1均相反应动力学1.ppt

主讲：余卫芳主讲：余卫芳Chemical Reaction Engineering化学反应工程化学反应工程化学反应速率的定义：单位时间，单位体积内物料（反应物或产物）数 量（摩尔数）的变化。化学反应动力学方程：定量描述反应速率与影响因素（浓度、温度等）之间的关系式。等温恒容等温恒容不可逆反应的速率方程及其积分式建立动力学方程的方法建立动力学方程的方法动力学方程式的建立：实验数据实验反应器间歇连续（1）在等温条件下实验，测定各时刻浓度，得到组分浓度和时间的关系ci=f(t)，通过数据回归，确定反应级数和这个温度下的速率常数；（2）改变温度，确定速率常数与温度的关系。反应速率常数反应级数1、积分法、积分法推测动力学方程形式根据反应机理运算C-t关系并作图线性关系否？NY正确的动力学方程1）根据对反应的初步分析，先推测一个动力学方程的形式（幂函数型）；2）假设反应级数，对动力学模型方程进行积分，得到在某一特定坐标系上表征该动力学方程的浓度与时间的关系的直线（f(ci)=kt）3）将实验中得到的ti下的ci数据代f(ci)函数中，得到各ti下的f(ci)。4）以时间t为横坐标，f(ci)为纵坐标绘图，如果得到过原点的直线，则表明所假设的动力学方程是正确的，其直线的斜率为反应速率常数k。举例：不可逆反应 AP反应条件：等温恒容系统分离变量积分假设一级反应若将ln(CA0/CA)或 ln1/(1-XA)对 t 作图，可得一条通过原点斜率为k的直线。若将同一反应温度下的实验数据加以标绘，如果拟合，表明反应级数正确。如果是曲线，需要重新假设反应级数-微分法微分法（1）在等温条件下实验，得到反应器中不同时间反应物浓度的数据。（2）将实验所得的浓度-时间数据作图，绘出光滑曲线。（3）用测量各点斜率的方法进行数值或图解微分，得到不同时刻的反应速率数据。（4）将不可逆反应速率方程线性化，将实验数据在特定坐标系作图，求得反应速率常数和级数。反应A B为n级不可逆反应。已知在300K时要使A的转化率达到20%需12.6分钟，而在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E。：分离变量积分 达20%时，式中M为常数 E=29.06（kJ/mol）n 在一均相恒温反应中，当反应物的初始浓度为0.04mol/L和0.08mol/L时，在34min内单体均消失20%。求动力学方程表达式。解题思路：(1)正确判断反应级数 由题意：单体的初始浓度为0.04mol/L和0.08mol/L，在34min内单体均消失20%，说明反应时间仅与转化率有关，与初始浓度无关，故此反应为一一级反应。(2)选用一级反应的积分结果公式解题，求出反应速率常数。(3)完整表达动力学方程式。1.反应A+B C，已知 ,则反应级数n=_A.0 B.1 C.2 D.32.反应3A P，已知 ，则反应级数n=_A.0 B.1 C.2 D.3反应速率常数，k时间-1 浓度(1-n)N：反应总级数变容反应过程 理想置换反应器是一种连续流动反应器，可以用于液相反应，也可以用于气相反应。用于气相反应时，有些反应，反应前后摩尔数不同，在系统压力不变的情况下，反应会引起系统物流体积发生变化。物流体积的改变必然带来反应物浓度的变化，从而引起反应速率的变化。膨胀因子和膨胀率 为了表征由于反应物系体积变化给反应速率带来的影响，引入两个参数，膨胀因子和膨胀率。膨胀因子反应式 计量方程 定义膨胀因子即关键组份A的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A组分计量系数的相反数。膨胀因子是由反应式决定的，一旦反应式确定，膨胀因子就是一个定值，与其它因素一概无关。膨胀因子的物理意义 关键组分A消耗1mol时，引起反应物系摩尔数的变化量。对于恒压的气相反应，摩尔数的变化导致反应体积变化。A0是摩尔数增加的反应，反应体积增加。A0是摩尔数减少的反应，反应体积减小。A=0是摩尔数不变的反应，反应体积不变。膨胀率 物系体积随转化率的变化不仅仅是膨胀因子的函数，而且与其它因素，如惰性物的存在等有关，因此引入第二个参数膨胀率。定义膨胀率 即A组分的膨胀率等于物系中A组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。膨胀因子与膨胀率的关系可以推导出变容过程转化率与浓度的关系 恒压变容体系中各组分浓度、摩尔分率及分压可以由以下推导得到。对于A组分