化学反应工程讲义第二版
化学反应工程(郭锴第二版)课件 第四章2
多个组分被吸附：
i 1 K i pi
i 1
m
K i pi
K p
i 1 i
m
i
(3) 被吸附的分子发生解离
ka 2Aσ A2 + 2σ k
d
吸附速率 ：
脱附速率 ：
ra= kapAθV 2 = kapA(1－θA) 2
rd= kdθA2
平衡时， ra=rd 可推得
A KApA 1 K ApA
某些固体
发生化学反应的流体 高温时明显，吸附速率随温度升 高而增加gt;40kJ/mol,对非活 化的化学吸附，此值较低 单层吸附或不满一层 常为不可逆 测定表面浓度、吸附和脱附速率； 估计活性中心面积；阐明表面反 应动力学
多相催化反应的表面反应过程
化学反应工程
第四章 气固相催化反应本征动力学
• 对于气固相催化反应，由于反应在异相 进行，存在本征动力学和宏观动力学之 分，其区别在于有无传递过程的影响。 • 本章主要讨论催化剂、催化反应机理和 本征的反应速率。
气固相催化过程
• 气固相：反应物和产物均为气相，催化剂 为固相。 • 催化剂参与反应，但在反应过程中不消耗 。 • 催化剂的加入可以改变反应速率。 • 催化剂的加入，不能改变反应的平衡。催 化剂以同样的比例同时改变正逆反应的速 率。
θA KApA 1 KApA
双曲型吸附等温线
式中： K A
ka kd
吸附很弱KApA<<1，θA= KApA 吸附很强KApA>>1， θA=1
吸附平衡常数与温度的关系 ： KA=ka/kd=ka0exp(-Ea/RT)/ kd0exp(-Ed/RT)=KA0exp[-(Ea-Ed) / RT]= KA0exp(q /RT) θA q=Ed-Ea，称为吸附热； T KA
(整理)化学反应工程第二版课后答案.
第一章习题1化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。
2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。
基元反应符合质量作用定律。
基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。
基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。
一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。
非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。
非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。
3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)A+2B ↔C A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E(3)2A+2B ↔C A+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。
化学反应工程第二版课后答案
第一章习题 1化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。
2何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。
基元反应符合质量作用定律。
基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。
基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。
一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。
非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。
非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。
3若将反应速率写成tc rd d A A-=-，有什么条件?答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
4为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
5现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)A+2B ↔C A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E (3)2A+2B ↔C A+C ↔D 解(1)D4C A 3D D4C A 3C 22B A 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E6D C 5D 4C B 3C 22B A 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D4C A 3C 22B 2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。
工程化学第一章课件
分类 敞开系统
物质交换 有
能量交换 有
封闭系统
孤立系统
无
无
有
无
敞开系统
封闭系统
孤立系统
孤立系统是一种科学的抽象,对于科 学研究有重要意义.
第一章 化学反应的基本原理
1.1.2 过程和环境
过程：当系统的状态发生变化时，我们把这种变化称为过程。 途径：完成这个过程的具体步骤称为途径。
1. 等压过程 系统的压力始终恒定不变（△P=0）。
应速率很慢，就要寻找适当的催化剂以加快反应速率。 4. 进一步了解物质的结构和性能之间的关系，深入探讨化 学反应的本质。
第一章 化学反应的基本原理
第一节 化学反应的基本概念
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 系统和环境 过程和途径 状态和状态函数 热和功 热力学能
第一章 化学反应的基本原理
液体和固体——Pθ压力下的液态和固态纯物质
温度可以任选，通常选 298.15 K。
第一章 化学反应的基本原理
H 2 ( g ) 0.5O2 ( g ) H 2O(l )
rH m1
rH m 2
rH m3
rH m 4
2H ( g ) O( g ) H 2O( g )
体积功—系统体积变化反抗外力所作的功称为体积功。 非体积功—其他功（电功、表面功）等都称为非体积功。
第一章 化学反应的基本原理
1.1.4 热和功
规定： 系统从环境吸热时，Q为正值； 系统向环境放热时，Q为负值。 环境对系统做功时，W为正值； 系统对环境做功时，W为负值。
环 热
Q﹥
境
Q﹤
体
w﹥
1.2.4 键能
《反应工程》(第二版李绍芬)课后答案
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0.8C A 0t =
XA 1− XA
解得 XA=82.76%。 2.5 氨合成塔入口的气体组成为 3.5%NH3,20.8%N2,62.6%H 2,7.08%Ar 及 5.89CH 4。该塔是在 30MPa 压力下操作。已知催化剂床层中某处的温度为 490℃， 反应气体中氨含量为 10%（mol） ，试计算该处的反应速率。在 Fe 催化剂上氨合 成反应速率式为：
由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高 原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为 液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩 机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 冷凝分离 合成
原料气 循环压缩 100kmol
S = Y = 0.629 = 0.9611 = 96.11% X 0.720
（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（ 摩 尔 比 ） ， 当进入反应器的总原料量为 100mol 时，则反应器的进料组成为 组分 摩尔分率 yi0 摩尔数 ni0 (mol) CH3 O 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 H 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 设甲醇的转化率为 XA，甲醛的收率为 YP ，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器 出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数 nA、nP 和 nc 分别为： nA=nA0 (1-XA )=7.672 mol nP=nA0 YP=18.96 mol nC=nA0 (XA -YP )=0.7672 mol 、 氧 气 （nO）和氮气（nN）的摩尔数分别 结合上述反应的化学计量式，水（nW） 为： nW=nW0 +nP+2nC =38.30 mol nO=nO0-1/2n P-3/2n C=0.8788 mol nN=nN0 =43.28 mol 所以，反应器出口气体组成为： 组分 摩尔数（mol） 摩尔分率% CH 3O 7.672 6.983 H HCHO 18.96 17.26 H 2O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O2 0.8788 0.7999 N2 43.28 39.39
化学反应工程第二版课后答案
第一章习题1化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。
2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。
基元反应符合质量作用定律。
基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。
基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。
一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。
非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。
非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。
3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)A+2B ↔C A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E(3)2A+2B ↔CA+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。
化学反应工程第二版课后答案
第一章习题1化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。
2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。
基元反应符合质量作用定律。
基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。
基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。
一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。
非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。
非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。
3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)A+2B ↔C A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E(3)2A+2B ↔CA+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。
反应工程--第二版--李绍芬课后答案
2.3 已知在 Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为： 式中 yCO 和 yCO2 为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率， 0.1MPa 压力及 700K 时反 应速率常数 kW 等于 0.0535kmol/kg.h。如催化剂的比表面积为 30m2/g，堆密度为
H2 2 69.78 CO2 44 0.82 CH4 16 3.62 N2 28 10.29 总计 100 其中冷凝分离后气体平均分子量为 M’m=∑yiMi=9.554 又设放空气体流量为 Akmol/h，粗甲醇的流量为 Bkg/h。对整个系统的 N2 作衡算 得： 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A） 、 （B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中 CO 摩尔流量为 FCO=0.1549A+9.38B/(28×1000) 将求得的 A、B 值代入得 FCO=4.431 kmol/h 故 CO 的全程转化率为
rA
dFA dVR
FA FA0 (1 X A ) Q0C A0 (1 X A ) dFA Q0C A0dX A
故反应速率可表示为：
rA Q0C A0
dX A dX A C A0 dVR d (VR / Q0 )
用 XA～VR/Q0 作图，过 VR/Q0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的 dXA/d(VR/Q0) 值α。 VR/Q0min 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 XA % 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
化学反应工程课件-PPT
k/
k
K
1/ p
E
E
1
H
r
ln
k
ln
k
1
ln
K
p
d ln k dT
d ln k dT
1
d ln K p dT
1
H r 1R4T 2
E
E
1
H r
对于吸热反应，ΔHr>0 对于放热反应，ΔHr<0
EE
EE
●反应 速率与 温度的 关系
r k f (X A) k g(X A)
r
dk
dk
( T ) xA f ( X A ) dT g( X A ) dT
kcA0 (1 X A ) (cB0
B A
cA0 X A )
(2.48)
XA——t
● 变
AA BB PP
ci
ni V
XA
容
过 程
* rA kcAcB
1 V
dnA dt
kcA cB
30
AA BB PP
组分
A B
反应前(XA=0)
nA0
1 j A1 2 j A2 ij Ai 0 rj
1M A1 2M A2 iM Ai 0 rM
M
i ij r j (*) j 1
rj
？
i
●忽略次要反应，确定独立反应数M；
●测M个组分的 i
●对每个组分按（*）式,建立M个线 性方程；
●求解代数方程组，得 rj.
22
例：乙苯催化脱氢反应可以用下列方程式表示
不受其他反应的反应组分浓度的影响。
特殊 情况
●多相催化反应； ●变容气相反应.
化学反应工程(第二版)第1章
8
9
化学计量系数矩阵法
• 这种方法适用于能够根据化学知识写出化学组分间可能存 在的反应的化学计量式，即化学计量系数矩阵已知的情况。 在的反应的化学计量式，即化学计量系数矩阵已知的情况。 若令化学计量系数矩阵中的第j 若令化学计量系数矩阵中的第j个行向量为a j ,式:
m
i=1,2,…,n，可改写为： i=1,2, ,n，可改写为： ,n
n
骣 骣 çb11 b12 鬃 b1n ÷çD N1 ÷ ÷ç ÷ ç çb ÷ b 22 鬃 b 2 n ÷çD N 2 ÷ ÷ç ç 21 ÷ç ÷= b D N = 0 ç ÷ç ÷ ç ÷ ÷ ç ⋮ 麋 ⋮ ⋮ ÷ç ⋮ ÷ ÷ ç ÷ç ÷ ç çb ÷ç ç l1 b l 2 鬃 b ln ÷桫 N n ÷ ÷çD ÷ 桫
i= 1
为第j个反应中组分 的化学计量系数。上式即相当于： 个反应中组分A 式中a ij为第 个反应中组分 i的化学计量系数。上式即相当于：
a 11 A1 + a 21 A2 + 鬃 a n1 An = 0 ? a 12 A1 + a 22 A2 + 鬃 a n 2 An = 0 ? 鬃鬃 鬃 a 1m A1 + a 2 m A2 + 鬃 a nm An = 0 ?
ξ=
nI − nI0
• 定义反应程度 • 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I 式中， 的摩尔数， 为其计量系数， 的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始18 的摩尔数。 时刻组分I的摩尔数。
αI
• 因此，该量ξ可以作为化学反应进行程度的 因此， 度量。 度量。 • ξ恒为正值，具有广度性质，因次为[mol]。 恒为正值，具有广度性质，因次为[mol] [mol]。 • 反应进行到某时刻，体系中各组分的摩尔数 反应进行到某时刻， 与反应程度的关系为： 与反应程度的关系为：
化学反应工程学讲义
掌握换热式固定床催化反应器床层轴向温度的变化规律及其影响因素和利用热点（或冷点）的位置变动判断反应器操作工况。
了解换热式固定床催化反应器的设计优化问题，参数敏感性问题以及飞温和失控现象。
了解自热式固定床催化反应器的操作工况。
了解液化床催化反应器的主要结构及操作，两相理论的概念及床层中气泡行为。
了解实验室反应器的主要类型及其特点。
三、学时安排本科四年制《化学工程与工艺专业》适用（６４学时）第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章3 9 10 8 9 11 8 33返回第一章概述无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的产品。
生产过程包括如下三个组成部分：图1.1 典型的化学加工过程第①和③两部分属于单元操作的研究范围；而②部分是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。
上图为厂区夜景，点击可进入有更多介绍工厂及设备的图片第一节化学反应工程一、化学反应工程的研究对象化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。
反应动力学--研究化学反应进行的机理和速率，以获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如反应模式、速率方程及反应活化能等其中速率方程可表示为：r=f（T、、P）（对于一定的反应物系）而言--随时间、空间变化其中，r为反应系统中某一组分的反应速率，代表浓度的矢量，P为系统的总压。
反应器设计分析--研究反应器内上述因素的变化规律，找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。
注意：化学反应是研究反应本身的规律，与反应器内各局部的状况有关，而反应器总体的性态。
所以可以说反应动力学从点上着眼，而反应器的设计与分析则从面上（体上）着手。
二、化学反应的分类（反应工程学科）无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分类。
下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一些可能同时属于两个或者更多的反应种类。
化学反应工程第二版课后答案
第一章习题1化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。
2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。
基元反应符合质量作用定律。
基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。
基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。
一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。
非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。
非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。
3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)A+2B ↔C A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E(3)2A+2B ↔C A+C ↔D 解(1)D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r +--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。
化学反应工程原理-第二版-华东理工大学出版社
an n p n n A Ao Po P )()(--=-βAf Ao Pf C C C -=βAoPf C C =ϕ1 基本概念1.1 优化：在一定的范围内，选择一组优惠的决策变量，使系统对于确定的评价标准达到最佳的状态。
1.2 反应速率：反应系统中某一物质在单位时间、单位反应区内的反应量。
1.3 反应转化率：反应物中某一组分转化掉的量（摩尔）与其初始量（摩尔）的比值。
常用x 表示。
1.4选择率：对于复杂反应过程，同一反应原料可以生成几种不同的产物和无用的副产物。
此时，不同产物之间的分配比例对该反应过程的经济效益是一个非常重要的指标。
产物之间的这种分配比例可以用反应选择率 表示。
定义为已经转化掉的反应物量（摩尔）中，转化为目的产物的摩尔分率。
例：（主反应） （副反应）或又称为平均选择率。
瞬时选择率 β1.5反应收率：得到的产物的量与投入反应系统的原料的量的比值φ。
该指标综合了选择率和反应速率两个指标的特点。
可采用摩尔收率和质量收率来表示。
以摩尔收率为例： 总收率 1.6 单耗：产品的原料消耗若以每份产品所需的反应原料份数来表示，就称为原料单耗，也可以用摩尔分率或质量分率来表示。
单耗与收率互成倒数。
1.7 返混：使早先进入的存在于反应器内的物料有机会与刚进入的反应物料相混合，这种混合现象称为返混现象。
1.8排除了一切物理传递过程的影响，得到的化学反应动力学称为微观动力学或本征动力学。
在包含物理过程影响的条件下所测得的反应动力学称为宏观动力学（或称为表观反应动力学）。
1.9 基元反应和非基元反应：如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子，这种化学反应称为基元反应(elementary reaction)，否则就是非基元反应。
1.10 反应机理或反应历程：复杂反应要经过若干个基元反应才能完成，这些基元反应代表了反应所经过的途径，动力学上就称为反应机理或反应历程。
1.11 反应的级数：在化学反应速率方程中，各物浓度项的指数之代数和就称为该反应的级数,用n 表示。
反应工程第二版 第四章气固相催化反应本征动力学
• 本章讨论化学动力学过程。
10
固体催化剂
• 固体催化剂由三部分组成，活性组分、 助剂和载体。
• 三者不能截然分开。 • 通常对活性组分的要求： • 具有尽可能高的催化活性，选择性和抗
毒性。 • 通常对载体的要求： • 高强度，高比表面。
化学吸附 强
可高于 沸点温度 接近反应热
19
化学吸附与脱附
• 化学吸附速率的表达
• 活性中心：固体催化剂表面能够与气相 分子发生反应的原子。以符号σ表示。
• 吸附式可以表示为如下型式：
•
A+ σ→A σ
• A－反应物， σ－活性中心， A σ－吸附
了反应物的活性中心
20
吸附率：
A
被A组分覆盖的活性中心数 总活性中心数
11
• 活性组分 • 以金属为主，根据不同的用途，有金属
氧化物及硫化物等等。 • 一个成功的催化剂往往是主催化剂和助
催化剂及载体的完美结合。 • 活性组分的选择，根据目前的知识水平
只能有一个大致的方向，尚不能预先选 择。
12
• 载体 • 以多孔物质为主，如硅藻土、三氧化二
铝等。 • 根据不同的需要，有不同的孔径和比表
26
对双组分吸附：
A组分
A
σ
kaA
Aσ
kdA
吸附速率
raA kaA pAV
脱附速率
rdA kdAA
表观速率：
B组分
B
σ
kaB
Bσ
kdB
吸附速率
raB kaB pBV
脱附速率
rdB kdBB
化学反应工程课件—第二章（反应速率）（ＰＤＦ）
1
第二章 反应动力学基础
讲授内容
1 基本概念 2 单一反应速率式 3 复合反应 4 链锁反应
2009-5-3
2
2.1 基本概念
1 化学计量方程
本节 讲授 内容
2 化学反应速率的定义 3 转化率等重要概念
4 化学反应速率方程
4 反应机理与速率方程
2009-5-3
3
一、化学计量方程
100 − x / 2
100 − x / 2
解得： x = 1.504mol
y = 0.989mol
乙烯的转化量为 ：1.504 + 0.989 / 2 = 1.999mol
2009-5-3
23
所以，乙烯的转化率为： 1.999 /15 = 13.33%
环氧乙烷的收率为： 1.504 /15 = 10.03%
和反应后的摩尔数 yk0、yk为着眼组分K的 起始摩尔分率和反应后
yK
= yK 0 (1− xK )
1+ δK yK0xK
对于任何反应组分i有
2009-5-3
的总摩尔数
yi
= yi0(1− xi )
1+δK yK0xK
=
yi0
(1−
αi αK
yK0 yi0
xK )
1+δK yK0xK 27
δK
= n − n0 nK 0 − nK
意
算结果均是如此)，对于复杂反应Φ ≠ x
¾ 收率也有单程和全程之分（循环物料系统）
¾ 无论是收率还是选择性，还有其它的定义(结果不
一样，但说明同样的问题)
¾ 转化率x只能说明总的结果， Φ 说明在转化的反
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尔数与反应程度的关系为：
nI nI0I
25
转化率
• 目前普遍使用着眼组分A的转化率来描述 一个化学反应进行的程度。
• 定义 xA转 A组 化分 了 A组 的 的 分 起 量 n始 A0nA 量 n0A
26
组分A的选取原则
• 一、按反应系统涉及的相态分类，分为 • 1． 均相反应，包括气相均相反应和液相
均相反应。 • 2． 非均相反应，包括气—固相，气—液
相，气—液—固相反应等。
7
• 二、按操作方式分类，分为 • 1 ．间歇操作，是指一批物料投入反应器
后，经过一定时间的反应再取出的操作 方法。 • 2 ．连续操作，指反应物料连续地通过反 应器的操作方式。 • 3 ．半连续操作，指反应器中的物料，有 一些是分批地加入或取出，而另一些则 是连续流动通过反应器。
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
间
9
• 四、按传热条件分类，分为 • 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温，
这对传热要求很高。 • 2． 绝热反应器，反应器与外界没有热量
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。
17
• 2．建立数学模型 • 依照物理模型和相关的已知原理，写出
描述物理模型的数学方程及其初始和边 界条件。 • 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律
18
利用数学模型解决化学反应工 程问题
• 基本步骤为： • 1．小试研究化学反应规律； • 2． • 3．利用计算机或其它手段综合反应规律
和传递规律，预测大型反应器性能，寻 找优化条件； • 4．热模实验检验数学模型的等效性。
19
第一章
均相单一反应动力学和理想反应器
20
化学反应式
• 反应物经化学反应生成产物的过程用定 量关系式予以描述时,该定量关系式称为 化学反应式:
15
化学反应工程的基本研究方法
• 化学反应工程的基本研究方法是数学模 型法。数学模型法是对复杂的难以用数 学全面描述的客观实体，人为地做某些 假定，设想出一个简化模型，并通过对 简化模型的数学求解，达到利用简单数 学方程描述复杂物理过程的目的。
16
数学模型法
• 1．建立简化物理模型 • 对复杂客观实体，在深入了解基础上，
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
22
•化学反应计量式只表示参与化学反应的 各组分之间的计量关系，与反应历程及 反应可以进行的程度无关。 •化学反应计量式不得含有除1以外的任 何公因子。具体写法依习惯而定， SO 212O2SO 3 与 2S2O O22S3O 均被认可，但通常将关键组分（关注的、 价值较高的组分）的计量系数写为1验室规模上影响不大的 质量和热量传递因素，在工业规模可能 起着主导作用。在工业反应器中既有化 学反应过程，又有物理过程。物理过程 与化学过程相互影响，相互渗透，有可 能导致工业反应器内的反应结果与实验 室规模大相径庭。
4
• 工业反应器中对反应结果产生影响的主 要物理过程是：(1)由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；(2)由 化学反应的热效应产生的传热过程；(3) 多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散 与传热过程。这些物理过程与化学反应 过程同时发生。
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。
• 因此，该量ξ可以作为化学反应进行程度 的度量。
精品
化学反应工程第二 版
绪论
• 化学反应工程学是一门研究涉及化学反 应的工程问题的学科。
• 对于已经在实验室中实现的化学反应， 如何将其在工业规模实现是化学反应工 程学的主要任务。
2
• 为了这一目标，化学反应工程学不仅研 究化学反应速率与反应条件之间的关系， 即化学反应动力学，而且，着重研究传 递过程对化学反应速率的影响；研究不 同类型反应器的特点及其与化学反应结 果之间的关系。
5
• 从本质上说，物理过程不会改变化学反 应过程的动力学规律，即反应动力学规 律不因为物理过程的存在而发生变化。 但是流体流动、传质、传热过程会影响 实际反应场所的温度和参与反应的各组 分浓度在空间上的分布，最终影响到反 应的结果。
6
化学反应和反应器的分类
• 化学反应和反应器的分类方法很多，常 按下列四种方法进行分类。
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
nI nI0I
xA
A
nA0
28
• 亦可得到任意组分在任意时刻的摩尔数
nI
nI0
I A
nA0xA
• 对A组分本身，将上式中的I用A代替，可 得
nAnA1 0xA
29
化学反应速率
• 反应速率定义为单位反应体积内反应程 度随时间的变化率
• 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
• 得到：