分A在反应器中的转化量 XA 反应器进口物料中组分A的量100%
• 全程转化率：新鲜原料进入到离开反应系统所达 到的转化率。
3 化学反应过程
化工生产的核心
3.1 化学反应过程的分类
• 按反应特性分类，有氧化、还原 、加氢、脱氢、 歧化、异构化、烷基化、羟基化、水解、水合、 偶合等；
• 按反应机理，分简单反应和复杂反应； • 按反应的方向，分可逆和不可逆反应； • 按反应物系的相态，分均相和非均相； • 是否催化反应； • 热效应，分吸热和放热反应； • 化学动力学角度分类，分单分子反应、双分子反
1. 间歇系统：反应物一次加入反应器，经历一定的反应时间达 到所要求的转化率后，产物一次卸出，生产是分批进行的。 若搅拌系统效果良好，则反应物系的组成，温度，压力等参 数在每一瞬间都是一致的，但随反应的进行，其值随时间而 变，故独立变量为时间。
在间歇系统中，反应速率可以表示为单位反应时间内单
位反应混合物体积中反应物A的反应量或产物的生成量。
rA
1 V
dnA dt
1 V
nA0dxA dt
用转化率表示反应进度： nA0 xA A
2. 连续系统：反应物和产物在整个反应器内处于连续 流动状态，系统达到定态后，物料在反应器内没有积累， 系统中的浓度、温度等参数在一定位置处是定值，即不 随时间而变化，但在反应器中不同位置这些参数是不同 的。因此，对连续系统，物系中各参数是空间位置的函 数 连。续系统中反应速率可以表示为单位反应体积中某一反 应物或产物的摩尔流量的变化。即：
A
B
S
用反应进度表示反应速率： r d
V dt 所有反应物和产物的反应进度都是相等的。
转化率：组分A反应掉的物质的量与其开始时物质的量nA，0之比。
xA
nA0 nA nA0
nA nA0
A
nA0
nA nA0 (1 xA )
当反应体积不变时： C A C A0 (1 xA )
用转化率表示反应速率：
组分A在反应器中的转化量
XA, tot
新鲜原料中A的量 100%
• (2) 选择性：体系中转化成目标产物的某一反应 物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之 百分数。
转化为目的产物R的某一反应物的量
SR
该反应物的总的转化量
100%
• 选择性表达了主、副反应进行程度的大小，能 反映原料的利用是否合理
这里的B可以是面积S或是质量W。
当用于液相反应时，反应过程中反应混合物的体积变化可忽略，
因此：
ri
1 V
dni dt
dci dt
[mol /(m3 s)]
对于多组分反应系统： A A BB LL M M
有：
rA : rB : rL : rM A : B : L : M
或写成：
1 dcA 1 dcB 1 dcL 1 dcM
ri
dqn,i dVR
[mol /(m3 s)]
对于均相反应，反应体积指反应混合物在反应器中所占据的体积； 对于气-固相催化反应，反应体积指反应器中催化剂床层的体积。
化学反应速率的表示方式
也可以表示为单位反应表面积上某一反应物或产物的摩尔 流量的变化。即：
ri
dqn , i dS
[mol /(m2 s)]
应和个别三分子反应；零级反应、一级反应、二 级反应和分数级反应；
• 按反应过程控制的温度条件，分为等温反 应过程、绝热反应过程和非绝热变温反应 过程；
• 依据压力条件，分常压、负压、加压（高 压、中压、低压）反应过程；
• 依据操作方式的不同分类，分为间歇反应 过程、连续反应过程和半连续反应过程；
3.2 有关化学反应过程的理论
• 研究工业化学反应过程，不仅要考虑微观动力 学因素，还同时需要考虑设备结构、传递过程 等宏观动力学因素
• 过程传递理论：动量传递、热量传递、质量传 递。
3.3 化学反应过程的主要技术指标
(1) 转化率：指某一反应物参加反应转化的数量占 该反应物起始量的百分数，用符号x表示。
某一反应物的转化量 X 该反应物的起始量 100% 转化率是表示反应物反应程度的指标。
还可以表示为单位质量固体（或催化剂）上某一反应物或产物 的摩尔流量的变化。即：
ri
dqn,i dW
[mol /(kg s)]