大连理工大学反应工程2-5章习题课-1ppt课件
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化学反应工程课后习题解答全解PPT教案
pA 0.0586t3 3.3119t2 82.305t 996.12
（3）对回归方程求导，得到微分方程
dpA 0.1758t2 6.6238t 82.305 dt
（4）由微分方程求各点的斜率，如下表
第78页/共94页
时间 0.0 2.5 5.0 10.0 15.0 20.0
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
.5 .5 .4 .4
pA 1000 800 666. 446. 306. 206.
-（dp4A/）dt 对r8A 2.3ddptA66~.8pA
75 53.5
分7别5取自然8 对数，8 得到数据如下 33.6 22.5 20.1
pA 10500 84040 68616. 44476. 30036. 24096.
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
【解】
（1）参照例2-.57将系.统5 总压.力4 转化.4为A
组分分压数
pA
pA0
P0 A
P
其中
A
31 2 1
pA
pA0
pA0 2
P
1.5 pA0
P 2
1500
0.5P
由此式可得到 A 组分分压随时间的变化数据见下表
因产物P的选择率为
S rP 2cA 2 0.6667 66.67% rP 2rR 3cA 3
所以产物P的收率为
YA S xA 0.66670.8571 0.5714 57.14%
第167页/共94页
3-9 A P T 555K, P 0.3MPa,
yA0 0.30, y惰0 0.65, FA0 6.3mol/ s,
大连理工大学无机化学课件第02章
在温度T下,由参考状态单质生成物质 B(νB=+1)反应的标准摩尔焓变，称为物质 B的标准摩尔生成焓。
-1 (B, 相态 , T ) ，单位是 kJ· mol fHm △ 1 H2(g)+ O2(g) H2O(g) 2 fHm (H2O ,g,298.15K) = –241.82kJ· mol-1 △
n1 N 2 (4.0 5.0)mol 1 1.0mol N 2 1
9.0 6.0
2.0 4.0
1 3 N 2 g H 2 g NH 3 g 2 2
无 机 化 学 基 础 教 程
t0
5.0
12.0
9.0
0
2.0
(mol)
(mol)
t t1时 4.0
CaCO3(s)
H2O(l)
CaO(s)+CO2(g)
1. 系统和环境 系统：被研究对象。 环境：系统外与其密切相关的部分。 敞开系统：与环境有物质交换也有能量交换。 封闭系统：与环境无物质交换有能量交换。 隔离系统：与环境无物质、能量交换。
无 机 化 学 基 础 教 程
2. 状态和状态函数 状态：系统的宏观性质的综合表现。
无 机 化 学 基 础 教 程
t0时 nB/mol 5.0
无 机 化 学 基 础 教 程
0 1
2
12.0
0
t1时 nB/mol 4.0 t2时 nB/mol 3.0
n1 H 2 (9.0 12.0)mol 1 1.0mol H 2 3 n1 NH3 (2.0 0)mol 1 1.0mol NH3 2 2 2.0mol
在没有外界作用下，系统自身发生
反应工程第二篇天大ppt课件
**速率方程形式力求简单，不求普遍，实验过程中注意 消除扩散影响
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68
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69
催化剂
定量描述反应速率和温度 及浓度的关系式
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10
反应速率方程的确定方法
1 基元反应
质量作用定律
vA A vB BvR R
rAkcAAcBB
2 非基元反应
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11
反应速率方程的确定方法
例如对于反应
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12
反应速率方程的确定方法
机理1：
机理2：
机理
速率方程
？ 机理
66
2.8 动力学参数的确定
例题：2－9 ， 2－10
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67
2.8 建立速率方程的步骤
（1）设想各种反应机理，导出不同的速率方程
（2）进行反应动力学实验，测定所需的动力学数据 （3）根据实验数据对可能的速率方程进行筛选
和参数估值，确定合适的速率方程
**反应级数不能大于3，反应速率常数和吸附平衡常数 不能为负
已知：
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28
可逆放热反应的最佳反应温度确定实例
解: (1) 混合气的组成为：
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29
可逆放热反应的最佳反应温度确定实例
（2）
（3）
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30
2.4 复合反应
反应中任何一个反应都不可能由其他反应经过线性组合而得到
例如：
（2）－（1）＝（3）
（1）＋（3）＝（2）
独立反应数为精2选课件ppt
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39
2.5 反应速率方程的变换与积分
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催化剂
定量描述反应速率和温度 及浓度的关系式
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10
反应速率方程的确定方法
1 基元反应
质量作用定律
vA A vB BvR R
rAkcAAcBB
2 非基元反应
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11
反应速率方程的确定方法
例如对于反应
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12
反应速率方程的确定方法
机理1：
机理2：
机理
速率方程
？ 机理
66
2.8 动力学参数的确定
例题：2－9 ， 2－10
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67
2.8 建立速率方程的步骤
（1）设想各种反应机理，导出不同的速率方程
（2）进行反应动力学实验，测定所需的动力学数据 （3）根据实验数据对可能的速率方程进行筛选
和参数估值，确定合适的速率方程
**反应级数不能大于3，反应速率常数和吸附平衡常数 不能为负
已知：
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28
可逆放热反应的最佳反应温度确定实例
解: (1) 混合气的组成为：
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29
可逆放热反应的最佳反应温度确定实例
（2）
（3）
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30
2.4 复合反应
反应中任何一个反应都不可能由其他反应经过线性组合而得到
例如：
（2）－（1）＝（3）
（1）＋（3）＝（2）
独立反应数为精2选课件ppt
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2.5 反应速率方程的变换与积分
化学反应工程 课件
对于非基元反应，m，n多数为实验测得
的经验值，可以是整数，小数，甚至是
负数。
38
• 把化学反应定义式和化学反应动力学方 程相结合，可以得到：
rAV 1ddntAkA cmcB n
• 直接积分，可获得化学反应动力学方程 的积分形式。
39
• 对一级不可逆反应，恒容过程，有：
rAdd ctAkA c
mo ml3s1
30
• 常用的还有以反应体系中各个组份分别 定义的反应速率。
rAV 1dd ntA
mo m 3 ls1
• nA：反应体系内，反应物A的摩尔数； • V：反应体积
• t：时间
31
对于反 A 2应 B 3 C 4D
• 以反应物B为基准定义的反应速率为：
rBV 1d d n tB
• 式中： cA，cB：A，B组分的浓度 mol.m-
3
• kc为以浓度表示的反应速率常数，随反应 级数的不同有不同的因次。kc是温度的函 数，在一般工业精度上，符合阿累尼乌 斯关系。
36
阿累尼乌斯关系
E
kc kc0e RT
• kc0 ：指前因子，又称频率因子，与温度 无关，具有和反应速率常数相同的因次。
交换，全部反应热效应使物料升温或降 温。 • 3． 非等温、非绝热反应器，与外界有热 量交换，但不等温。
10
重 油 的 催 化 裂 化 流 化 床 反 应 器
11
搅拌釜式反应器
12
邻二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反应器
13
乙 苯 加 氢 气 液 塔 式 反 应 器
14
轻油裂解制乙烯管式非催化反应器
进行合理简化，设想一个物理过程(模型) 代替实际过程。简化必须合理，即简化 模型必须反映客观实体，便于数学描述 和适用。
化学反应工程 课件-PPT课件
a A b B r R s S
21
化学反应计量式
• 化学反应计量式（化学反应计量方程）
a A b B r R s S
• 是一个方程式，允许按方程式的运算规 则进行运算，如将各相移至等号的同一 侧。
a A b B r R s S 0
× 1 0 2 /k m o l.m -3
• 试求反应的速率方程。
48
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化 率较低时的数据，可以忽略逆反应的影 响，而丁醇又大大过量，反应过程中丁 醇浓度可视为不变。所以反应速率方程 为：
rAdd ctAkB m ccA nkcA n
49
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到 t-f(cA)的关系
26
组分A的选取原则
• A必须是反应物，它在原料中的量按照化 学计量方程计算应当可以完全反应掉 （与化学平衡无关），即转化率的最大 值应当可以达到100%，如果体系中有多 于一个组份满足上述要求，通常选取重 点关注的、经济价值相对高的组分定义 转化率。
27
• 转化率与反应程度的关系，结合
xA
nA 0 nA nA0
23
反应程度（反应进度）
• 引入“反应程度”来描述反应进行的深 度。
• 对 于 a 任A 一 化 学 b 反B 应 r R s S 0
• 定义反应程度
nI nI0 I
• 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始时24 刻组分I的摩尔数。
8
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
21
化学反应计量式
• 化学反应计量式（化学反应计量方程）
a A b B r R s S
• 是一个方程式，允许按方程式的运算规 则进行运算，如将各相移至等号的同一 侧。
a A b B r R s S 0
× 1 0 2 /k m o l.m -3
• 试求反应的速率方程。
48
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化 率较低时的数据，可以忽略逆反应的影 响，而丁醇又大大过量，反应过程中丁 醇浓度可视为不变。所以反应速率方程 为：
rAdd ctAkB m ccA nkcA n
49
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到 t-f(cA)的关系
26
组分A的选取原则
• A必须是反应物，它在原料中的量按照化 学计量方程计算应当可以完全反应掉 （与化学平衡无关），即转化率的最大 值应当可以达到100%，如果体系中有多 于一个组份满足上述要求，通常选取重 点关注的、经济价值相对高的组分定义 转化率。
27
• 转化率与反应程度的关系，结合
xA
nA 0 nA nA0
23
反应程度（反应进度）
• 引入“反应程度”来描述反应进行的深 度。
• 对 于 a 任A 一 化 学 b 反B 应 r R s S 0
• 定义反应程度
nI nI0 I
• 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始时24 刻组分I的摩尔数。
8
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
大连理工大学 - 化工原理课件全集
2010-11-6
3）单元操作的分类 根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类： •流体动力过程 ——遵循流体动力基本规律，用动量传 递理论研究 如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化 •热过程 ——遵循传热基本规律，用热量传递理论研究 如：传热、冷凝、蒸发等 •传质过程 ——遵循传质基本规律，用质量传递理论研究 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等
一、化工原理课程简介
1.化工原理的研究对象 2.化工原理的学科性质与研究方法 3.化工原理的学习方法
绪论
二、化工原理处理问题的方法
1.物料衡算 2.能量衡算 3.平衡与速率
三、单位与单位制
2010-11-6
一、化工原理课程简介
1. 化工原理的研究对象 ——单元操作（Unit Operations）
Q 257.3 89 346.3kw I
输出的热量：
2010-11-6
QO Q3 Q4
冷凝水带出的热量： Q 0.095 503.67 47.8kw 3
Q4 1.0 3.56 80 0 284.8kw 溶液带出的热量：
Q0 Q3 Q4 7.8 284.8 332.6kw
2、辐射干燥
热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物
2010-11-6
料吸收转化为热能，而将水分加热汽化。 优点：生产能力强，干燥产物均匀 缺点：能耗大
3、介电加热干燥
将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作 用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。 优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。 缺点：费用大。
120℃饱和水蒸气
0.095kg/s 25℃溶液 1.0kg/s
换热器
《反应工程习题》PPT课件 (2)
• •
解：在间歇反应器`中：t
CA0
xA2 xA1
dxA rA
0级反应：tCA0xxA A1 2dkA x1 kCA0(xA2xA1)
t0~0.9 0.90 10 t0.9~0.99 0.990.9
，
•
1级反应：tCA0xxA A1 2kC A0d(1A xxA)1 kln1 1 x xA A1 2
1 k
x0A112xxAA
dxA
建筑精选课件
10
对于气相反应：A→3P 其反应速率方程为-rA=kCA，试推 导在恒容条件下以总压P表示的反应速率方程。假定原料为 50%A和50%惰性组分，气体符合理想气体。
• 解： 在恒容条件下
dxA dt
k(1xA)
rACA0ddA xtkC A0(1xA)
• 解：δA=(3-1)/1=2 yA0=1 • 等温恒压：v=v0(1+ yA0δA xA) = v0(1+2xA)
C AF vAv F 0 A (0 1 (1 2x xA A ))C A 01 1 2 x x A A
F V A 0x 0 A drA A xx 0 Ak dA A C xx 0 Ak1A C 0 1 1 2 xx A A dA x
1.串联-平行反应A+B==R，A+R==S，原 料中各组分的浓度为CA0=2.0mol/L， CB0=4.0 mol/L，CR0=CS0=0，在间歇反应器 中恒容操作一定时间后，得到CA=0.3mol/L， 解C：R=1.5 mol/L，计算此时组分B和S的浓度。
在恒容条件下：ΔCA1= CB0-CB；ΔCA2= CS ； CR= (CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2 得到：CS=( CA0-CA- CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol/L
大连理工PPT课件,化工原理
5.1.2 演示文稿的创建
1、PowerPoint 2003的启动和退出 启动PowerPoint 2003的方法和启动其他应用程序的方法一样，常用 的方法有： 单击【开始】按钮－>【程序】－>“Microsoft Office”－>“Microsoft Office PowerPoint 2003” 直接双击桌面上PowerPoint快捷方式图标 双击一个PowerPoint演示文稿，操作系统会自动运行PowerPoint软件 来处理该文件，这就是所谓的“文档驱动” 保存好演示文稿后可以单击标题栏中的“关闭”按钮或双击窗口控制 图标，还可以执行【文件】|【退出】命令，也可以用快捷键ALT+F4 来关闭应用程序。和Word、Excel等其他OFFICE软件一样，退出 PowerPoint时，如果对当前操作的演示文稿编辑、修改过而没有存盘， 则系统会显示是否保存文件的对话框。用户可以根据需要选择操作。 当启动PowerPoint 2003后，PowerPoint 窗口中间放着一张很大的空 白幻灯片。屏幕上写着“单击此处添加标题”。
目录
5.1 5.2 5.3
5.4
5.5
演示文稿的基本操作 演示文稿的编辑与修饰 特殊效果的设置 演示文稿的放映 演示文稿的打包与解开
5.1 演示文稿的基本操作
5.1.1
PowerPoint2003概述 5.1.2 演示文稿的创建 5.1.3 演示文稿的保存 5.1.4 演示文稿的修改 5.1.5 演示文稿的播放 5.1.6 视图的切换
5.1.4 演示文稿的修改
当制作一个演示文稿时，有可能需要在已存在的两个幻灯片之间插入一个新 的幻灯片，或者删除一个不再使用的幻灯片，或者更改幻灯片之间的顺序。 1、插入新幻灯片 【插入】－>【新幻灯片】，会在当前幻灯片下新建一个空白的【标题和文本】 版式幻灯片 2、插入幻灯片 如果在一个演示文稿中，需要用到一个已在其他演示文稿中讲过的内容，那 么我们不需要再重新制作，只要把所需的幻灯片从当中插入进来就可以了。 【插入】－>【幻灯片（从文件）】 在弹出的【幻灯片搜索器】对话框中单击【搜索演示文稿】选项卡，如图511所示 单击【浏览】按钮选择要插入的文件，然后单击【显示】按钮，用来显示每 览视图”中把 该文件打开，只是浏览该演示文稿的缩略图。 选择其中的一张或多张幻灯片，单击【插入】按钮，幻灯片就插入到不前的 演示文稿当中去了。
第二章作业(课后答案) 化学反应工程 第四版PPT课件
kVc 7.69105 0.8 (8.3145 773.15)2 cm3 / (mol s) 2.544103 cm3 / (mol s)
反应属于C
4
H
化学吸附控制，根据平衡近似假设：
8
p C4 H6
pC4H6，pH 2 =PH2
4;
由4式，又由表面反应的化学平衡：K P
p p
C4H6 H2
P C4 H8
P C4 H8
P P C4H6 H2 KP
5
将上2、3、4、5条件代入1式，又有bC4H8
ka kd
，并令ka
k，可得：
rC4
DKCO
0.5 2.378102 2.06
5.772103 cm2 / s
2-12 用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为
5nm，颗粒有效导热系数λe=0.35J/(m.s.K),每燃烧1molO2放出热 量5.4×108J，燃烧温度760℃,时，氧在催化剂颗粒内的有效扩 散系数为5×10-7cm2/s。试估计定态下，催化剂颗粒表面与中心
0.942
0.09 7.04 108
2-14 某催化反应在500 ℃下进行，已知本征反应速率rA= 7.696×10-5PA2mol/(g.s)(式中PA的单位为MPa)，催化剂为直径 与高皆为5mm的圆柱体，ρP=0.8g/cm3,颗粒外表面A的分压 PA=0.101325MPa，粒内组分A的有效扩散系数Deff=0.025cm2/s。
DNH3 ,m
得：Deff ,NH3
DNH3e
0.50 1 2.54104 cm2 / s 2.5 787.32
2-11 求下述情况下，催化剂孔道中的CO的有效扩散系数。已知
反应工程课件第二章(1)
分均相催化和多相催化。 活性位（active site）理论
活性位理论
（1）反应物被分布在催化剂表面上的活性位吸附，成为活性吸附态。 （2）活性吸附态在催化剂的活性位（活性表面）上进行化学反应，生成吸附态产物。 （3）吸附态产物从催化剂活性位上脱附。
2) 固体催化剂的主要组成 固体催化剂一般由活性组分、助催化剂和载
3) 固体催化剂的制备方法
最常用的催化剂制备方法有浸渍法、沉淀法、共混合 法和熔融法。
(1) 浸渍法 将载体放在含有活性组分的水溶液中浸泡，
使活性组分吸附在载体上。如一次浸渍达不到规定的吸附 量，可在干燥后再浸。如要将几种活性组分按一定比例浸 渍到载体上去，常采用多次浸渍的办法。
(2) 沉淀法 在充分搅拌的条件下，向含有催化剂各组
• 催化反应可以分为均相催化和多相催化，反应在同相中进行 称为均相催化;反应在两相界面上进行称为多相催化。
2.1.2 固体催化剂 1) 固体催化剂的作用
催化剂是能够加速化学反应速率而本身 能复原的物质。催化剂有下列性质： (1）产生中间产物，改变反应途径，因而降低反应 活化能和加速反应速率； (2）不能改变平衡状态和反应热； (3）必然同时加速正反应和逆反应的速率； (4）具有选择性，使化学反应朝着期望的方向进行， 抑制不需要的副反应。
• 多种性能不同催化剂的开发促使同一产品在反应器、生产流 程甚至生产方法和原科方面都发生了根本性的变革，使产品 的投资、原料消耗等技术经济指标不断优化，同时环境污染 不断减少。在通常条件下难以获得的化学产品可以通过催化 作用实现工业生产，催化是现代化学工业的基石。
• 同一种反应物系，使用不同的催化剂可以得到不同的产品。 例如乙烯氧化使用银催化剂 可得环氧乙烧；乙烯氧化使用 钯系催化剂可得乙酸；但这两个过程的主要副反应都是深度 氧化生成二氧化碳和水。另一方面，使用同一系列的催化剂 ，也可使不同的反应物系发生催化作用。例如使用银系固体 催化剂，可使甲醇氧化制甲醛，乙醇氧化制乙醛，乙烯氧化 制环氧乙烷，乙二醇氧化制乙二醛。
活性位理论
（1）反应物被分布在催化剂表面上的活性位吸附，成为活性吸附态。 （2）活性吸附态在催化剂的活性位（活性表面）上进行化学反应，生成吸附态产物。 （3）吸附态产物从催化剂活性位上脱附。
2) 固体催化剂的主要组成 固体催化剂一般由活性组分、助催化剂和载
3) 固体催化剂的制备方法
最常用的催化剂制备方法有浸渍法、沉淀法、共混合 法和熔融法。
(1) 浸渍法 将载体放在含有活性组分的水溶液中浸泡，
使活性组分吸附在载体上。如一次浸渍达不到规定的吸附 量，可在干燥后再浸。如要将几种活性组分按一定比例浸 渍到载体上去，常采用多次浸渍的办法。
(2) 沉淀法 在充分搅拌的条件下，向含有催化剂各组
• 催化反应可以分为均相催化和多相催化，反应在同相中进行 称为均相催化;反应在两相界面上进行称为多相催化。
2.1.2 固体催化剂 1) 固体催化剂的作用
催化剂是能够加速化学反应速率而本身 能复原的物质。催化剂有下列性质： (1）产生中间产物，改变反应途径，因而降低反应 活化能和加速反应速率； (2）不能改变平衡状态和反应热； (3）必然同时加速正反应和逆反应的速率； (4）具有选择性，使化学反应朝着期望的方向进行， 抑制不需要的副反应。
• 多种性能不同催化剂的开发促使同一产品在反应器、生产流 程甚至生产方法和原科方面都发生了根本性的变革，使产品 的投资、原料消耗等技术经济指标不断优化，同时环境污染 不断减少。在通常条件下难以获得的化学产品可以通过催化 作用实现工业生产，催化是现代化学工业的基石。
• 同一种反应物系，使用不同的催化剂可以得到不同的产品。 例如乙烯氧化使用银催化剂 可得环氧乙烧；乙烯氧化使用 钯系催化剂可得乙酸；但这两个过程的主要副反应都是深度 氧化生成二氧化碳和水。另一方面，使用同一系列的催化剂 ，也可使不同的反应物系发生催化作用。例如使用银系固体 催化剂，可使甲醇氧化制甲醛，乙醇氧化制乙醛，乙烯氧化 制环氧乙烷，乙二醇氧化制乙二醛。
《化学反应工程》PPT课件
由于三相反响器中，液固相间的相对运动速率一般较小，而气相反 响物必须通过液相才能到达固体催化剂外表，因此反响相外的传质对表 观反响速率往往具有重要影响。所以当反响物为难容气体时，我们可以 忽略溶质在气相中的传递阻力。
气泡
气泡
气—液界面
液体
催化剂颗粒
浓 度
0 距离
图7.1 三相反响中气相反响物浓度分布
气
气液 膜膜
液
相
相
主
主
体
体
1.3 气液固三相反响动力学——主要讨论气液固相 催化反响的动力学
根据双模理论模型，我们可以知道气液固三相反响过程中同时存在 气液相际的传质，液固相际的传质和固相内部的传质和固相外表的化学 反响，是一比较复杂的传质—反响交互作用的过程。虽然气液固三相反 响是一个很复杂的反响过程，但是我们可以通过具体情况对其进展简化。
0.52 0.32 0.27 0.22
0.20 0.18
解：因为气相进料为纯氢，所以式〔7.12〕适用
t/min
0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10
图 7.2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
当催化剂的质量分数为0.07%时，假设能消除气液间传质阻力，由 图7.2可见：
优点
反响条件温和，可延长 催化剂的寿命，对许多 反响过程，这将有利于 改善选择性
由于液相组分热容大， 对强放热反响改善了 传热和温度控制
1.2 气液固三相反响动力学理论模型—双膜理论模型
假设
在相界面附近，由 于流体的相对运动 干扰，相界面两边 各有一层处于层流 运动状态，分别称 为气膜和液膜
在气液两相主体中， 流体的运动状态处 于充分的湍流溶质 在主体中以涡流扩 散方式传递，故主 体浓度可视为均一
气泡
气泡
气—液界面
液体
催化剂颗粒
浓 度
0 距离
图7.1 三相反响中气相反响物浓度分布
气
气液 膜膜
液
相
相
主
主
体
体
1.3 气液固三相反响动力学——主要讨论气液固相 催化反响的动力学
根据双模理论模型，我们可以知道气液固三相反响过程中同时存在 气液相际的传质，液固相际的传质和固相内部的传质和固相外表的化学 反响，是一比较复杂的传质—反响交互作用的过程。虽然气液固三相反 响是一个很复杂的反响过程，但是我们可以通过具体情况对其进展简化。
0.52 0.32 0.27 0.22
0.20 0.18
解：因为气相进料为纯氢，所以式〔7.12〕适用
t/min
0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10
图 7.2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
当催化剂的质量分数为0.07%时，假设能消除气液间传质阻力，由 图7.2可见：
优点
反响条件温和，可延长 催化剂的寿命，对许多 反响过程，这将有利于 改善选择性
由于液相组分热容大， 对强放热反响改善了 传热和温度控制
1.2 气液固三相反响动力学理论模型—双膜理论模型
假设
在相界面附近，由 于流体的相对运动 干扰，相界面两边 各有一层处于层流 运动状态，分别称 为气膜和液膜
在气液两相主体中， 流体的运动状态处 于充分的湍流溶质 在主体中以涡流扩 散方式传递，故主 体浓度可视为均一
大连理工大学无机化学课件完整版
机 化
xB — 溶液中溶质B的摩尔分数。
学
拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发
基 础
非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩
教 尔分数成正比。
程
在稀溶液中：nA远大于nB，nA+nB≈ nA
无 机
xB
nB nA nB
nB nA
nB mA
MA
bBM A
化 学
∆ p = pA* xB = pA*MAbB =kbB
nNH3
n
p
0.320 133.0kPa 35.5kPa 1.200
p(O2 )
n(O2 ) n
p
无
0.180 133.0kPa 20.0kPa
机
1.200
化
学
基 p(N2) = p－ p(NH3)－p(O2)
础
教
= (133.0－35.5－20.0) kPa
程
= 77.5 kPa
分体积：
无 透膜向对方运动，净结果使溶剂进入溶液的
机 化
现象称为渗透。
学
基
半透膜：只允
础 教
许溶剂分子通过，
程 不允许溶质分子通
过的薄膜。
为使渗透现象
不发生，必须在液
面上施加一个额 无 外压力（示意图）。
机
化 为维持只允许溶剂 学 分子通过的膜所隔
基
础 开的两种溶液之间 教 的渗透平衡而需要 程 的额外压力，定义
程
T — 热力学温度，K
若水溶液的浓度很小，则cB≈bB ，
= bBRT
van’t Hoff方程说明：在一定温度下， 非电解质稀溶液的渗透压力仅取决于单位体
化 学
通常所说的沸点是指大气压为101.325kPa
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.
3.2 气相反应：A
cC在一等温等压的CSTR反应器中进行。
其反应速率方程为 (-rA) = k(CA-CC/K)。试推导组分A的转化率xA与空间时间t的关 系式。
【解】a=1, c=c A = (-1+c)/1 = c-1 yA0 =1, C = 0, A = yA0A = c-1 1+AxA = 1+(c-1)xA
求得：xAf = 0.8
.
.
.
.
3.4 在CSTR中进行某液相反应： A→C, (-rA)=kCA
组分A的转化率为20%。现拟选用PFR-CSTR反应器组进行该反应，并要求转化率 达到80%。试求PFR的体积应为CSTR的多少倍?
【解】根据CSTR的操作方程：
第二段为CSTR时：
第一段为PFR：2. 化学反应动力学基础
2.1 在一等温等压管式反应器中进行下述气相反应： 2 SO2 + O2 ─→ 2 SO3, ( 2 A + B ─→ 2 C )
原料气中含25% SO2和75%空气，总压为2000 kPa，反应温度为532 K。试推导各组分浓 度与xA的关系式。 【解】原料气中SO2（A）的初始分压：pA0 = 20000.25 = 500 kPa
.
.
3.3 液相2级不可逆等温反应（-rA=kCA2）拟在连续操作的反应装置中进行。已知 20C 时，k=10m3·kmol-1·h-1，CA0=0.2kmol·m-3，进料流量为2m3·h-1。比较下列各方案， 哪个方案转化率最大？ （1）VR为4m3的活塞流反应器； （2）PFR后串联一个CSTR，体积均为2m3； （3）CSTR后串联一个PFR，体积均为2m3； （4）二段CSTR，体积各为2m3； （5）两个CSTR并联，体积均为2m3。
.
所以，B = 71.22/113.04 = 0.63, C =0, I = 267.91/113.04 = 2.37
.
2.2 在管式反应器中进行下述气相反应： 2 A + B ─→ C + D
假定A和B按化学计量比混合，惰性气体的体积流量为原料总流量的50%。已知：反 应器入口压力为2 atm，温度为400K，出口压力为2 atm ，温度500 K。求转化率为 80%时各组分的浓度。 【解】 a = 2, b =1, c =1, d =1 选取A为关键组分，B = 0.5, C = 0, D = 0 因原料气中惰性气体占50%， I = 3/2 = 1.5，yA0 = 2/(2+1+3) = 1/3
.
3.6 在循环操作的PFR中进行气相不可逆2级反应2A ─→ R。当循环比=1时，组分A 的转化率为60%，原料为纯组分A。试求操作改为不循环时组分A的转化率变为多少？
【解】根据循环操作的PFR操作方程：
不循环操作时：
xA = 0.68
.
xA1 = 0.75
.
3.5 某气相反应 A 3P的反应速率方程为： rA 102C0A.5 moll-1s-1。该反应在
一管式反应器进行。原料气体中组分A的初始浓度为CAO = 0.0625 moll-1，要求组 分A的最终转化率xAf = 80% 。试计算： (1) 反应所需要的空间时间t。 (2) 如果进料中含50%惰性气体，但组分A的初始浓度仍为0.0625 moll-1，则反应 所需要的空间时间变为多少？ (3) 比较原料气中有和无惰性气体时空间时间的相对大小，并分析原因。
.
2.3 乙烷裂解反应的活化能为300 kJmol-1，该裂解反应在650 C的反应速 率是500 C时的多少倍？
.
3. 理想反应器
3.1
在间歇反应器中进行反应 A→R，其速率方程为： rA
3C0.5 A
moll-1h-1，组分A
的初始浓度CA0为1 moll-1。求反应1h后A的转化率。
【解】首先推导操作方程：
A = (-2-1+1+1)/2 = -0.5 A = yA0A = 1/3(-0.5) = -0.167
.
总压力pt = 21.013105 = 2.026105 Pa pA = yApt =0.0772.026105 = 1.56104 Pa pB = yBpt =0.03852.026105 = 7.8103 Pa pC = yCpt =0.1542.026105 = 3.12104 Pa pD = yDpt =0.1542.026105 = 3.12104 Pa pI = yIpt =0.57752.026105 = 1.17105 Pa
原料气中O2（B）的初始分压：pB0 = 20000.750.21 = 315 kPa 原料气中SO3（C）的初始分压：pC0 = 0 kPa 原料气中N2（I）初始分压：pI0 = 20000.750.79 = 1185 kPa 可见，反应组分中O2过量，选取SO2（A）为关键组分。 气相体系中各组分的分压与摩尔数成正比，yA0 = 0.25 化学计量系数分别为： a=2, b=1, c=2。 膨胀因子：A = (-2-1+2)/2 = -0.5 膨胀率：A =yA0A = 0.25(-0.5) = -0.125