第一章78学时.pptVIP

1.4.2 温度对多重反应速率的影响 * 1-5 温度对反应速率的影响及最佳温度 对非催化反应，或者是催化剂已经确定了的催化反应，温度是影响化学反应速率的最主要因素，并且是可控性强的因素。 对于不同类型的反应，其影响程度是不相同的。 无论放热或吸 热，无论反应进度如何，都应该在较高温度下进行反应。 不可逆单一反应，不存在反应平衡限制， 1.5.1温度对单一反应速率的影响及最佳温度曲线 1.5.1.1 温度对不同类型单一反应速率的影响 1、不可逆反应 k与T与关系： 材质，热能供应，催化剂活性和耐热温度，副反应。 （讨论时间点是物料转化率相同的时刻） 反应速率： 当T k 由 知r ∴ 限制条件： 转化率一定时，即f(C) 为定值。 2.可逆吸热反应 无副反应的单一可逆吸热反应的动力学方程用组分的摩尔分率表示： 因此，对于无副反应的单一可逆吸热反应，也应尽可能在较高温度下进行。 当T k1 ky 知r 转化率一定时，即f1(y)及f2(y)为定值。 同时，也应考虑一些因素的限制。 是可逆吸热反应，但考虑到设备材质等条件限制，一般一 段转化炉内温度小于800-850℃。 例如，天然气的蒸汽转化反应 CH4+H2O=CO+H2 反应速率受两种相互矛盾的因素影响。 3、可逆放热反应 无副反应的可逆放热单一反应 当T k1 但ky 可知： 在不同温度范围内，温度升高对反应速率影响结果不同。 分析： T较低时， 的影响。 温度对反应速率常数的影响要大于对 1、 由于Ky较大， 1。 总的结果： T 致r 当转化率一定时，考察反应速率和温度的关系。 3、 随温度升高而降低的量越来越大。 2、 随着T 虽然k1 的影响越来越显著， 当温度增加到一定程度后，温度对反应速率常数（增加）和平衡常数（减小）的影响相互抵消，反应速率随温度的增加量变为零。 T 致r a. 在较低温度范围 ＝0,反应速率达到最大值； 0,反应速率随温度升高而增大； 0,反应速率随温度升高而降低。 在较高温度范围 由图1-6： 1.5.1.2 可逆放热反应最佳温度曲线 1、最佳反应温度 Top T rA 对于一定的反应物系的组成(转化率)，具有最大反应速率的温度，称为相应于这个组成的最佳反应温度。 最佳反应温度 b. 当转化率不变时，存在着最佳反应温度。 c. 转化率变大时，最佳温度降低。 原因： 当x 所以TOP 由条件 上式求导，并令为零 d. 转化率变大时，最佳温度下的反应速率降低。 原因： 当x 相同T，则k不变。 致r 2、 最佳温度曲线 3、最佳温度曲线的实验测定 由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。 通过实验作不同转化率时rA~T曲线，将各转化率的最佳温度连接起来，即为最佳温度曲线。 可通过实验测定和理论计算得到。 Top~Te关系  4、最佳温度曲线的理论计算 对于可逆放热单一反应 当反应处于平衡时，相应的平衡温度为Te， 并且此时rA=0，则： 对于可逆放热单一反应，如果有平衡温度与转化率之间关系数据，最佳温度曲线可由动力学方程用一般求极值的方法求出。 两边取对数， 温度对多重反应的影响，应当同时考虑对主、副反应的 影响。 1.4.2.1 平行反应 恒温、恒容间歇反应器中进行的两平行不可逆反应， A2大量过剩，所以可视为拟一级。 （主反应） （副反应） 则产物A3、A4的反应速率r3、r4可表示为： 反应物A1的反应速率r1可表示为： （主反应） （副反应） 若初始条件：t=0时， 积分3式， 将4式分别代入1、2式， 可得： 将4式分别代入1、2式， 将4式分别代入1、2式， 若A3为目的产物，由于是恒容反应，则A3的收率Y3可写作： 目的产物A3 的选择率为： 主反应、副反应动力学方程中浓度函数相同时，反应的选择率仅仅是温度的函数。 由此可见， 代入阿累尼乌兹方程： 若E1＞E2， 分析 此时存在 一个具有最大生产强度或者空时产率的最佳温度。 T 则S 即，采用高温，速率、收率和选择率都增加。 又T 则x 由 则Y 若E1E2， T 则S 又T 则x 由 想要S 则需T 但