第1章 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ).

1、第一章 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和工業(yè)反應(yīng)器的分類第二節(jié) 化學(xué)計(jì)量學(xué)第三節(jié) 加壓下氣相反應(yīng)的反應(yīng)焓和化學(xué)平衡常數(shù)第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率及動(dòng)力學(xué)方程第五節(jié) 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及基本設(shè)計(jì)方程第七節(jié) 討論與分析 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和工業(yè)反應(yīng)器的分類一、 化學(xué)反應(yīng)分類二、 工業(yè)反應(yīng)器的分類 1.按操作方法分類 2.按流動(dòng)模型分類 3.按結(jié)構(gòu)型式分類一、化學(xué)反應(yīng)分類按反應(yīng)特性分類：機(jī)理，可逆性，分子數(shù)，級(jí)數(shù)，熱效應(yīng)按反應(yīng)過程的條件分類：均相；非均相（催化非催化），如： 氣固相催化反應(yīng)，氣液相反應(yīng)。溫度，壓力，操作方式化學(xué)反應(yīng)按功能的共性歸類，稱

2、為化學(xué)反應(yīng)單元一、 化學(xué)反應(yīng)分類第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和工業(yè)反應(yīng)器的分類一、 化學(xué)反應(yīng)分類二、二、 工業(yè)反應(yīng)器的分類工業(yè)反應(yīng)器的分類 1.按操作方法分類 2.按流動(dòng)模型分類 3.按結(jié)構(gòu)型式分類二、工業(yè)反應(yīng)器的分類二、工業(yè)反應(yīng)器的分類 現(xiàn)代大型化工廠的外貌特征：廠房毗連，設(shè)備龐大，高塔林立，管道縱橫。設(shè)備和管道交錯(cuò)復(fù)雜。其中，化學(xué)反應(yīng)器是化工廠的核心設(shè)備。 用來實(shí)現(xiàn)化學(xué)變化的設(shè)備反應(yīng)器 按反應(yīng)物料的相態(tài)進(jìn)行分類，可有均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器兩大類。 按反應(yīng)物料流型進(jìn)行分類，可大約將反應(yīng)器分為平推流，全混流，非理想流動(dòng)反應(yīng)器三大類。1、按反應(yīng)相態(tài)，可分為均相均相和非均相非均相反應(yīng) 器。 常見的均相反應(yīng)器

3、是氣相均相反應(yīng)器和液相均相反應(yīng)器；常見的非均相反應(yīng)器有氣固相、氣液相、液固相和氣液固相反應(yīng)器。2、按反應(yīng)器與外界換熱方式，可分為等溫、換熱和絕熱反應(yīng)器。3、按流動(dòng)狀態(tài)，可分為理想流動(dòng)和非理想反應(yīng)器。4、按加料方式，可分為間歇、半間歇和連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器。5、按反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，可分為釜式、管式和塔式。1.按操作方法 間歇，連續(xù)，半連續(xù) 氣半連續(xù) 氣 氣 氣 流動(dòng)系統(tǒng) 氣連續(xù) 液 氣 液 流動(dòng)系統(tǒng) 間歇 封閉系統(tǒng) 2.按流動(dòng)模型分類 停留時(shí)間分布停留時(shí)間分布 RTD (residence time distribution) 返混 Back MixingLife DistributionAge Distr

4、ibution2.按流動(dòng)模型分類 理想流動(dòng)模型和非理想流動(dòng)模型 活塞流反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器 Plug flow reactor（PFR） 全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器 Mixed flow reactor（MFR） Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)按結(jié)構(gòu)型式分類3.化工廠圖化工設(shè)備常見反應(yīng)器 用來實(shí)現(xiàn)化學(xué)變化的設(shè)備 過程工業(yè)中的核心裝置，其性能對(duì)生產(chǎn)過程的影響舉足輕重。 裂解爐 攪拌釜式反應(yīng)器 多釜串聯(lián)反應(yīng)器 氣液相塔式反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 氣液固三相反應(yīng)器第二節(jié)化學(xué)計(jì)量學(xué)第二節(jié)化學(xué)計(jì)量學(xué)u化學(xué)計(jì)量學(xué)(stoichiometry)是以化學(xué)反應(yīng)

5、式形式表達(dá)的質(zhì)量守恒定律，用于計(jì)算某一時(shí)刻的化學(xué)組成和各組分的數(shù)量變化。 (not chemometrics) u對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程各參數(shù)進(jìn)行計(jì)量表達(dá)反應(yīng)組分間的數(shù)量關(guān)系，(不同于chemical equation，拉瓦錫首創(chuàng))112211.nnnnAAAA112211.0nnnnAAAA10(1,2,. )niiiAin如果有m個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，則第j個(gè)反應(yīng)和總反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式可分別表達(dá)為10(1,2,. ,1.2. )nijiiAin jm11211112221212.0.0.0.0nnmmnmnAAA 反應(yīng)物取負(fù)值，生成物取正值1-2 反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率及化學(xué)膨脹因子反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率及化學(xué)膨脹因

6、子一、反應(yīng)程度extent of reaction0,0Ax0iiiinnn 0ABRABR0iiinn 0000AAAAAAAAnnnxnnn amount of A reacted total amount of A supplied轉(zhuǎn)化率二、轉(zhuǎn)化率conversion1-2 反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率及化學(xué)膨脹因子反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率及化學(xué)膨脹因子extent of reaction, conversion, chemical expansion factor10(1,2,. )niiiAinnii=11AA 則三、化學(xué)膨脹因子chemical expansion factor每轉(zhuǎn)化掉1mol的反應(yīng)物

7、A時(shí)，反應(yīng)混合物物質(zhì)的量的變化，用符號(hào) 表示A對(duì)于反應(yīng)：三、化學(xué)膨脹因子在恒溫恒壓下進(jìn)行ABLMABLM 1ALMABAPVnRT00nVnV000(1)AAAnVVxn000000()(1)AAAAAAAAnnnnnn xnxn 0A(1)AVVx0A0AAnn00A(1)(1)AAAAAnxnCVVx00011AAAAAAnxnC=CxVV()()0AA等 容 條 件 下 ： 0，1LMBAAAA13多重反應(yīng)系統(tǒng)中獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定 Simple and complex reaction system 單一反應(yīng)(single reaction) 簡(jiǎn)單反應(yīng)體系一個(gè)參數(shù)即可決定組成 多重反應(yīng)(m

8、ultiple reactions) 復(fù)雜反應(yīng)體系需要多個(gè)參數(shù) 所需的參數(shù)個(gè)數(shù) = 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)。13多重反應(yīng)系統(tǒng)中獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定 所需的參數(shù)個(gè)數(shù) = 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)。 獨(dú)立反應(yīng)獨(dú)立反應(yīng)組組中任一反應(yīng)，均中任一反應(yīng)，均不能由其他反應(yīng)線性組合而得到。 例（非獨(dú)立反應(yīng)組）：CH4 + H2O CO + 3H2CH4 + 2H2O CO2 + 4H2CO + H2O CO2 + H213多重反應(yīng)系統(tǒng)中獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定 求反應(yīng)體系中獨(dú)立反應(yīng)的一般方法有: 觀察法。適用于反應(yīng)數(shù)較少的體系 計(jì)量系數(shù)矩陣法 原子矩陣法 例：CH4 + H2O CO + 3H2CH4 + 2H2O CO2 + 4H2CO + H

9、2O CO2 + H2可以看出，（1）（3）（2） 計(jì)量系數(shù)矩陣法 寫成矩陣000HCOCOOHCH1111041021301112224111101111030111000001111030111秩k=2, 有兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)：-CH4 -H2O + CO + 3H2 =0-H2O CO + CO 2 + H2 =0CH4 + H2O CO + 3H2CH4 + 2H2O CO2 + 4H2CO + H2O CO2 + H2矩陣矩陣中不為零的子式的最大階數(shù)，叫做A的秩 原子矩陣法原子矩陣法體系含有CO, H2O, H2, CH4, CO2等5個(gè)組分, 其原子矩陣為2224jiCOH OHCHCO

10、02240H10011C21001O輊b=犏臌CO2H2OH2CH4CO02240H10011C21001OH2CO2H2OCH4CO20240H01011C02101OH2CO2H2OCH4CO10120H01011C02101O行初等變換：H2CO2H2OCH4CO10041H01011C001-2-1O原子矩陣法原子矩陣法H2CO2H2OCH4CO10041H01011C00121OCH4=（4）H2+（1）CO2+（2）H2OCO=（1）H2+（1）CO2+（1）H2OCH4+2H2O=4H2+CO2CO+H2O=H2+CO2 原子矩陣法體系含有CO, H2O, H2, CH4, CO

11、2, N2等6個(gè)組分, 其原子矩陣為行初等變換后：100041H010011C001021O000100N-NOCH002000100120110010040202COCHNOHCOH42222ji22224H ,CO ,H O,N ,CH ,CO于是獲得：CH4 = 4H2 + CO2 - 2H2OCO = H2 + CO 2 - H2O14多重反應(yīng)的收率及選擇率 Yield Selectivity多重反應(yīng)是指有多個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的體系 同時(shí)反應(yīng)：Simultaneous reactions連串反應(yīng)：Consecutive reactions平行反應(yīng)：Parallel reactions復(fù)合反

12、應(yīng)（平行連串反應(yīng)）Combination reactionsAL，BMk1k2Ak1k2LMk1k2LMAAk1k2LMk3P多重反應(yīng)舉例 氧與氨 苯氧化制順酐 CO加氫 乙烯氧化氨的氧化NH3O2NOH2OH2OH2ON2N2O氨的氧化NH3O2NOH2OH2OH2ON2N2OFriedrich Wilhelm Ostwald ( 2 September 1853 4 April 1932)Nobel Prize 1909 苯氧化制順酐O2CO2 H2OCHCCHCOOOH2OCHCOOOCHCnC4H10 1.5 O24H2O孟山都公司CO加氫、乙烯氧化CO+H2CH3OHCH3OCH3+

13、H2OC2H4O2C2H4OCO2H2OO2CO2H2O選擇率和收率的定義 關(guān)鍵組分key componentAk1k2LM選擇率和收率的定義quantity of L formedS=max. quantity of from A convertedquantity of L actually formedY=max. possible quantity of L對(duì)于單一反應(yīng)，收率等于轉(zhuǎn)化率，而選擇率等于對(duì)于單一反應(yīng)，收率等于轉(zhuǎn)化率，而選擇率等于1轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物的，而收率選擇率則是針對(duì)目的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物的，而收率選擇率則是針對(duì)目的產(chǎn)物的LAS=ALAY=AAAAx消耗于 上的轉(zhuǎn)

14、化了的消耗于 上的加入的總轉(zhuǎn)化了的加入的總選擇率和收率的定義 關(guān)鍵組分key componentAk1k2LM例題乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷，進(jìn)料：乙烯15mol，氧氣7mol,出料中乙烯為13 mol,氧氣為4.76mol,試計(jì)算乙烯的轉(zhuǎn)化率，環(huán)氧乙烷的收率及選擇率。解：C2H40.5O2C2H4O C2H43O22CO22H2OxA=(15mol13mol)/15mol=0.133第一個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯轉(zhuǎn)化的乙烯S第二個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯轉(zhuǎn)化的乙烯（1S）故有：2mol S 0.5+2mol (1S) 3=7mol4.76molS=0.752 Y=第一個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯加入的乙烯總量（15mol）

15、故Y(2 0.752)15=0.100或Y xA S=0.100速率（度）：快慢的程度強(qiáng)度量強(qiáng)度量、廣延量、廣延量單位反應(yīng)體積內(nèi)（單位反應(yīng)區(qū)域內(nèi)）的速率。=完成的某項(xiàng)變動(dòng)速率所花費(fèi)的時(shí)間Ant所完成的反應(yīng)量化學(xué)反應(yīng)速率所花的時(shí)間Sv=t1AAnn=VtSt化學(xué)反應(yīng)速率（ ）一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率1AAdnrV dtir001AAtnr =limVt（）！上式右端的負(fù)號(hào)是針對(duì)反應(yīng)物；對(duì)于生成物，則不加此負(fù)號(hào)。！上式右端的負(fù)號(hào)是針對(duì)反應(yīng)物；對(duì)于生成物，則不加此負(fù)號(hào)。0tSdSv=lim=tdt1PPdnrV dt（138）1.反應(yīng)速率的表示方式平均速率表達(dá)式瞬時(shí)速率表達(dá)式一、 間歇

16、系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率當(dāng)反應(yīng)是在相界面上（如固體催化劑表面上）進(jìn)行時(shí)：0tSdSv=lim=tdt1AAdnrw dt1AAdnrS dt一、一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率 一、間歇系統(tǒng)間歇系統(tǒng)BATCH SYSTEMS 通?？勺鞯热萏幚恚?1iiiidnndCdr =V dtdt Vdt（ ）物別強(qiáng)調(diào)上式表達(dá)反應(yīng)速率的前提：等容過程。物別強(qiáng)調(diào)上式表達(dá)反應(yīng)速率的前提：等容過程。對(duì)于變?nèi)葸^程，上式就不能表達(dá)反應(yīng)速率。對(duì)于變?nèi)葸^程，上式就不能表達(dá)反應(yīng)速率。11AAAAAdnd VCdCC dVrV dtVdtdtVdt（）一、一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的

17、化學(xué)反應(yīng)速率間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率1111ABLMABLMdCdCdCdC=dtdtdtdtABLMABLM: : :ABLMABLMr r r r = :1:1: 1: 1ABLMABLMrrrr一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率對(duì)連續(xù)系統(tǒng)對(duì)連續(xù)系統(tǒng)FLOW SYSTEMS，反應(yīng)速率可表示為單位空間上某一反應(yīng)物工產(chǎn)物的摩爾流量的變化 1AAdnrV dtAARdNrdVAAdNrdSAAdNrdW摩爾流量摩爾數(shù)NI NI+dNIdVRiiiiRN +dNN =rdV()iiiiRNN +dN =rdV()AARdNrdVNi 作為生成物則Ni 作為反應(yīng)物則一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系

18、統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率反應(yīng)體積 固相質(zhì)量 反應(yīng)表面積 三者關(guān)系iRgdSS dVS dWiRSS VgSSWbRWVinnerbRdWdV2.空間速度空間速度接觸時(shí)間（空時(shí)）和空速接觸時(shí)間（空時(shí)）和空速 空時(shí) Space Time 空速 Space Velocity (SV) 接觸時(shí)間和空間速度處理一個(gè)VR體積的物料所需要的時(shí)間空時(shí)的倒數(shù)。即單位反應(yīng)體積所能處理的物料量,空速能表達(dá)反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度的大小0RVV0RspVVV 空時(shí) Space Time 空速 Space Velocity (SV) 接觸時(shí)間和空間速度處理一個(gè)VR體積的物料所需要的時(shí)間空時(shí)的倒數(shù)。即單位反應(yīng)體積所能處理的物料量,空速能表

19、達(dá)反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度的大小0RVV0RspVVV0RVLLAuuAVLvo=uAu一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率 用轉(zhuǎn)化率作變量表示速率001AAAAAAAARRndndxrV dtVdtdNdxrNdVdV0RdVdV0AAANNx（ ）0AAAnnx（ ）000AAAANdxdxCVdd000AAAAndxdxCVdtdt作業(yè)：P44，習(xí)題11二、動(dòng)力學(xué)方程 特定反應(yīng)體系 通?？梢詫囟扰c濃度施行變量分離：rf p,T,C（）( )( )rk Tf C二、動(dòng)力學(xué)方程 基元反應(yīng)，可以根據(jù)質(zhì)量作用定律得出 某些非基元反應(yīng)，也可以通過其反應(yīng)機(jī)理而分析推理得出。 一般情況下的非基元反應(yīng)，可由實(shí)

20、驗(yàn)確定。 常見的動(dòng)力學(xué)方程有冪函數(shù)型及雙曲型Law of mass actionClaude Louis Berthollets (1801) van t Hoff (1877 )C. M. Guldberg and P. Waage (1864)質(zhì)量作用定律貝托雷o(hù)r貝索勒二、動(dòng)力學(xué)方程 常見的動(dòng)力學(xué)方程有冪函數(shù)型及雙曲型 上式中的各個(gè)冪次不是獨(dú)立的。因?yàn)楫?dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)速度為零，即：同時(shí)，由熱力學(xué)知：ABLMABLMablmAcABcLMrk C Ck C ClmcLMabABckC CC CkLMABLMABC CkC C三、溫度對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)影響的異常現(xiàn)象溫度對(duì)反應(yīng)速率（總包速率

21、）的影響可分為以下幾種類型縱坐標(biāo)：反應(yīng)速率橫坐標(biāo)：溫度Svante August Arrhenius (19 February 1859 2 October 1927)Nobel Prize 1903Jacobus Henricus van t Hoff, Jr. (30 August 1852 1 March 1911)Nobel Prize 1901Friedrich Wilhelm Ostwald ( 2 September 1853 4 April 1932)Nobel Prize 1909 物物理理化化學(xué)學(xué)三三劍劍客客the three musketeers of physical

22、chemistry Jacobus van t Hoff (left) and Wilhelm Ostwald三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象 Vant Hoff 規(guī)則：溫度升高10度，速率增加24倍 Arrhenius公式 頻率因子和指數(shù)因子， 活化能activation energy0CEkk expRT（）0CElnklnkRT2dlnkEdTRT三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象1/T lnk 0CElnklnkRT0CElnkR1lnkT截距、斜率截距、斜率三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異常現(xiàn)象 Arrhenius公式 Boltzmann Distribution分子能量的最可幾分布分子能量的最可

23、幾分布 大于某個(gè)能級(jí)的粒子所占的百分?jǐn)?shù)：大于某個(gè)能級(jí)的粒子所占的百分?jǐn)?shù)：0CgEkk expR T（）iBk TiingeNziBk Tizg eiBk TeCERTe最可幾分布最可幾分布 左家和右家各持幾張紅心？32：67.8%41：28.3%50： 3.9%32分布為最可幾分布Contract Bridge速率常數(shù)與活化能及溫度的關(guān)系2Cd lnKHdTRT其中微分式的阿累尼烏斯公式與化學(xué)熱力學(xué)中的Vant Hoff方程極為相似，這不是偶然的。Vant Hoff方程描述可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系：2dlnkEdTRTVant Hoff 方程Arrhenius公式2Cd lnKHd

24、TRTkkAPCklnlnKkCd lnKd lnkd lnkdTdTdTEEH EEQ對(duì)于可逆反應(yīng)兩邊對(duì)溫度求導(dǎo)數(shù)，上式左端代入Arrhenius公式，右端代入Vant Hoff公式，則可以得到正、逆反應(yīng)活化能與化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的關(guān)系式或:即可逆反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能與正反應(yīng)活化能之差等于反應(yīng)的熱效應(yīng)。由阿累尼烏斯方程式可總結(jié)出溫度與反應(yīng)速率常之間有如下關(guān)系。第一、反應(yīng)速率對(duì)反應(yīng)溫度的變化極為敏感，溫度提高則反應(yīng)速率顯著加快。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10，反應(yīng)速率約增大24倍。第二、根據(jù)式， 之間系呈線性關(guān)系，這是實(shí)驗(yàn)上測(cè)定活化能及頻率因子的理論依據(jù)。第三、活化能越高，反應(yīng)速率常數(shù)越小，化學(xué)反

25、應(yīng)就越緩慢。一般化學(xué)反應(yīng)的活化能約為41044105J/mol，多數(shù)在61042.4105J/mol之間，小于此范圍的化學(xué)反應(yīng)，往往快到不易測(cè)定，大于此范圍的化學(xué)反應(yīng)極為緩慢，一般必須通過添加催化劑，降低反應(yīng)的活化能才能獲得有實(shí)踐意義的反應(yīng)速率。第四、關(guān)于反應(yīng)速率隨溫度變化的靈敏性，有兩個(gè)結(jié)論：第一、溫度越低，則靈敏性越高；第二，活化能越高，靈敏性越高。關(guān)于這一結(jié)論，說明如下。1lnk T三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象（異?，F(xiàn)象（1）lnk1/T傳質(zhì)作用影響：傳質(zhì)作用影響：表觀活化能隨溫度表觀活化能隨溫度升高而降低升高而降低三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象（異常現(xiàn)象（2）221NOOrk pp生

26、產(chǎn)硝酸過程：4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NO反應(yīng)機(jī)理影響：反應(yīng)機(jī)理影響：三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象2NO + O2 = 2NO22NO = (NO)2(NO)2 + O2 = 2NO2221NOOrk pp22(NO)Ork pp2(NO)2NOppKp22NOOpkK pp1pkkK很快很快控制步驟控制步驟平衡近似法：平衡近似法：催化劑性能發(fā)生變化催化劑性能發(fā)生變化三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象（異?，F(xiàn)象（3）2SO2 + O2 = 2SO3第五節(jié)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度第五節(jié)溫度對(duì)反應(yīng)速率的

27、影響及最佳反應(yīng)溫度一、溫度對(duì)單一反應(yīng)速率的影響及最佳溫度曲線 1. 溫度對(duì)不同類型單一反應(yīng)速率的影響 （1）不可逆反應(yīng) （2）可逆吸熱反應(yīng) （3）可逆放熱反應(yīng) 2. 可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線二、溫度對(duì)平行反應(yīng)和連串反應(yīng)速率的影響 1.平行反應(yīng) 2.連串反應(yīng)第五節(jié)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度第五節(jié)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度一、溫度對(duì)單一反應(yīng)速率的影響及最佳溫度曲線 1. 溫度對(duì)不同類型單一反應(yīng)速率的影響 （1）不可逆反應(yīng)盡可能高的溫度下反應(yīng)，以提高反應(yīng)速率。受限：催化劑，高溫材料，供熱，付反應(yīng)等)()(1)()()(1)()()(12111122112211yfKyfyfkyfk

28、yfkyfkyfkyfkryA隨溫度的升高，k1升高， 升高， 也升高總的結(jié)果，隨溫度的升高，總的反應(yīng)速率提高。因此，對(duì)于可逆吸熱反應(yīng)，也應(yīng)盡可能在較高溫度下進(jìn)行，這樣既有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，又可提高反應(yīng)速率。 同樣，也應(yīng)考慮一些因素的限制。yK)()(112yfKyfy（2）可逆吸熱反應(yīng)例如，天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是可逆吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于提高反應(yīng)速率并提高甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率，但考慮到設(shè)備材質(zhì)等條件限制，一般一段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)溫度小于800-850。422CHH OCOH（3）可逆放熱反應(yīng)reversible exothermic reaction)()(1)()()(1)()()(1211112

29、2112211yfKyfyfkyfkyfkyfkyfkyfkryA隨溫度的升高，k1升高， 降低， 也降低?？偟慕Y(jié)果，反應(yīng)速率受兩種相互矛盾的因素影響。yK)()(112yfKyfy)()(1)()()(1)()()(12111122112211yfKyfyfkyfkyfkyfkyfkyfkryA溫度較低時(shí)，由于 數(shù)值較大， 1，此時(shí)，溫度對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)的影響要大于對(duì) 的影響，總的結(jié)果，溫度升高，反應(yīng)速率提高。隨著溫度的升高， 的影響越來越顯著，也就是說，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率隨溫度的增加量越來越小，當(dāng)溫度增加到一定程度后，溫度對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)和平衡常數(shù)的影響相互抵消，反應(yīng)速率隨溫度的增加量變

30、為零。隨著溫度的增加，由于溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響發(fā)展成為矛盾的主要方面，因此，反應(yīng)速率隨溫度的增加而降低。yK)()(112yfKyfy)()(112yfKyfyyKreversible exothermic reaction0.00.200.400.600.80 xr(x,T)最佳溫度曲線Optimal temperature profile:轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率最佳溫度最佳溫度最佳溫度最佳溫度轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率二、可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線最佳溫度曲線的求解：10120212220211011012021221222202121101220211012211)()(expexp)(exp)(:, 0,)(

31、)(exp0exp)(exp)(0exp)(exp)()()(kyfkyfTREETREkyfTREkyfrTkyfkyfTREEEETRETREkyfTRETREkyfTTTrTREkyfTREkyfyfkyfkregegegAeopgopgopgopgopgopyAggA則有此時(shí)相應(yīng)的平衡溫度為當(dāng)反應(yīng)處于平衡時(shí)代替于零，并以，對(duì)上式求導(dǎo)，使其等由條件二、可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線1ln1ln1ln11ln:expexp211221122112121221121221EEEETRTTEEEERTEETTREETREETREEEETREETREEEEegeegopeopgegopgegopg兩

32、邊取對(duì)數(shù)二、溫度對(duì)平行和連串反應(yīng)速率的影響1、平行反應(yīng)當(dāng)反應(yīng)組分A2大大過量可以求得： 123124AAAAAA110121310121224101212 () 1 () 1 () cc expkk tkccexpkk tkkkccexpkk tkk1312121 () kYexpkk tkk113120201121 (/)()/kkSkkkkexp EERT二、溫度對(duì)平行和連串反應(yīng)速率的影響2、連串反應(yīng)第六節(jié)第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1、化學(xué)基礎(chǔ)、生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)、安全生產(chǎn)技術(shù)第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程一、反應(yīng)

33、器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1、化學(xué)基礎(chǔ) 反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、催化劑，轉(zhuǎn)化率及選擇率收率 熱力學(xué)數(shù)據(jù)和物性數(shù)據(jù) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（微觀或本征動(dòng)力學(xué)、顆粒級(jí)宏觀動(dòng)力學(xué)） 流動(dòng)狀況（床層級(jí)宏觀動(dòng)力學(xué)） 實(shí)際操作中的非正常情況第六節(jié)第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1、化學(xué)基礎(chǔ)、生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)、生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)第六節(jié)第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1、化學(xué)基礎(chǔ)2、生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)3、安全生產(chǎn)技術(shù)、安全生產(chǎn)技術(shù)高溫高壓、易燃易爆、有毒有害、腐蝕污染；高溫高壓、易燃易爆、有毒有害、腐蝕污染；操作連續(xù)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高操作連續(xù)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高第六節(jié)第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程配氧的安全生產(chǎn)技術(shù)配氧的安全生產(chǎn)技術(shù)非爆區(qū)爆炸區(qū)氧體積分?jǐn)?shù)乙烯體積分?jǐn)?shù)第六節(jié)第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程配氧的安全生產(chǎn)技術(shù)配氧的安全生產(chǎn)技術(shù)爆炸極限爆炸極限可燃物質(zhì)可燃物質(zhì)( (可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵) )與與空氣空氣( (或氧氣或氧氣) )必須在一定的濃度范圍必須在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源才會(huì)發(fā)生爆炸，這