反應工程四川大學化學反應工程

1、會計學1反應工程四川大學化學反應工程反應工程四川大學化學反應工程HHOCCCCCCCCH3CH3HHCCCH3CH3HH第1頁/共61頁第2頁/共61頁第3頁/共61頁第4頁/共61頁第5頁/共61頁第6頁/共61頁第7頁/共61頁第8頁/共61頁第9頁/共61頁第10頁/共61頁第11頁/共61頁第12頁/共61頁反應工程與其它學科的關系反應工程與其它學科的關系反應工程 化工熱力學工程控制傳遞過程催化劑化學工藝流體力學穩(wěn)定性反應動力學計量化學最優(yōu)化技術最優(yōu)化技術放大設計第13頁/共61頁第14頁/共61頁第15頁/共61頁第16頁/共61頁 工程控制：工程控制：反應技術的實施有賴于適當?shù)牟僮?/p>

2、反應技術的實施有賴于適當?shù)牟僮骺刂?，需了解關于反應過程的動態(tài)控制，需了解關于反應過程的動態(tài)特性和有關的最優(yōu)化問題。特性和有關的最優(yōu)化問題。注意：注意：對于反應裝置而言是最優(yōu)化對于反應裝置而言是最優(yōu)化的條件，末必與整個生產系統(tǒng)最優(yōu)的條件，末必與整個生產系統(tǒng)最優(yōu)化所要求的條件相一致。化所要求的條件相一致。 第17頁/共61頁參數(shù)計算式動量衡算式熱量衡算式物料衡算式動力學方程式第18頁/共61頁放大的依據(jù)：相似論(相似準數(shù)Re、Pr、Nu、Pe、Sc等)第19頁/共61頁1998第20頁/共61頁第21頁/共61頁第22頁/共61頁第23頁/共61頁10Si iiA 規(guī)定：規(guī)定：反應物反應物的計量系

3、數(shù)為的計量系數(shù)為負負反應產物反應產物的計量系數(shù)為的計量系數(shù)為正正第24頁/共61頁第25頁/共61頁N-1L-3nrA、rB、rP、rS分別為組分分別為組分A、B、P和和S的的反應速率。反應速率。aA bBpPsS1AAdnrV dt 1BBdnrV dt 1ppdnrV dt1ssdnrV dtiidnroVdt第26頁/共61頁psABrrrrrabpsiAdCrdt 1iiiRPdndPdyrVdtRT dtRT dt 總第27頁/共61頁00AAAAnnAxAn組分 反應掉的摩爾數(shù)組分 起始時的摩爾數(shù)00AAAAnnnx第28頁/共61頁第29頁/共61頁第30頁/共61頁第31頁/共

4、61頁 一般為包含很一般為包含很多基元反應步驟多基元反應步驟的復雜反應的復雜反應 反應級數(shù)的值反應級數(shù)的值是由實驗獲得的是由實驗獲得的，與反應機理無，與反應機理無直接的關系，也直接的關系，也不一定等于計量不一定等于計量系數(shù)。系數(shù)。分子直接碰撞的分子直接碰撞的反應反應反應速率符合質反應速率符合質量作用定律，反量作用定律，反應級數(shù)等于反應應級數(shù)等于反應物的化學計量系物的化學計量系數(shù)。數(shù)。第32頁/共61頁iiijjjABrkciAiii第33頁/共61頁第34頁/共61頁第35頁/共61頁第36頁/共61頁0( )exp()gEkTkRT0ln ( ) lngEkTkRT2ln (gd kTEdT

5、RT）第37頁/共61頁aA bBpP sSAABPSABPSrkC C CCkC C C C第38頁/共61頁第39頁/共61頁2.1.2.4反應速率常數(shù)的性質及其之間的關系：反應速率常數(shù)的性質及其之間的關系：性質性質：1.不管是用濃度、分壓或分子分率表示的反應不管是用濃度、分壓或分子分率表示的反應速率常數(shù)，都是速率常數(shù)，都是溫度溫度的函數(shù)，與濃度無關；的函數(shù)，與濃度無關；2.反應速率常數(shù)的因次與反應速率方程式的函反應速率常數(shù)的因次與反應速率方程式的函數(shù)形式（冪函數(shù)、雙曲函數(shù)等）及表示方法（數(shù)形式（冪函數(shù)、雙曲函數(shù)等）及表示方法（濃度、分壓、分子分率）有關。濃度、分壓、分子分率）有關。相互間

6、的關系（由理想氣體方程式導出）：相互間的關系（由理想氣體方程式導出）： ()()gnnCPgyRTkk RTkP總 換算中普適氣體常數(shù)換算中普適氣體常數(shù)Rg的值取決于壓強的單位的值取決于壓強的單位第40頁/共61頁第41頁/共61頁1884年，年，Vant Hoff提出溫度系數(shù)：溫提出溫度系數(shù)：溫度每升高度每升高10C, 反應速率增大反應速率增大2-4倍倍 = r(T+10)/r(T)生命在夏天比冬天生長更快生命在夏天比冬天生長更快高溫下食品更容易熟高溫下食品更容易熟第42頁/共61頁2lnPd KHdTRTVant Hoff方程：方程：r = k(T) CA CB CP CS 1885年，年

7、，Hood提出：提出：HdDcCbBaAkKP,2ln (d kTABdTRT）第43頁/共61頁1、Arrhenius積分方程積分方程 ： 反應速率總是隨溫度的升高而增大反應速率總是隨溫度的升高而增大2、Arrhenius微分方程：微分方程：的變化的變化3. 活化能一定時，反應速率對溫度的敏感程度隨溫度的活化能一定時，反應速率對溫度的敏感程度隨溫度的升高而降低升高而降低2ln (gd kTEdTRT）第44頁/共61頁第45頁/共61頁0lnlnEkkRT101ln ( ) lngEkTkRT202ln ( ) lngEkTkRT1 21122( )ln( )gRTTkTET TkT第46頁

8、/共61頁kkkCdtdCrAAA0AAAAxCCCkt00kAAAkCdtdCrAAAxCCkt11lnln0第47頁/共61頁kk2AAAkCdtdCrAAAAAxxCCCkt111100BAAACkCdtdCrAAAABCCABBAACCtdCCCCCCCCCdCkdtAAAA1110000000ABABBABAABxxCCCCCCCCkt11ln1ln1000000第48頁/共61頁2AAAkCdtdCrABAAACkCkCdtdCr0BkCk 第49頁/共61頁AAAAAxxCCCkt111100AAAAxCCCkt00AAAxCCkt11lnln0110111()1nnAAktnC

9、C0AACCkt0ktAACC e00(1)AAACCktC0011(1)AAAnnCCktCAABrkC CAAAAAxxCCCkt11110000001lnABBAABC CktCCC C第50頁/共61頁AAACdCrkC Cdt 第51頁/共61頁)(0AMAAACCkCdtdCrAAAMCCMAMAACCtdCCCCCCCCdCkdtAAAA111000000ACCAMAAMAAMMCCCCCCCCCCCCkt00000000ln1ln1rACAopCArAmax0AAopArCC 令0AAopArxx 或 令特點特點若反應物濃度低若反應物濃度低于或高于于或高于 CAop均會使均會使rA減小減小第52頁/共61頁HHOCCCCCCCCH3CH3HHCCCH3CH3HH第53頁/共61頁放大的依據(jù)：相似論(相似準數(shù)Re、Pr、Nu、Pe、Sc等)第54頁/共61頁10Si iiA 規(guī)定：規(guī)定：反應物反應物的計量系數(shù)為的計量系數(shù)為負負反應產物反應產物的計量系數(shù)為的計量系數(shù)為正正第55頁/共61頁第56頁/共61頁第57頁/共61頁第58頁/共61頁1、Arrhenius積分方程積分方程 ： 反應速率總是隨溫度的升高而增大反應速率總是隨溫度的升高而增大2、Arrhenius微分方程：