1章应用化学反应动力学及反应器设计基础1选读.pptx

第1章 应用化学反应动力学及反应器设计基础 ;1.1 化学反应和工业反应器的分类 1.2 化学计量学 1.3 加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数 1.4 化学反应速率及动力学方程 1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度 1.6 反应器设计基础及基本设计方程;1.1 化学反应和工业反应器的分类;1.1 化学反应和工业反应器的分类;1.1 化学反应和工业反应器的分类;1.1 化学反应和工业反应器的分类;1.1 化学反应和工业反应器的分类;1.1 化学反应和工业反应器的分类;1.1 化学反应和工业反应器的分类;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.2 化学计量学;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;;解： 连续系统中， 。因整个反应器内速率一致，因此：;;三 连续系统中常用的两个重要概念 1)空间速度(空速)：单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量，以VSP表示。 液空速：反应混合物是液体，以25℃液体体积流量计算出的空速 湿空速：反应混合物中含有水蒸气，把水蒸气的体积流量也计算在内得到的空速 干空速：反应混合物中含有水蒸气，不把水蒸气的体积流量计算在内得到的空速 质量空速：按单位质量催化剂计算得到的空速，以WSP表示; 在反应器的不同位置处，气体混合物的体积流量随操作状态（压力、温度而变化，某些反应由于反应前后总摩尔数的变化也可能引起体积流量的变化，因此，工业上常采用不含产物的反应混合物初态组成和标准状况来计算体积流量，以VS0表示。;对于连续系统，反应物A的转化率可以用下式定义：;在连续系统中，A组分的反应速率表示为：;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;确定机理方程的两种近似处理方法;例1-4：;与实验测定的速率方程一致。;例1-5：;;（2） 平衡态假设;例1-6 氢与碘的反应：;显然这个方法简单，但这个方法只适用于快平衡下面是慢反应的机理,即k-1k2。;应用条件;稳态近似法 — 优点：所得最终动力学方程中包含了复合反应中的全部动力学参数(k1，k-1,k2) ;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.4 化学反应速率及动力学方程;1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度;k的单位 可见，k的单位与反应速率的表示方式有关，还与反应组分浓度的表示方式有关。;1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度;1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度;1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度;若反应机理在某温度范围内不变，则对Arrhenius公式两边求对数;1 温度对不同单一反应速率的影响;不可逆反应;;可逆吸热反应; 天然气的蒸汽转化反应是可逆吸热反应，提高温度有利于提高反应速率并提高甲烷的平衡转化率，但考虑到设备材质等条件限制，一般转化炉内温度小于800-850℃。;可逆放热反应 ; 温度较低时，由于 数值较大， 1 此时，温度对反应速率常数的影响要大于对 的影响，总的结果，温度升高，反应速率提高。;随着温度的升高， 的影响越来越显著，也就是说，随着温度的升高，反应速率随温度的增加量越来越小，当温度增加到一定程度后，温度对反应速率常数和平衡常数的影响相互抵消，反应速率随温度的增加量变为零。;最佳温度：对于一定的反应物系组成，某一可逆放热反应具有最大反应速率的温度称为相应于这个组成的最佳温度。 最佳温度曲线：相应于各转化率的最佳温度所组成的曲线，称为最佳温度曲线。;;从图中可以看出，a）当转化率不变时，存在着最佳反应温度b）转化率增加时，最佳温度及最佳温度下的反应速率都降低。 ; 原因：转化率增加时，反应物不断减少，产物随之增加，逆反应的作用愈加明显，f2(y)/ f1(y)逐渐增大，从而加强了平衡常数对反应速率的限制作用。也