第八章均相反应过程02
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第八章完整溶胶ppt课件
(3) 将浓度2 g dm 3转换为体积摩尔浓度，
nW
W
c
V VM V 4πr3L
32
0.018
14π1.3 (10 9)31.3 9 130 6.02 13 203 3
mol
m-3
=cRT=0.018708.314298.16=46.34 Pa
三. 重力沉降与沉降平衡
溶胶粒子在外力场定向移动称沉降
FeO+ +H2O
结构式：[( Fe (OH)3 )mn FeO+ (n-x) Cl– ] xCl–
液态空气 钠
苯
苯
接受管
二．凝聚法
1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法
凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶
如水解反应制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl
二．凝聚法
1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法 3. 改变溶剂法
使溶解度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水中：不溶
电磁场 作用
二次光源
散射是溶胶特有的现象
光线
二．光散射定律 Reyleigh公式
I2434V2nn12122nn22222I0
I 散射光强度 粒子浓度(粒子数/体积)
I0 入射光强度 V 单个粒子体积
波长
n1，n2 粒子，介质折光率
二．光散射定律 Reyleigh公式
I2434V2nn12122nn22222I0
四. 光学方法测定粒子大小
1. 超显微镜法 普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数 超显微镜：
四. 光学方法测定粒子大小
1. 超显微镜法 普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数 超显微镜：
化学反应工程(第三版)陈甘棠主编第八章气液两相反应器PPT课件
（8-14）
定常态操作时，单位界面上反应量等于扩散通量，即
NA(rA )d SA n dtD LA ddA czz0
将A的浓度分布对z求导后代入上式得
式中，
N A( rA )D L LA cA 1 i b D L L D c B c B A AL i kLc A Ai
k LA
DLA L
，称为液膜传质系数。
（8-16）
1 DLBcBL bDLAcAi
，称为瞬间反应的增强系数。物理意义是气
液反应条件下组分A的消失速率与最大物理吸收速率 kLAcAi 之比。 13
式（8-15）中cAi是界面浓度，难以测定，工程设计中通常将 其换算为容易测量的pA来表示的反应速率。因为，
N AkG(A p Ap A)i( rA )kLc A A 1 ib D L L D c c B B A A L i
第八章 气液两相反应器
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
8.1 概述
气-液相反应是一类重要的非均相反应。主要分为二种类型： （1）化学吸收： 原料气净化、产品提纯、废气处理等。 （2）制取化工产品
a.
b.
c.
（淤浆床）
A ( g b) l) B P(( r A ) k A c B c
定常态条件下，在单位面积的液膜中取一厚度为dz的微元层，对组分
A作物料衡算：
D Ld A dAc z( rA )d z D Ld A d c zAd dAc d z z
整理得
DLAdd2cz2A kcAcB 0
均相和非均相反应模型
均相和非均相反应模型下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!均相和非均相反应模型在化学领域中扮演着至关重要的角色。
均相反应动力学
理解反应级数时应特别注意： a.反应级数不同于反应的分子数，前者是在动力学意义上讲的， 后者是在计量化学意义上讲的。 对基元反应，反应级数 α1, α 2 …即等于化学反应式的计量系数 值，而对非基元反应，应通过实验来确定。 b.反应级数高低并不单独决定反应速率的快慢，反应级数只反 映反应速率对浓度的敏感程度。级数愈高，浓度对反应速率的 影响愈大。
对于多组分单一反应系统，各个组分的反应速率受化学计量关系的 约束，存在一定比例关系。例如 aA + bB rR + sS 反应，各组分的 → 反应速率满足下列关系：
n A0 − n A n B 0 − n B n R − n R 0 n S − n S 0 = = = a b r s
均相反应速率其他形式的表达式 流动系统的反应： 恒容下进行的反应： 气相反应：
预混和指物料在反应前能否达到分子尺度的均匀混和。 实现装置：机械搅拌和高速流体造成的射流混和
均相反应的特点：反应过程不存在相界面，过程总速度由化学反应本身 均相反应的特点 过程总速度由化学反应本身 决定。 决定。
均相反应速率
均相反应速率的表达式
± ri = ± 1 V d ni dτ
Kmol/m3.h
1 = kτ 如用转化率表示，则可写成： ln 1 − xA
若着眼于反应物料的利用率，或者着眼于减轻后分离的任务，应用转 化率积分表达式较为方便；若要求达到规定的残余浓度，即为了适应后 处理工序的要求，例如有害杂质的除去即属此类，应用浓度积分表达式 较为方便。
思 考 题
1、均相反应动力学方程有哪两种表达形式？ 2、反应速率常数的单位如何确定？ 3、下列术语的理解： 单一反应与复杂反应、基元反应与非基元反应、单分子与双分子、 三分子、反应级数、活化能
均相催化课件
均相催化
• 1.1.2 酸、碱定义 • S. A. Arrhenius在研究电解质在水溶液中的表现时，
曾对酸、碱定义如下： • 能在水溶液中给出质子（H＋）的物质称为酸；
能在水溶液中给出羟离子 • （OH－）的物质称为碱。 • 1923年，J. N. Brönsted（Bronsted）[布朗斯特]提
均相催化
• (3)加氢活性较高。由于中心金属电子密度增高， 负氢离子电负性也增强，加氢活性增高，使产物 只有醇而没有醛，并有5％烯烃也同时被加氢还原 成烷烃。
• (4)副产物少。由于反应中醛浓度很低，故醛醛缩 合及醇醛缩合等连串副反应减少。
• (5)对不同原料烯烃氢甲酰化反应的适应性差，因 为按不同烯烃相应调变配位基以调节催化剂的活 性是不容易的。
均相催化
CO的配位活化
均相催化
C2H4的配位活化
均相催化
• 1.2.4 络合催化中的关键反应步骤 • 关键基元步骤，对分析络合催化循环、调变控制
反应进程很有意义。 • 1、配位不饱和与氧化加成： • 配位不饱和：络合物的配位数低于饱和值。有络
合空位。 • 饱和配位：六：Ca、Cd、Co、Fe; 五：Ni; 四：Cu
均相催化
• 1.2.2 络合催化循环 • 1. 羰基合成(氢甲醛化,氢醛化) • 羰基钴络合催化烯烃成比原烯烃多一个碳原子的
醛。 • 该催化剂热稳定性较差，反应需在高温高压下进
行；该催化剂对正构醛的选择性较低（正异醛比 为4～5）。 • Co2(CO)8 + H2 2 HCo(CO)4
均相催化
均相催化
均相催化
酸、碱催化剂及其催化作用
均相催化
• 1.1.1 概述 • 均相催化反应：气相或液相。气相进料，液相反
• 1.1.2 酸、碱定义 • S. A. Arrhenius在研究电解质在水溶液中的表现时，
曾对酸、碱定义如下： • 能在水溶液中给出质子（H＋）的物质称为酸；
能在水溶液中给出羟离子 • （OH－）的物质称为碱。 • 1923年，J. N. Brönsted（Bronsted）[布朗斯特]提
均相催化
• (3)加氢活性较高。由于中心金属电子密度增高， 负氢离子电负性也增强，加氢活性增高，使产物 只有醇而没有醛，并有5％烯烃也同时被加氢还原 成烷烃。
• (4)副产物少。由于反应中醛浓度很低，故醛醛缩 合及醇醛缩合等连串副反应减少。
• (5)对不同原料烯烃氢甲酰化反应的适应性差，因 为按不同烯烃相应调变配位基以调节催化剂的活 性是不容易的。
均相催化
CO的配位活化
均相催化
C2H4的配位活化
均相催化
• 1.2.4 络合催化中的关键反应步骤 • 关键基元步骤，对分析络合催化循环、调变控制
反应进程很有意义。 • 1、配位不饱和与氧化加成： • 配位不饱和：络合物的配位数低于饱和值。有络
合空位。 • 饱和配位：六：Ca、Cd、Co、Fe; 五：Ni; 四：Cu
均相催化
• 1.2.2 络合催化循环 • 1. 羰基合成(氢甲醛化,氢醛化) • 羰基钴络合催化烯烃成比原烯烃多一个碳原子的
醛。 • 该催化剂热稳定性较差，反应需在高温高压下进
行；该催化剂对正构醛的选择性较低（正异醛比 为4～5）。 • Co2(CO)8 + H2 2 HCo(CO)4
均相催化
均相催化
均相催化
酸、碱催化剂及其催化作用
均相催化
• 1.1.1 概述 • 均相催化反应：气相或液相。气相进料，液相反
均相反应
收率与选择率之间的关 系：Y＝Ф·x
等温变容过程
反应前后总物质的量改变 体积改变 反应组分浓度改变 反应速度改变。 反应速度改变。
• 影响因素： ①Ｔ．Ｐ 影响因素： • ②反应前后物质的量 • 变容过程CA≠CAO(1－xA) － • 膨胀因子νAA+νBB→νCC+νDD
• 膨胀率
V x A =1 − V x A = 0 V xA =0
εA =
(k１ + k２)t = ln
C A0 − C Ae C A − C Ae
复合反应动力学
• 定义 看书
建立复合反应动力学方程的原则 １、将复合反应分解为若干个单一反应，并按单一反应过程求 将复合反应分解为若干个单一反应， 得各自的动力学方程。 得各自的动力学方程。 2，某一组分可能同时参与若干个单一反应时，该组分的生成速 ，某一组分可能同时参与若干个单一反应时， 率应该是其在各个单一反应中的生成速率之和。 率应该是其在各个单一反应中的生成速率之和。
平行反应
• 定义*看书
浓度和反应时间的关系曲线
串联反应
浓度和时间的关系曲线
复合反应的收率与选择性
• 收率定义：看书（Y） • Y＝
生成目的产物消耗关键 组分的摩尔数 ｎ －nＰ,0 νＡ ＝ Ｐ ⋅ 进入反应系统关键组分 的摩尔数 nＡ,0 vP
选择率
生成目的产物消耗关键 组分的摩尔数 N P − N P,0 νＡ ＝ ⋅ 反应消耗关键组分的摩 尔数 N A,0 − N A vP
不可逆反应
• 一级不可逆反应
− rA = − dc A ｎ ＝ｋｃＡ dt
• 二级不可逆反应
1 1 1 XA ) kt= − = ( CA CA0 CA0 1−XA
均相反应过程[精品ppt课件]
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3.1 概述
1.间歇反应器 物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分
批进行的。物料在反应器内的温度和浓度是均一的。温度与温度
都是均一的处处相等。
2019年3月31日4时1分
2
流动反应器 反 2. 物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。 应 工 物料在反应器内的流动过程不同。有的物料正常的通过反 程 应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近
第 三 章 均 相 反 应 过 程 路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。停留时间不 同的流体颗粒之间的混合，称为“返混”将导致反应效率
的降低。
在流动反应器中物料的流动过程不相同，造成物料浓度 不均匀，经历的反应时间不相同，直接影响反应结果。 我们采用流动模型来描述物料在反应器内的流动状况。
2019年3月31日4时1分
xA 0 c A dc dxA A cA0 r rA A
t
dx A nA0 0 V(rA )
xA
rA kc n A (一般式)
(恒容)
c A0
xA
0
c A dc dxA A cA0 r rA A
从而得出反应时间和转化率关系的理想反应的间歇式 反应器性能方程
2019年3月31日4时1分
15
反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
第3章
均相反应过程
•反应器开发的任务：
（1）选择合适的反应器；
（2）确定操作方式的优化设计； （3）确定反应器尺寸和进行经济评价。
•反应器的特性：
流动状态 混合状态 这些特性因反应器的几何结构及 几何尺寸而异
《均相催化过程》课件
其寿命是均相催化领域的重要研究方向。
副反应与产物选择性的控制
要点一
总结词
要点二
详细描述
副反应和产物选择性是均相催化过程中的常见问题，有效 的控制策略对于提高目标产物的收率和质量至关重要。
在均相催化过程中，副反应的发生会导致目标产物收率的 降低和分离纯化成本的增加。产物选择性则决定了目标产 物的纯度和质量。通过优化反应条件、选择合适的催化剂 和添加剂，可以有效控制副反应和产物选择性，从而提高 目标产物的收率和质量。
羰基化反应
总结词
羰基化反应是一种在催化剂的作用下，将有机化合物中的羟基或氨基替换为羰基的过程 。
详细描述
羰基化反应通常在高温和高压力条件下进行，催化剂为金属络合物或金属氧化物等。反 应过程中，羰基化试剂与被羰基化物质在催化剂的作用下反应，生成新的有机化合物。
03
均相催化过程的应用
石油化工
01
石油化工是均相催化过程的重要 应用领域之一，主要涉及石油的 加工和转化，如烷基化、异构化 、加氢裂化等。
加氢反应
总结词
加氢反应是一种在催化剂的作用下，将有机化合物中的双键或三键加氢的过程。
详细描述
加氢反应通常在高温和高压力条件下进行，催化剂为金属催化剂，如铂、钯和镍 等。反应过程中，氢气与被加氢物质在催化剂的作用下反应，生成新的有机化合 物。
氧化反应
总结词
氧化反应是一种在催化剂的作用下，将 有机化合物中的氢原子替换为氧原子的 过程。
《均相催化过程》PPT 课件
目录
• 均相催化过程简介 • 均相催化反应过程 • 均相催化过程的应用 • 均相催化过程的优化与控制 • 均相催化过程的挑战与展望
01
均相催化过程简介
副反应与产物选择性的控制
要点一
总结词
要点二
详细描述
副反应和产物选择性是均相催化过程中的常见问题，有效 的控制策略对于提高目标产物的收率和质量至关重要。
在均相催化过程中，副反应的发生会导致目标产物收率的 降低和分离纯化成本的增加。产物选择性则决定了目标产 物的纯度和质量。通过优化反应条件、选择合适的催化剂 和添加剂，可以有效控制副反应和产物选择性，从而提高 目标产物的收率和质量。
羰基化反应
总结词
羰基化反应是一种在催化剂的作用下，将有机化合物中的羟基或氨基替换为羰基的过程 。
详细描述
羰基化反应通常在高温和高压力条件下进行，催化剂为金属络合物或金属氧化物等。反 应过程中，羰基化试剂与被羰基化物质在催化剂的作用下反应，生成新的有机化合物。
03
均相催化过程的应用
石油化工
01
石油化工是均相催化过程的重要 应用领域之一，主要涉及石油的 加工和转化，如烷基化、异构化 、加氢裂化等。
加氢反应
总结词
加氢反应是一种在催化剂的作用下，将有机化合物中的双键或三键加氢的过程。
详细描述
加氢反应通常在高温和高压力条件下进行，催化剂为金属催化剂，如铂、钯和镍 等。反应过程中，氢气与被加氢物质在催化剂的作用下反应，生成新的有机化合 物。
氧化反应
总结词
氧化反应是一种在催化剂的作用下，将 有机化合物中的氢原子替换为氧原子的 过程。
《均相催化过程》PPT 课件
目录
• 均相催化过程简介 • 均相催化反应过程 • 均相催化过程的应用 • 均相催化过程的优化与控制 • 均相催化过程的挑战与展望
01
均相催化过程简介
均相反应动力学方程的建立PPT演示课件
15
1
2
16
3
小结：
• 当 n 取某一个值以致能在图上绘成某 一种直线时，所取 n 就可表示反应级数， 如不然，就要重新假设 n ，再尝试。
• 实际上，不论 n为何值，实验点不可能 严格与方程轨迹一致，因此，求得的 k 都 带有一定的偏差，但只要偏差小至一定程 度，就认为可以接受。
• 等温恒容不可逆反应的速率方程及积 分式见表2-4
1
(1
xA )
(
1
x
A
)
dx
A
kC A0t
ln
( (1
xA ) xA )
CA0 (
1)k t
(CB0
CA0)kt
ln
CBCA0 CACB0
(CB0
CA0)k t
18
2.3.1.2 可逆反应
如 N2+3H2
• 优点？
处理非整数级数反应比积分法更有效。
• 程序？
23
⑴ 对任一不可逆单一反应(等温恒容)， 假定一反应机理，列出动力学方程式：
rA
dCA dt
kC
AC
B
kf (C)
⑵ 将实验所得数据在 CA- t 两维相平面 上标绘出光滑曲线；
在各浓度值位置求曲线斜率dCA/dt ，
即为相应浓度下的反应速率值 (-rA)；
(k1 k2 )C A k2C A0
(1)
令K= k1/ k2，积分得
ln
C
A0
(
1
K K
均相反应动力学基础
t/hr 醋酸转化量 ×10-2(kmol.m-3) 0 0 1 1.636 2 2.732 3 3.662 4 4.525 5 5.405 6 6.086 7 6.833 8 7.398
试求反应的速率方程。
38 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化率较低时的
当反应达到平衡时，反应物与产物浓度不再随时间
而变，反应的净速率为零，相应于此时的浓度称为平衡
浓度，根据反应的计量关系：
故有 即
35 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
将实验测定的
得一直线，其斜率即为 后再结合式
数据，按
对t作图，可
，如图2-5所示，求得
便可分别求得
和 。
图2-2 可逆反应的cA-t关系
化学反应工程
36
第2章 均相反应动力学基础
表2-2 等温恒容可逆反应的速率方程及其积分式（产物起始浓度为零）
37 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
例2-1 等温条件下进行醋酸 (A)和丁醇(B)的醋化反应：
CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O
醋酸和丁醇的初始浓度分别为 0.2332 和 1.16kmolm-3 。 测得不同时间下醋酸转化量如表所示。
转化了的A组分量 n A0 n A xA A组分的起始量 n A0
9 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
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。
试求反应的速率方程。
38 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化率较低时的
当反应达到平衡时，反应物与产物浓度不再随时间
而变，反应的净速率为零，相应于此时的浓度称为平衡
浓度，根据反应的计量关系：
故有 即
35 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
将实验测定的
得一直线，其斜率即为 后再结合式
数据，按
对t作图，可
，如图2-5所示，求得
便可分别求得
和 。
图2-2 可逆反应的cA-t关系
化学反应工程
36
第2章 均相反应动力学基础
表2-2 等温恒容可逆反应的速率方程及其积分式（产物起始浓度为零）
37 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
例2-1 等温条件下进行醋酸 (A)和丁醇(B)的醋化反应：
CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O
醋酸和丁醇的初始浓度分别为 0.2332 和 1.16kmolm-3 。 测得不同时间下醋酸转化量如表所示。
转化了的A组分量 n A0 n A xA A组分的起始量 n A0
9 化学反应工程
第2章 均相反应动力学基础
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。
均相反应动力学
对副产物S 对副产物S有：
rS dCS k2 =− = ϕS = − rA dCA k1CA + k2
CS k2 k2 + k1CA0 φS = = ln CA0 − CA k1(CA0 − CA ) k2 + k1CA
CP = SP = CS 1 k2 + k1CA0 k2 ln k1(CA0 − CA ) k2 + k1CA −1
2.42.4-2 支链反应
如果在链传递过程中，一个链传递 物会产生数个链传递物，这样会产 生支链，每个新产生的支链在传递 过程会产生新的支链。
(
)
(
)
起始条件： t=0时， CPe = −∆ξ , CSe = −∆ξ
* 1
* 2
' CPe m2 + k1 + k1 etm1 − m1 + k1 + k1' etm2 + k1CSe etm1 − etm2 CP = CPe + m1 + m2
' ' CSe m1 + k2 + k2 etm2 − m2 + k2 + k2 etm1 + k2CPe etm2 − etm1 CS = CSe + m1 + m2
* 2
T=0时，CA=CA0，CP0=CS0=0
[nA0 − nA ]1
V V [nA0 − nA ]2 ξ2 * = = [CA0 − CA ]2 = ξ2 V V
=
ξ1
= [CA0 − CA ]1 = ξ
* 1
CA0 − CA = ξ + ξ
* 1
* 2
CP = ξ
8气液相反应过程与反应器
气相组分进入到液相的过程是一个传质过程。
双膜论
Ci
pG
δ g δ L
CL pi
G
G
L
L
1、气相中反应组分由气相主体 透过气膜扩散到气液界面； 2、该组分进入液相后，通过液 膜扩散到液相主体； 3、进入液相的该组分与液相中 反应组分进行反应生成产物； 如为挥发性产物，： 4、产物由液相主体透过液膜扩 散到气液界面； 5、产物从气液界面透过气膜扩 散到气相主体。
dnAL DAL S (c AI c AL ) k AL S (c AI c AL ) dt L
定态，则：dnAG
dnAL dt dt
组分A与B在液相中进行化学反应：aA bB rR rA rB m n r kcA cB
A
B
液膜内离相界面I处取一厚度为dl，与传质方向垂直的面积S的体积 作为体积元，对该体积元作A组分的物料衡算，在单位时间内：
L
dcA 气液界面处：D AL ( ) I k AL (c AL c AI ) k AL D AL / L dl
同理，有： k BL DBL / L , k AG DAG / G
这是在液膜区内无化学反应，即物理吸收过程的规律：
' L /L 1
dnA 1 S ( p AG Kc AL ) 1 K dt k AG k AL
BC：l 0 : c A c AI ; l R : c A 0
dcA n c AI , m c AI / R dl
R l L 液膜中仅有组分B而没有组分A：
DBL
BC： l R : cB 0; l L : cB c BL
第八章 均相反应过程02
VR
0
x Af dx dVR A 0 qn , A0 rA
x Af dx VR A 0 qn , A0 rA
若反应过程中流体体积流量不发生变化
qn, A0 qV 0 cA0
t
xAf dx cAf dc VR A A c A0 0 cA 0 r qV 0 rA A
8-6 多釜串联反应器
一、结构与操作特点
1. 结构
将若干全混流反应器头尾相接，即为多釜串联反应器
2. 操作：连续操作
二、物料流动状况
1. 每釜都是一个CSTR 2. 多釜串联工作：物料介于CSTR—PFR之间
三、多釜串联的计算
1. 计算内容 （1）反应釜数目 （2）已知釜数，求可达最大转化率 （3）已知釜数、cA,0、cA,N或xA,N，求单釜(VR)i及总VR
t：空间时间，反应器有效容积与进 口处物料体积流量之比 （p33）
对等温恒容过程的PFR，两者一致
∴
VR qV t
反应时间的计算（p34） — PFR与BSTR相同
反应级数 零级 一级 二级 反应速率 rA = k rA = kcA rA = kcA2 反应物浓度式 kt = cA,0-cA
kt ln kt cA,0 cA
第八章 均相反应过程
化学与工程—化学反应工程
BSTR
反应物料一次加入； 充分搅拌，整个反应器内物料的 浓度和温度保持均匀； 常配有夹套或蛇管，以控制反应 温度； 间歇反应器操作的一个生产周期 包括加料、反应、出料、清洗； 由于剧烈搅拌，物料达到分子尺度上的均匀，且 浓度、温度处处相等并随时间变化。
右边
反应物A消耗量 反应物体积 时间 反应物体积
均相催化过程【优质】PPT文档
有机金属配合物催化
▪ 有机金属配合物是均相催化剂的主体。有机金属 化学的迅速发展，很大程度 上就是由于这些配合 物作为催化剂在某些重要的工业生产上得到了广 泛的应用， 对不稳定的、催化上活泼的有机金属 配合物 的结构和反应性能有很大影晌。随着对这 领域认识的加深，人们在尝试研制一种 对特定反 应有恰好合适结构的催化剂方面已取得可喜进展。
过渡金属络合物的一些重要性质和催化作用 (1)过渡金属d电子组态与络合物配位数的关系
▪ 缺点： 反应后一般难以分离，而且易受 3）异裂加成活化：实为取代。
配位不饱和的几种情况： 配位不饱和的几种情况： C2H4 R3P和CO等能与过渡金属形成 络合物(也称 络合物),通过 键，电子可从金属反馈给配位体，因而就有利于亲核配位体Y
外来杂质的影响，寿命较短，热稳定性较 取代X(见下图).
电子组态从d0到d10的中心金属离子或原子有较多的轨道 可用来形成化学键; 中心金属离子的配位数和价态容易改变; 中心金属离子的前沿d轨道具有合适的对称性和能级， 可通过反馈电子到反应基团的相应反健轨道，以活化其 键或键; 通过电子效应(如对位效应)、空间效应，或不参加催化 反应的配位体的对映体选择性诱导效应，提供了调节甚至 精细调节催化活性和选样性的更多可能性．
六十年代末，研制出了许多重要的高效负载型过渡金属 络合物催化剂．
从那时以来的其它重要发展趋向是：过渡金属原子簇络 合物催化剂的研究，用量子化学计算方法检验活性中心模 型和反应途径的合理性，金属酶的化学模拟、研究、设计 用于电催化和光助催化的过渡金属络合物催化剂等等．
为什么起配位络合催化作用的催化剂主要 是过渡金属络合物呢？
▪ 优点： 均一性、专一性、高效性 过渡金属化合物对基质分子如一氧化碳、烯炔烃等具有强的亲合力，易与之形成络合物而使其活化．为将这些物质引入反应，络合物
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BSTR内物料状况
1. 反应器内任一几何位置的物料浓度都相同 2. 温度都相同 3. 物料在反应器中停留时间都相同 4. 反应物浓度随时间延长而降低
BSTR内物料的混合程度 = ∞
BSTR反应器容积的计算
对于着眼组分A：
单位时间内由于反应而消耗的A物料量 = -单位时间内A物料的积累量
左边
rA
反应级数 零级 一级
二级
反应速率 rA = k rA = kcA
rA = kcA2
反应物浓度式
kt = cA,0-cA
kt ln cA,0 cA
kt 1 1 cA cA,0
转化率式
kt = cA,0 xA
1 kt ln
1 xA
kt
xA
cA,0(1 xA )
BSTR与PFR比较
一、结构与操作特点 1. 结构
CSTR结构与BSTR相同 可以是单釜连续操作，也可由多釜串联操作
2. 操作
CSTR：连续操作，连续投料，连续出料 BSTR：间歇操作，一次投料，一次出料
二、物料流动状况
1. 连续加料并高速搅拌，CSTR内混合程度∞ 2. 反应器内c、x、rA、T等都为定值，且任一位置
V
反应物A消耗量 时间反应物体积
反应物体积
右边
dnA dt
dnA0(1
dt
xA )
nA0
dxA dt
rA
V
nA0
dxA dt
间歇反应器
基本方程式
t nA0
xA dxA 0 rA V
对于定容过程：
t nA0
V
xA 0
dxA rA
cA0
xA dxA 0 rA
上的c、x、rA、T都相同
3. 连续出料，出料的c、x、rA、T等都与反应器内 物料相同
4. 物料在反应器内停留时间从0~∞都存在，不同停 留时间的物料在反应器内混合很好
三、CSTR的计算
PFR结构与操作特点
1. 无搅拌器，但可附设加热、冷却器 2. 连续投料，连续出料 3. 物料在反应器中高速流动
PFR物料流动状况
(1)物料在反应器中依次前进，象活塞推进一样流动 (2) 反应器中物料完全不混合，混合程度= 0 (3) 任一截面上有关参数c、r、x等都相等 (4) 物料的c、r、x等随反应器长度的改变而变化 (5) 物料在反应器中停留的时间都相等
全混流
※是指连续稳定流入反应器的物料在强烈的搅拌下 与反应器中的物料瞬间达到完全混合，又称理想混 合流。 特点：
※反应器内物料的参数处处均匀，且 等于流出物料的参数； ※但物料质点在反应器中停留的时间 各不相同，即形成停留时间分布； ※物料连续地流入和流出反应器，操 作为定态过程。
CSTR：Continuous Stirred Tank Reactor 又称连续搅拌釜式反应器
dqn,A d qn,A0 (1 xA ) qn,A0dxA qn,A0dxA rA dVR
对整个反应器，其 边界条件为：
当VR 0, xA 0;VR VR , xA xAf
VR dVR
dx xAf
A
q 0 n, A0
0 rA
VR
PFR反应器容积的计算
定态操作时，对关键组分A进行物料衡算: 单位时间内物料A的进入量(qn,A ) =单位时间内物料A的引
出量(qn,A+dqn,A )+单位时间内反应掉的A的量(rAdVR)+累 积量(连续操作条件下为0 )
即：qn,A qn,A dqn,A rAdVR
dqn,A rA dVR
第八章 均相反应过程
化学与工程—化学反应工程
BSTR
反应物料一次加入； 充分搅拌，整个反应器内物料的 浓度和温度保持均匀； 常配有夹套或蛇管，以控制反应 温度； 间歇反应器操作的一个生产周期 包括加料、反应、出料、清洗；
由于剧烈搅拌，物料达到分子尺度上的均匀，且 浓度、温度处处相等并随时间变化。
t VR qV
反应器有效容积 反应器中物料体积流量
t：停留时间，反应器中反应物料从 进入到离开反应器的时间
t
VR qV ，0
反应器有效容积 进口处物料体积流量
t：空间时间，反应器有效容积与进 口处物料体积流量之比 （p33）
反应时间的计算（p34） — PFR与BSTR相同
cA kt 1 1
cA cA,0
转化率式
kt = cA,0 xA
1 kt ln
1 xA
kt
xA
cA,0 (1 xA )
对于不能表达成简单整数级的复杂的化学反应，可采用作图法求解。
面积=VR/qnA0=t/cA0
1/rA
1/rA
面积= t =VR/qV0
0
xA0
xA
0 cA
cA0 cA
BSTR反应器容积的计算
（1）有效容积VR（p24）
VR = u(t + t')
（2） 总容积VT
VT
VR
u：每小时处理物料的平均体积
t：反应所需时间（装料完毕开始反
应算起到达到一定转化率时所经历的时 间）(计算关键)
t'：辅助时间（装料、卸料、清洗等
所需时间之和）(经验给定)
：装料系数 ，由经验确定，一般为 0.4～0.85
一、相同点
1. 停留（反应）时间的表达式相同 2. 物料操作方程形式类似 3. 反应器内物料浓度、反应速度、转化率变迁过程相同，
反应推动力一致
二、不同点
物料流动状况不同
BSTR 混合 = ∞ 非稳态过程 （各参数随时间变化）
PFR 混合 = 0 稳态过程 （各参数随空间变化）
8-5 全混流反应器(CSTR)
又 cA cA0 (1 xA ), dcA cA0dxA
t cA dcA
r c A 0
A
BSTR简单整级数的反应的表达式（p34）
反应级数 零级 一级
二级
反应速率 rA = k rA = kcA
rA = kcA2
反应物浓度式
kt = cA,0-cA kt ln cA,0
dx xAf
A
qn, A0
0 rA
若反应过程中流体体积流量不发生变化
qn,A0 qV 0 cA0
t VR
qV 0
cA0
xAf 0
dxA rA
cAf cA0
dcA rA
活塞流反应器 基本计算式
注：理想管式反应器中简单级数 的反应表达式与间歇釜式反应器 的结果完全一样
停留时间和空间时间