均相单反应动力学.pptVIP

1 均相单一反应动力学和理想反应器 前提条件： 反应是在均相中进行 相内有良好的分子尺度混合 温度、浓度均匀一致 反应速度参数k ① E大－－－反应速度对T敏感 E小－－－反应速度对T不敏感 ② E=常数时， T大－－－高温区，反应速度对T不敏感 T小－－－低温区，反应速度对T敏感 反应器设计基础 设计反应器的三项任务： （1）根据反应动力学特性选择合适的反应器； （2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件； （3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算 反应器的分类 （1）返混：反应器内停留时间不同的物料间均匀化过程。返混对反应动力学不存在影响，但对反应速率的影响很大。 （2）根据返混程度的不同反应器被分为：间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器和非理想流动反应器。 反应器设计基础方程 反应器设计所涉及的基础方程式包括：动力学方程式、物料衡算式、热量衡算式 物料衡算方程 时间的概念 反应时间：用于间歇反应器，指反应物料进行反应到达所要求的反应程度所需要的时间。 停留时间 t：指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。 平均停留时间t：各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均时间。 空间时间τ：反应器有效容积VR与流体体积流率V0之比值。注：空间时间不是停留时间。 空间速度SV：在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积。即： 等温条件下理想反应器设计分析 间歇反应器（BR，Barch Reactor) 多用于液相和液固相反应 方便灵活，小生产，多品种。 有辅助时间，质量不稳定。 手工操作多，不宜大型化，自动化。通常用于产值高、批量小的精细化工产品生产。 特性 反应器内各位置的物料温度、浓度都相同 物料在反应器内停留时间都相同 非等温条件下理想反应器的设计 间歇反应器的热量衡算 * * 化学反应速率： -rA= -dnA dt V ? 1 基元反应：指反应物粒子在碰撞中相互作用直接转变为新产物的反应。而反应分子数是指各基元反应中同时直接参加反应所必需的反应物粒子数目。若正反应是基元反应，逆反应也是基元反应。 复杂反应 对于恒容过程： -dCA dt = dt V -dnA = -rA 对于变容过程： 化学反应动力学方程 (基于刚性球碰撞模型提出的） 1.分子—刚性球 2.碰撞才反应 3.碰撞分子能量大于 活化能才反应 k T ?T ?T 范特霍夫规则（1884）在室温附近?t＝＋10℃，r0↑2-4倍 由于为指数函数 Arrhenius经验式（1903诺贝尔化学奖） 半衰期（t1/2)：反应转化率从0变为50%所需时间。 常见简单级数不可逆反应动力学积分式： 积分法确定动力学方程 注：对于简单反应，通过测定半衰期与反应物浓度之间的变化关系并根据反应动力学积分表达式可以很容易求出反应级数n和反应速率常数k。 微分法确定动力学方程 1、步骤： （1）在等温下实验测得不同时间反应物浓度的数据 （2）以t为横坐标，浓度c为纵坐标作图，绘出光滑曲线 （3）测量各点斜率的方法进行数值或图解微分，得到各点反应速率rA的数值 （4）将不可逆反应速率方程线性化，两边取对数，以IncA为横坐标，In(-rA)为纵坐标，将实验数据绘图 （5）所得直线的斜率为反应级数n，截距为Ink。 2、优缺点：优点是可以得到非整数的反应速率，缺点是绘图时人为误差较大，通过计算机计算可以极大地降低人为误差。 过量法确定反应速率与不同反应物浓度之间的关系，就是让反应物之一的浓度大大过量，使之在反应过程中浓度基本不变 一般反应器 槽式反应器 （理想） 管式反应器（理想） 槽式反应器 （理想） 反应器 简单混合/存在返混 完美混合/返混最大 径向完美混合/轴向无返混 简单混合/无返混 混合 连续 连续 连续 间歇 进/出料方式 非理想流动反应器 全混流反应器 平推流反应器 间歇反应器 注：简单混合与完美混合是对于宏观混合而言的，宏观混合是由大尺度(如设备尺度)的流动将流体微团带至反应器各处的过程 ，混合的均匀程度通常用调匀度定量地表示。若调匀度达100％，可称之为完美混合。 单位时间内进入体积元的物料A量Fin [mol/s] 单位时间内排出体积元的物料A量Fout [mol/s] 单位时间内体积元消失的物料A量Fr [mol/s] 单位时间内体积元中物料A的积累量Fb [mol/s] 热量衡算方程 单位时间内随物料流入体积元的热量Qin [kJ/s] 单位时间内随物料流出体积元的热量Qout [kJ/s] 单位时间内体积元与周围环境交换的热量Qu [kJ/s] 单位时间内体