化学反应工程ppt课件 (3).ppt

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1、第二章均相反应动力学基础1均相反应：参与反应的各物质都处于同一个相内进行的化学反应。均相反应动力学：研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、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。均相反应动力学是研究均相反应过程的基础。本章主要介绍：化学计量方程；反应速率的定义；反应转化率；反应速率方程；不同反应的速率式及其解析式。22.1基本概念及术语2.1-1化学计量方程表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系的方程。一般化形式注意以下几点：（1）反应物计量系数为负数，反应产物计量系数为正数。（2）化学计量方

2、程本身与反应的实际历程无关。（3）只用一个计量方程即可唯一给出各反应组分之间量的变化关系的反应称为单一反应；必须用两个以上计量方程才能确定各反应组分量的变化关系的反应称为复合反应。（4）若单一反应的各计量系数满足，则称为等分子反应。32.1基本概念及术语2.1-2反应速率的定义单位时间、单位反应容积内着眼组分K的物质的量的变化。对单一反应AP反应物A消耗速率产物生成速率注意：（1）反应速率前冠以负号，避免反应速率出现负值；（2）各组分反应速率的关系：（3）以上定义式仅适用于分批式操作的反应速率。恒容过程恒容过程42.1基本概念及术语2.1-3反应转化率和

3、膨胀因子一、转化率：由定义式可得：则组分A的反应速率可用转化率表示为：恒容条件下讨论：转化率是衡量反应物转化程度的量，若存在多种反应物时，不同反应物的转化率可能不相同。为什么？着眼组分：能够完全反应的体系中，最先消失的反应组分。5二、膨胀因子（气相反应）物理意义：每消耗1mol反应物K，引起整个物系总物质的量的变化。（1）由化学计量式计算（2）由总物料衡算计算整理得注意：不同反应物的膨胀因子值不同，使用时必须注明下标。2.1基本概念及术语（2-1-19）（2-1-16）（2-1-17）6例计算下列气相反应的膨胀因子1.A+B→P+S2.A→P+S3.A+

4、3B→2P2.1基本概念及术语72.1基本概念及术语2.1-4反应速率方程一、函数形式（1）双曲函数型由反应机理导出，常用于反应机理分析。（2）幂函数型由质量作用定律得到，函数中的参数需通过实验测定，常用于工程计算。二、动力学方程设一均相不可逆反应动力学方程式中，k、α、β是动力学参数，由实验测定。82.1.2均相反应动力学方程讨论（1）一般情况下，总压P对反应速率的影响不大，可忽略。（2）α、β称为反应级数，表示反应速率对反应物浓度的敏感程度。α与β之和称为总反应级数。注意反应级数与化学计量系数之间的区别。（3）k是反应速率常数，反映了反应温度对反应速

5、率的影响。Arrhenius式式中，E是反应活化能，表示反应速率对反应温度的敏感程度。升高温度，k总是增大的，但增大幅度与E值大小有关。T↑，有利于E值大的反应；T↓，有利于E值小的反应。（4）E、α、β是动力学参数，由实验测定。它们是对反应过程进行分析的基本依据。92.1.2均相反应动力学方程解：将Arrhenius式取对数，则有由式可见，lnk与1/T之间为线性关系。整理表2.1-1中数据可得10112.1.2均相反应动力学方程注意：①k0，E在一定温度范围内可以当着常数，若实际反应温度超出实验温度范围时，将会产生误差。②k仅是温度的函数，其量纲与反

6、应的总级数有关。③气相反应用分压表示浓度时，可利用气体状态方程对k值进行换算，这时k的量纲也相应改变。12例：在反应温度为400K时，某气相反应的速率方程为问：（1）速率常数的单位是什么？（2）如速率表达式为速率常数等于多少？13解：（1）k的单位是（2）设气体服从理想气体状态方程，则得142.2单一反应速率式的解析反应速率的定义式是微分式，将其与动力学方程关联并积分，可得到反应物浓度随时间变化的关系。该过程称为反应速率式的解析。本节介绍等温、恒容、间歇操作条件下单一反应速率式的解析。2.2-1不可逆反应一、一级不可逆反应AP由反应速率定义式和动力学方程

7、，等温条件下,分离变量积分得∵即或根据此式可通过实验测定k。15二、二级不可逆反应A+BPt=0cA0cB0t=tcA0(1-xA)cB0-cA0xA二级反应动力学方程为将浓度代入得设A和B的初始浓度比为M，即代入上式整理得以下分两种情况讨论(1)16（1）M=1，即A和B的初始浓度相同(1)式可写成积分得以浓度表示的积分结果为（2）M≠1，cB0=McA0（1）式积分得或17图2.2.1二级反应的线性回归根据上面的积分方程，可以设计实验求得反应速率常数。但要注意，两种类型的数据处理方法不同。18三、n级不可逆反应nAP动力学方程：n≠1，积分得（2.2

8、-13）（2.2-12）表2-2-1列出了反应级数为整数的单一反应的速率方程的积