反应工程第一章.ppt

第一章气-固相催化反应本征动力学
概述
化工生产过程按操作方式分为间歇过程和连续过程,其生产系统称为间歇系统和连续系统,相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。气-固相催化反应是连续操作过程。
本章主要讨论:
1)连续过程中化学反应速率的有关问题;
2)气-固相催化反应的化学动力学,即本征动力学。
第一章气-固相催化反应本征动力学
第一节化学计量学
第二节化学反应速率的表示方式
第三节动力学方程
第四节气固相催化反应本征动力学方程
第五节温度对反应速率的影响
第一节化学计量学
1-1化学计量式
。
2. 化学计量式表示参加反应各组分间的数量关系。
1)二氧化硫氧化反应的化学计量式为
上式表示转化1mol SO2,,生成1molSO3。
化学计量式是化学计量学的基础。
第一节化学计量学
1-1化学计量式
2)若反应系统中有n个组分,化学计量式为:
上式的左边为反应物,右边为产物。
上式中一般将反应物的化学计量系数取负值,产物的化学计量系数取正值。例如二氧化硫氧化反应,令A1=SO2,A2=O2,A3=SO3,则其化学计量式可改写为
A3-A1-=0
第一节化学计量学
1-1化学计量式
3)如果反应系统中有n个组分发生m个反应,则第j个反应的化学计量式为
对于反应系统有m个化学计量式,可表示为
或用矩阵形式表示
为化学计量系数矩阵,A为组分向量。
第一节化学计量学
1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子

对于间歇系统中的单反应进行物料衡算
反应初始量
nA0
nB0
nR0
反应终态量
nA
nB
nR
按化学计量关系可知
第一节化学计量学

式中ξ称为反应程度;对于反应物及为负;
对于产物为正。
2. 的作用
上式也可表示为:
对于反应物为反应量, 对于产物为生成量。所以知道反应程度,即可计算出反应系统中每个反应物的反应量和每个产物的生成量。
第一节化学计量学
二、转化率
,反应物A的反应量与其初始量之比称为A的转化率。
,A的转化率为

反应过程的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系,通常选择不过量的反应物为关键组分。反应的转化率实际上是指关键组分的转化率。
例如反应 CaSO4·2H2O+2KCl=K2SO4+CaCl2+2H2O KCl为关键组分。
三、化学膨胀因子
在恒温恒压的连续系统中发生反应
对于液相反应,反应前后物料的体积流量变化不大,一般作为恒容过程。对于气相反应,反应前后物料的体积流量变化较大,一般为变容过程。
设A为关键组分。
A时反应混合物增加或减少的物质量为化学膨胀因子,即:
第一节化学计量学
第一节化学计量学
例1-1 计算下列反应的化学膨胀因子
1. A+B→P+S 2. A→P+S 3. A+3B→2P
解:
1. δA=[(1+1)-(1+1)] / 1=0
2. δA=[(1+1)-1)] / 1=1
3. δA=[2-(1+3)] / 1=-2
反应混合物量不变
反应混合物量增加
反应混合物量减少