2反应动力学基础【PPT】.ppt

概述:
研究化学反应,可以从热力学和反应动力学两个角度来考虑。一个化学反应能否进行、能进行到什么程度是热力学的研究范畴。但反应以何种方式进行、反应的快慢程度等则是反应动力学回答的问题。

《反应工程》的任务就是如何使化学反应在工业上经济、高效地实现。有关化学反应的热力学和动力学知识是实现这一目标的基础。
化学反应:以分子尺度进行的物质转化过程。(排除一切物理传递过程的影响,得到的化学反应动力学称之为微观动力学或本征动力学)
化学反应动力学:研究化学反应速率和机理的科学。研究化学反应速率,包含了对反应速率及影响反应速率的各种因素的研究;研究化学反应机理,是在分子水平上,研究基元反应及相应的反应机理。
均相反应是指在均匀的液相或气相中进行的反应。

均相反应动力学研究各种外界因素对反应速率和反应产物分布的影响以及它们之间的定量关系。这种数学关系称为速率方程,或本征(经典、固有、微观)动力学方程。
化学反应速率
任何化学反应都以一定速率进行。
化学反应速率:单位时间,单位体积反应物系中某一反应组分的物料变化量。
一、间歇系统
随着反应持续进行,反应物不断减少,产物不断增多,各组分的浓度或摩尔分率不断地变化,因此反应速率是某一瞬时状态的的“瞬时反应速率”
间歇系统中,反应期间没有物料的进出。物料处于均匀状态时反应物系的组成、温度、压力等参数在每一瞬时都相同,独立变量为时间。
间歇系统中反应速率定义为:单位反应时间内,单位反应混合物体积中某一组分的反应量。
式中,对反应物,取“-”,而对产物,取“+”。
()
()
V—反应物系的体积;t —反应时间;
nA —反应物A的瞬时摩尔量。
对于多组分化学反应,按不同物质计算得反应速率,在数值上常常不等,因此一定要注明反应速率是按哪一个组分计算的。
各组分r间的关系:
()
在反应
这说明无论按哪一个反应组分计算的反应速率,其与相应的化学计量系数之比恒为定值
于是,反应速率的定义式又可写成:
式()不受选取反应组分的限制。知道后乘以化学计量系数即得按相应组分计算的反应速率。在复杂反应系统的动力学计算中,应用的概念最为方便。
因为
,代入式()中的第一式则得:
()
若反应过程中物料容积变化不大,即接近恒容时,则反应速率为:
—经典化学动力学反应速率定义式
—以浓度对时间的变化率来表示化学反应速率。
()
在多相系统中,反应物要从一个相传递到另一个相,或者在相界面上进行反应,对于两相流体体系,常采用相界面积表示反应速率。如:流—固系统中,采用单位固体表面积或催化剂的内表面积S表示:
或以单位质量固体
或催化剂W表示:
连续系统中,物料在反应器中没有积累,系统中浓度c,温度T等参数不随时间而变,只随径向位置而变。
取反应器内任意一个小微元M,其体积为dVr,可认为此体积内物系参数均匀。
连续反应器反应速率:
()
二、连续系统
—反应体积,即进行化学反应的空间; —摩尔流量。
注意:
均相反应一般都是基于反应体积来表示其反应速率,多相反应则三种方式都有采用,所以在应用时必须注意。特别是采用反应体积表示时,应分清是指一个相的体积还是所有相的体积之和。这三种方式表示的反应速率可以进行换算。
在流动系统中,多相反应器反应速率:
a-相界面积
W-固体的质量