均相反应动力学和理想反应器

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1、第一章均相反应动力学和理想反应器[学习目的]了解反应程度、转化率、化学反应速率、化学动力学方程等基本知识；了解反应器设计的基本概念及基础方程；了解理想反应器在非等温条件下的设计、组合；掌握化学反应动力学方程的建立及应用;掌握等温条件下间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器的设计。[学习重点与难点]总反应速率与组分的生成速率的关系；单一和复合反应的动力学特点及其动力学方程的建立;等温条件下间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器的设计。Chapter1ChemicalKineticsofHomogenousReactions&IdealReactor第一节基本概念考察温度、反应组分、催化剂和压

2、力对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。化学组分：任意具有确定性质的化合物或元素；均相反应：气相均相反应、液相均相反应.均相反应动力学:研究化学反应进行的机理和速率，以获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如反应模式、速率方程及反应活化能等。由于参与化学反应的各组分均匀地处于同一相内，研究均相动力学时，就不计过程物理因素（三传）的影响。一、化学计量方程将反应物经过化学反应生成产物的过程用定量关系式进行描述。化学计量方程表示的是反应物、生成物在化学反应过程中量的变化关系。注意：貌似方程式，其实并非方程式。1、化学反应式2、化学计量方

3、程1）只表示反应过程中参与反应组分间量的变化关系，与反应的历程无关；化学计量方程特点：2）将计量方程乘以非零常数以后，可得到一个新的计量方程，不会改变组分之间量的变化关系；为了消除计量系数在数值上的这种不确定性，规定计量系数之间不应含有除1以外的任何公因子。二、反应程度反应初始量：nA0nB0..nR0nS0…反应终态量：nAnB..nRnS…生成量：nA-nA0nB-nB0..nR-nR0nS-nS0…注意：反应程度是一个函数，其值随时间变化而变化；反应程度是一个累积量，其数值恒为正；是一广延性质的量，与体系的量有关。（将某一均相系统人为地划分为若干部分，如果某一性质与其中所含物质的量成

4、正比，则称为广延性质，也称为容量性质。）任何反应组分的反应量与其化学计量系数之比值，也称为化学反应进度.反应程度(ksi克西)三、转化率3、针对不同的反应物，计算出来的转化率不一样。某组分反应（转化）的分率。注意：1、目前普遍使用关键组分的转化率来表示反应进行的程度；2、关键组分只针对反应物而言；4、计算转化率的基准，也即初始状态的选择问题。连续反应器：进口处的状态；间歇反应器：开始反应时的状态；串联反应器：进入第一个反应器的原料为准，而不是以各反应器各自的进料组成为基准，这样有利于计算和比较。单程转化率和全程转化率物料循环的必要性例如：合成氨、合成甲醇等。单程转化率：原料通过反应器一次达

5、到的转化率（以反应器进口物料为基准）；全程转化率：新鲜原料进入反应系统到离开系统所达到的转化率（以新鲜原料为基准）全程转化率=12-15%转化率和反应进度之间的关系：任意组分在某时刻的摩尔数与组成之间的关系：四、化学反应速率由于反应的持续进行，故反应物不断减少，产物不断增多，各组分量随时间是变化的，所以反应速率是指某一瞬间状态下的“瞬时反应速率”。反应程度是一个广度量，不能代表速度。单位反应物系中反应程度随时间的变化率为反应速度。反应速率：在反应系统中，在单位反应时间内，单位反应区中反应物的反应量或产物的生成量（浓度、分压、摩尔数）。注意：五、反应动力学方程描述反应速率与影响反应速率的因素

6、之间的函数关系式，也称为速率方程。均相反应：（温度效应*浓度效应）对于不可逆反应过程：体积反应速率常数速率常数之间的互换表面反应速率常数或质量反应速率常数解：考虑反应A→3P，其动力学方程表为：试推导在恒容下以总压p表示的动力学方程。例(习题12):反应分子数和反应级数：基元反应：反应物分子按化学反应式在碰撞中一步直接转化为生成物分子（化学反应的反应式能代表反应的真正过程）。非基元反应：若反应物分子要经过若干步，即经过几个基元反应才能转化成生成物分子的反应。反应级数：动力学方程式中浓度项的指数。基元反应：反应级数等于化学反应式计量系数：非基元反应：都是通过实验的进行确定的，一般不等于化学计

7、量系数。级数越大，该组分浓度的变化对反应速率的影响越显著；如果级数等于0，则说明该组分浓度变化对反应速率无影响；如果级数为负，则说明该组分浓度的增加，反而抑制了反应的进行，使反应速率下降。反应级数的物理意义：反应级数的大小反应了该组分浓度对反应速率的影响程度。速率常数在数值上等于时的反应速率，故又称为比反应速率。其值显著取决于温度的高低，其它因素如催化剂、总压、离子强度、溶剂等对的影响比温度对其影响要小得多，故假设仅为温