化学反应工程 第二章 均相反应动力学基础

或者，
nK nK 0 (1 xK )
反应转化率和反应程度
以转化率表示的反应速率
rA
1 V
dnA dt
1 V
d[nA0(1 dt
xA )]
nA0 V
dxA dt
反应转化率和反应程度
反应程度
反应各组分在反应前后摩尔数的变化与其计 量系数的比值，即：
ni ni 0 i
不论对哪一组分，反应程度ξ均相同。
Example, THE ROCKET ENGINE
A rocket engine burns a stoichiometric mixture of fuel (liquid hydrogen) in oxidant (liquid oxygen). The combustion chamber is cylindrical, 75cm long and 60cm in diameter, and the combustion process produces 108kg/s of exhaust gases. If combustion is complete, find the rate of reaction of hydrogen and of oxygen.
for the volume of the person in
question
V person
75kg 1000kg / m3
0.075m 3
Next, noting that each mole of glucose
consumed uses 6moles of oxygen and
release 2816kJ of energy, we see that
the reaction equation
H2
1 2
O2
molecularweight
2
16
The rate of H2O produced
H2O 108
H2O _
produced
/ s 108kg / s 1kmol 18kg
6kmol
/s
The rate of H2 and O2 consumed H2 used = 6 kmol/s O2 used = 3 kmol/s
A human being (75kg) consumes about 6000 kJ of food per day. Assume that the food is all glucose and that the overall reaction is
C6H12O6 +6O2→6CO2+6H2O, -ΔHr=2816 kJ (from air)(breathed out)
rO2
1 V person
dnO2 dt
Let us evaluate the two terms in this equation.
First of all, from our life experience we estimate the density of man to be
ρ= 1000kg/m3
Complete combustion
H2
cm
60 108 kg/s
O2
H2O
75cm
SOLUTION.
We want to evaluate
rH2
1 V
dnH2 dt
and
rO2
1 V
dnO2 dt
The reactor(reaction) volume
V π 0.62 0.75 0.2121m3 4
或
s
i Ai 0
i 1
通常,对计量系数αi而言,反应物取负,产物取正。
举例
N2 + 3H2 = 2NH3
写为：
2NH3 - N2 – 3H2 = 0
三点注意事项
反应量的变化关系，与实际进行的历程无关； 在计量方程中，计量系数之间不应含有除1以
外的任何公因子； 用唯一计量方程能表示各组分之间量的变化
Find man’s metabolic rate (the rate of living, loving, laughing) in terms of moles of oxygen used per m3 of person per second.
SOLUTION.
We want to find
反应转化率和反应程度
以反应程度表示的反应速率
1 d
r V dt
等容反应下的反应速率
对等容反应而言，V =V0 =const
nA nA0 (1 xA )
C A C A0 (1 xA )
rA
1 V
dnA dt
nA0 V
dx A dt
C A0
dx A dt
d(nA ) V dt
dC A dt
关系的反应体系，称为单一反应；否则，为 复合反应（或复杂反应）。
化学反应速率的定义
对均相反应而言，常用单位时间、单位反 应容积内着眼组分（或关键组分）K的物 质的量即摩尔数的变化来定义K组分的反 应速率
对反应：
αAA+αBB ==αSS+αRR 各组分的反应速率定义为：
rA
1 V
dnA dt
,
rS
第二章 均相反应的动力学基础
基本概念 简单反应 复合反应 连锁反应
2.1 基本概念和术语
化学计量方程 化学反应速率 反应转化率和反应程度 反应速率方程
化学计量方程
表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化 关系的方程。
一个由S 个组分参与的反应体系,其计量方程写
为: α1A1+α2A2+…+αsAs=0
we needபைடு நூலகம்
dnO2
6000kJ / day
The rate of reaction
rH2
1 0.2121m3
6kmol s
2.829 104
mol (m 3of
used rocket) s
rO2
1 0.2121m3
3kmol s
1.415104
mol (m 3of
used rocket) s
EXAMPLE , THE LIVING PERSON
1 V
dnS dt
,
rB
1 V
dnB dt
rR
1 V
dnR dt
各反应速率之间存在如下关系：
rA rB rS rR
A
B S R
反应转化率和反应程度
转化率：反应消耗掉某一组分的量与投 入反应的该组分量之比值。
对关键组分K而言，有：
xK
组组分分KK反的应起掉始的摩摩尔尔数数
nK 0 nK nK 0