【2017年整理】化学反应工程 第一章.docVIP

气－固相催化反应本征动力学 概论 化工生产中大多数反应是过程，气-固相催化反应是重要反应之一。本章讨论： 连续过程中化学反应速率的有关问题； 气-固相催化反应的化学动力学，即本征动力学。 化学计量学 1-1化学计量式 化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成相互关系变化的数学表达式。化学计量式是化学计量的基础。 化学计量式表示参加反应的各组分的娄量关系，等式左边的组分为反应物，等式右边的组分为产物，化学计量式的通式为： 或 或 一般将反应物的化学计量取负值，产物的化学计量取正值。 如果反应系统中有m个反应，则第j个反应的化学计量式的通式为 或 也可用矩阵表示为 1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子 一．反应程度 对于间歇反应中的单反应 反应初始量 nA0 nB0 nR0 反应终态量 nA nB nR 进行物料衡算 按化学计量关系有 上式中的ξ称为化学反应程度。注意上述表达式中各项的正负号。 （1-7）式也可表达为： 为i组分已反应的量，所以，知道反应程度即可计算出所有反应物及产物已经反应（或生成）的量。 二、转化率 反应物A的反应量与其初如量之比称为A的转化率: 工业反应过程中的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系，通常选择不过量的反应物计算转化率，这样的组分称为关键组分。 三、化学膨胀因子 在恒温恒压的连续系统中发生反应 对于液相反应，反应前后物料的体积流量变化不大，一般作为恒容过程。对于气相反应，反应前后物料的体积流量变化较大。 定义每转化1mol的A时反应混合物增加或减少的量为化学膨胀因子，即： 则有： 由此，组分A的瞬时浓度可表示为： 对于连续，则 式中，大写字母表示摩尔流量，小写字母表示物质的量。 例1－1 计算下列反应的化学膨胀因子 1. A+B→P+S 2. A→P+S 3. A+3B→2P 解：1. δA=[(1+1)－(1+1)] / 1=0 2. δA=[(1+1)－1)] / 1=1 3. δA=[2－(1+3)] / 1=－2 1-4 多重反应的收率及选择率 1，单一反应和多重反应 单（一）反应：一组物定的反应物反应生成一组特定的产物。 多重反应：一组特定的反应物同时进行n个不同的单反应，生成n组不同的产物，称为多重反应（复合反应，复杂反应） 多重反应中，按照所包括的单反应之间的关系可以分为： 同时反应 平行反应 连串反应 平行-连串反应 对于多重反应，反应产物中有目的产物和副产物。目前一般采用转化率和目的产物的收率和选择率来评价反应程度和产物分布。 2. 目的产物收率Y 3. 目的产物选择率 4. 转化率、收率和选择率的关系 可见，三者之间有关系式： 化学反应速率的表示方式 化学反应速率定义：单位时间内单位反应混合物体稆反应物的反应量或产物的生成量。 以A为关键组分，反应速率可表示为： 由于随着反应的进行，反应物不断减少，产物不断增加，所以反应速率是指某一瞬间状态下的。化学反应速率的表示方式与操作方式有关，还与物料的相态有关。 1-6 间歇系统及连续系统 一、间歇系统 在间歇生产系统中，反应物一次性加入反应器，经历一定的反应时间后，产物一次性取出。然后冲洗反应器，重复加料，反应和出料操作，生产是分批进行的。 1.间歇反应器的特点 （1）生产分批进行； （2）反应器内物料参数（组成、温度和压力等）在每一瞬间均匀； （3）反应器内物料参数随时间变化，时间是独立变量。 2.化学反应速率表示方式 化学反应速率为单位时间、单位反应混合物体积中反应物A的反应量，即 式中，V为反应体系混合物所占有的体积。 按照物料的相态，上式有相应的表示方式。 均相反应 对于等容过程，有 上式中的符号，对于反应物，取负号；对于产物，取正号 多相系统 气-固相催化反应 式中，S、W分别为固体催化剂内表面各和催化剂质量 流-固相反应 式中，S、W分别为固体反应物外表面积和固体反应物的质量 （3）气-液反应 式中，S为气液接触面积。 二、连续系统 在连续系统生产中，反应物不断加入反应器，产物不断从反应器取出，操作过程是连续进行的。 连续反应器特点： 1）生产连续进行 2）物料参数某一位置处是值，不随时间变化。 3）物料参数随不同位置而变化。 2. 化学