应用化学反应动力学及反应器设计基础
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化学计量学运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关 学科的理论与方法，优化化学测量过程，并从化学测量数据 中最大限度地提取有用的化学信息。
化学计量学的研究对象是有关化学量测的基础理论和方法 学。它所研究的内容包括：统计学和统计方法；分析信息理 论；采样；试验优化与设计；分析校正理论；分析信号检测 和分析信号处理；化学模式识别；图像分析；构效关系研究； 人工智能和专家系统；人工神经元网络与自适应化学模式识 别；库检索等。
12
22
...
n1
A2
0
... ... ... ... ... 0
1m
2m
...
nm
An
0
1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子 extent of reaction, conversion, factor of expansion
同时反应： Simultaneous reactions 连串反应： Consecutive reactions 平行反应： Parallel reactions 复合反应（平行－连串反应） Combination reactions
k1
k2
A L，B
M
k1
k2
A
L
M
k1
L
A
k2 M
k1
k3
L
P
A
k2 M
1－1 化学计量式(stoichiometric equation)
表达反应组分间的数量关系，(联系chemical equation，拉瓦锡首创)
1A1 2 A2 ..... .... n1An1 n An －N2－3H2＋2NH3=0
1A1 2 A2 ..... n1An1 n An 0
一、反应程度
ni ni0 i
AA BB RR 0
ni ni0 ni i
二、转化率 转化率＝ amount of A reacted total amount of A supplied
ξ>0,xA >0
xA
nA0 nA nA0
nA nA0
多重反应举例
氧与氨 苯氧化制顺酐 CO加氢 乙烯氧化
氨的氧化
NH3 O2
NO N2 N2O
H2O H2O H2O
－SO2－0.5O2＋1.5SO3＝0
n
i Ai 0(i 1, 2,...n)
i 1
反应物取负值，生成物取正值
如果有m个反应同时进行，则第j个反应和总反应的化学计量式可分别表达 为
n
ij Ai 0(i 1, 2,...n)
i 1
11 21 ... n1 A1 0
1 1 1 0 3 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0
秩k=2, 有两个独立反应：
-CH4 -H2O + CO + 3H2 =0 -H2O – CO + CO 2 + H2 =0
1－4多重反应的收率及选择性
Yield Selectivity 多重反应是指有多个反应同时进行的体系
可以看出，（1）＋（3）＝（2）
② 计量系数矩阵法
写成矩阵
1 1 0
1 2 1
1 0 1
0 1 1
3 4 1
CH 4 H2O CO
CO2 H2
0 0 0
1 1 1 0 3 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1
n PV RT
n V n0 V0
V
V0 (1
nA0 n0
xA A )
V V0 (1 A xA )
A＝
nA0 n0
A
Expansion ratio
ห้องสมุดไป่ตู้
膨胀率
等容条件下： A＝0， A＝0
CA
nA V
nA0 (1 xA ) V0 (1 A xA )
CA
nA V
nA0
第一章 应用化学反应动力学及反应器设计 基础
第一节 化学计量学 第二节 化学反应速率的表示方式 第三节 动力学方程 第四节 温度对反应速率的影响 第五节 化学反应器设计基础
第一节 化学计量学
化学计量学(stoichiometry)是一门通过统计学或数学方法 将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学科。 是以化学反应式形式表达的质量守恒定律，用于计算某一时 刻的化学组成和各组分的数量变化。
(1 V0
xA
)
=CA0
(1
xA
)
1－3多重反应系统中独立反应数的确定
Simple and complex reaction system 单一反应(single react.)
简单反应体系一个参数即可决定组成
多重反应(multiple react.)
复杂反应体系需要多个参数
所需的参数个数 = 独立反应数。 独立反应是不能由其他反应线性组合而得到的反应。
i 1
则 A
1
A
n
i
i=1
三、化学膨胀因子
在恒温恒压下进行
AA BB LL M M
A
L A
＋M A
－1－B A
A
1
A
L
M
A
B
n
n0
(nA ) A
n0
nA0 xA A
n0 (1
nA0 n0
xA A )
A nA0
1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子 extent of reaction, conversion, factor of expansion
三、化学膨胀因子
每转化掉1mol的反应物A时，反应混合物物质的量的变化， 用符号 A 表示。
对于反应：
n
i Ai 0(i 1, 2,...n)
例：
CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 CO + H2O CO2 + H2
1－3多重反应系统中独立反应数的确定
求反应体系中独立反应的一般方法有: ① 观察法。适用于反应数较少的体系 ② 计量系数矩阵法(原子矩阵法)
例：
CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 CO + H2O CO2 + H2
化学计量学的研究对象是有关化学量测的基础理论和方法 学。它所研究的内容包括：统计学和统计方法；分析信息理 论；采样；试验优化与设计；分析校正理论；分析信号检测 和分析信号处理；化学模式识别；图像分析；构效关系研究； 人工智能和专家系统；人工神经元网络与自适应化学模式识 别；库检索等。
12
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...
n1
A2
0
... ... ... ... ... 0
1m
2m
...
nm
An
0
1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子 extent of reaction, conversion, factor of expansion
同时反应： Simultaneous reactions 连串反应： Consecutive reactions 平行反应： Parallel reactions 复合反应（平行－连串反应） Combination reactions
k1
k2
A L，B
M
k1
k2
A
L
M
k1
L
A
k2 M
k1
k3
L
P
A
k2 M
1－1 化学计量式(stoichiometric equation)
表达反应组分间的数量关系，(联系chemical equation，拉瓦锡首创)
1A1 2 A2 ..... .... n1An1 n An －N2－3H2＋2NH3=0
1A1 2 A2 ..... n1An1 n An 0
一、反应程度
ni ni0 i
AA BB RR 0
ni ni0 ni i
二、转化率 转化率＝ amount of A reacted total amount of A supplied
ξ>0,xA >0
xA
nA0 nA nA0
nA nA0
多重反应举例
氧与氨 苯氧化制顺酐 CO加氢 乙烯氧化
氨的氧化
NH3 O2
NO N2 N2O
H2O H2O H2O
－SO2－0.5O2＋1.5SO3＝0
n
i Ai 0(i 1, 2,...n)
i 1
反应物取负值，生成物取正值
如果有m个反应同时进行，则第j个反应和总反应的化学计量式可分别表达 为
n
ij Ai 0(i 1, 2,...n)
i 1
11 21 ... n1 A1 0
1 1 1 0 3 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0
秩k=2, 有两个独立反应：
-CH4 -H2O + CO + 3H2 =0 -H2O – CO + CO 2 + H2 =0
1－4多重反应的收率及选择性
Yield Selectivity 多重反应是指有多个反应同时进行的体系
可以看出，（1）＋（3）＝（2）
② 计量系数矩阵法
写成矩阵
1 1 0
1 2 1
1 0 1
0 1 1
3 4 1
CH 4 H2O CO
CO2 H2
0 0 0
1 1 1 0 3 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1
n PV RT
n V n0 V0
V
V0 (1
nA0 n0
xA A )
V V0 (1 A xA )
A＝
nA0 n0
A
Expansion ratio
ห้องสมุดไป่ตู้
膨胀率
等容条件下： A＝0， A＝0
CA
nA V
nA0 (1 xA ) V0 (1 A xA )
CA
nA V
nA0
第一章 应用化学反应动力学及反应器设计 基础
第一节 化学计量学 第二节 化学反应速率的表示方式 第三节 动力学方程 第四节 温度对反应速率的影响 第五节 化学反应器设计基础
第一节 化学计量学
化学计量学(stoichiometry)是一门通过统计学或数学方法 将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学科。 是以化学反应式形式表达的质量守恒定律，用于计算某一时 刻的化学组成和各组分的数量变化。
(1 V0
xA
)
=CA0
(1
xA
)
1－3多重反应系统中独立反应数的确定
Simple and complex reaction system 单一反应(single react.)
简单反应体系一个参数即可决定组成
多重反应(multiple react.)
复杂反应体系需要多个参数
所需的参数个数 = 独立反应数。 独立反应是不能由其他反应线性组合而得到的反应。
i 1
则 A
1
A
n
i
i=1
三、化学膨胀因子
在恒温恒压下进行
AA BB LL M M
A
L A
＋M A
－1－B A
A
1
A
L
M
A
B
n
n0
(nA ) A
n0
nA0 xA A
n0 (1
nA0 n0
xA A )
A nA0
1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子 extent of reaction, conversion, factor of expansion
三、化学膨胀因子
每转化掉1mol的反应物A时，反应混合物物质的量的变化， 用符号 A 表示。
对于反应：
n
i Ai 0(i 1, 2,...n)
例：
CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 CO + H2O CO2 + H2
1－3多重反应系统中独立反应数的确定
求反应体系中独立反应的一般方法有: ① 观察法。适用于反应数较少的体系 ② 计量系数矩阵法(原子矩阵法)
例：
CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 CO + H2O CO2 + H2