反应工程基础知识讲义.ppt

化学反应工程;参考书 I;参考书 II;作业与考试;第一章 绪论;重要性;一个化学反应能够在实验室实现，并不等于能够在工业上实现，只有将其在工业规模上实现，才能创造价值。 我们的任务 改进和强化现有反应技术和设备 开发新的反应技术和设备 解决反应器放大问题 实现反应过程的最优化 完善反应工程学的理论与方法;本课程的内容;本课程与化学工程其它学科的关系;化学反应及反应器的分类;化学反应工程的研究方法;例：;例：（续）;第二章 均相反应动力学;化学反应式;化学计量方程;特点： 1 只反映组份间量的关系 2 乘以非零常数，计量关系不变 3 不得含有除1之外的其它公因子;例：;反应程度;因此上式可以写做： 即：任何反应组份的反应量与其化学计量系数之比相同。 这一比值可以用来描述反应进行的程度，引入一个新的量： ξ[ksai:]:反应程度 相应地，反应进行到某一时刻：;性质：;转化率;若起始时A组分的量为nA0，t时刻A组分的量为nA，则转化率xA表示为：;性质：;例：;充其量A组分全部反应掉，nA=0，此时：;转化率与反应程度的关系;反应程度与转化率对照：;化学反应速度;亦可以采用摩尔数、转化率及某组分的浓度等表示： 摩尔数： ;转化率： 浓度：;注意：;反应动力学方程;动力学方程的一般表示;与一个反应只有一个反应速率，而存在以其它反应物（或产物）表示的反应速率一样，反应动力学方程也可表示反应物浓度与某一反应物的速率间的关系。 因此就有以-rA，-rB，rS等等表示的动力学方程，彼此之间存在换算关系。 对于气相反应，以分压代替浓度，有： 之间存在换算关系;反应速率常数;例：（教材例2－2）;结果：;活化能的求取;化学反应的分类;间歇反应器中单一反应动力学;简单级数反应的动力学表达;;;由n的不同取值有不同结果。 一级反应，n=1:;特点：反应时间t仅与转化率x有关，与初始浓度cA0无关； 且 与时间t呈线性关系。 即 对t作图为一直线， 斜率为k。 半衰期：转化率50％所需时间仅与速率常数有关。;非一级反应，n≠1 特例：n=2 特点：初始浓度越高，达到相同转化率的时间越短。;小结;等温变容过程;膨胀因子δA;则有： 定义： 为组分A的膨胀因子 物理意义：关键组分A转化1mol时，引起整个体系mol数的变化量。;δA=0 等分子反应 δA 0增分子反应 δA 0减分子反应 不同组分的膨胀因子可能不同； 反应式中如出现固态或液态，不计在内； 前面合成氨反应： N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g) ;膨胀率;如果体系体积的变化与转化率呈线性关系，则：V=V0(1+εAxA) 在等温等压条件下，由于化学反应使体系总摩尔数发生变化，系统体积由V0变成V，其摩尔数关系为： 由于：;因此， 说明，反应体系由于反应前后摩尔数不同造成的体积变化，不仅和摩尔数有关，而且和反应物在体系中的初始分率有关。 变容体系中各物理量之间有着和恒容体系不同的关系。;转化率与组分浓度之间的关系;转化率与摩尔分数的关系;转化率与分压间的关系;用转化率表示反应速率;;复合反应动力学;可逆反应;;由物理化学可知： 化学反应平衡常数;;;对反应物A，净反应速率为： 当反应达到平衡时，总反应速率为0，即： ;;当反应转化率增加时，正反应速率下降，逆反应速率上升，总反应速率必然下降。 温度对反应速率的影响： ;;在反应达到平衡之前，总有r0，即： 分两种情况讨论：吸热反应、放热反应 对吸热反应，有E1E2;将 与 结合，可以在 概念上得到T－X图的基本形状。 ;对放热反应，由于在 的同时E1E2， 即，在一定转化率下，可逆放热反应的速率并非总是随温度的升高而升高。 分析上式，当rA1较大时， 而rA2较大时，;rA1较大而rA2较小出现在远离平衡时。 平衡时由于E1E2必有 在同一转化率下，温度由低向高接近平 衡的过程中，必然经历由 向 的转变，必有一点使 。 在同一转化率下，反应速率在这一点上出现极大值。;极值点与温度的关系： 利用求极值的方法求取。;当反应达到平衡时，反应速率为零，即：;化简并取对数： 为最佳温度与平衡温度的关系。;可逆放热反应T-X图;自催化反应;反应起始时，只有A，没有P，第二