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反应动力学基础
第1页，共59页，编辑于2022年，星期三
目的：利用化学/生物反应，将污染物转化成无毒无害或易于分离的物质达到去除污染物和净化环境目的。
主要研究内容：
1)反应动力学 研究各种因素(如温共59页，编辑于2022年，星期三
反应器操作的工程概念
空间速度（空速）(space velocity，SV)
单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量。
空间速度
注意：
单位为时间的倒数。
表示单位时间内能处理几倍于反应器体积的物料，反映了一个反应器的强度。（SV＝2 h-1表示1h处理2倍于反应体积的流体。）
空速越大，反应器的负荷越大。
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反应器内反应物流动与混合状态
理想状态下两种流动状态
1）完全混合流 (complete mixing)：亦称全混流、理想混合,反应物进入反应器后，能瞬间达到完全混合，反应器内的浓度、温度等处处相同。全混流可以认为返混为无限大。
2）（平）推流 (plug/ piston flow)：亦称活塞流、挤出流,反应物以相同的流速和一致的方向移动，即反应物在反应器内齐头并进。在径向充分混合，但不存在轴向混合，即返混为零。
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反应器内反应物流动与混合状态
非理想流态:介于全混流和推流之间的流态
实际的反应器中，一般存在浓度、温度和流速的分布，从而可能造成不同的“流团”间有不同的停留时间、组分、浓度和反应速率。
返混(back mixing)： 处于不同停留时间的“流团”间的混合称返混。
混合后形成的新“流团”的组分和浓度与原来的“流团” 不同，反应速率亦可能随之发生变化，影响了整个反应器的反应特性。
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反应器的类型
按反应器的结构分类：釜（槽）式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床、膨胀床 、流化床等。塔式反应器又分为鼓泡塔和填料塔
按反应物的聚集状态分类：均相反应器、非均相反应器（如气-液反应器等）
按反应操作分类：间歇反应器（分批反应器）、连续反应器和半连续反应器以及恒温反应器、非恒温反应器等。
按流态分类：理想流反应器和非理想流反应器。理想流反应器又分为完全混合流（全混流）反应器和推流反应器。
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反应器的设计和放大
设计过程
选择合适的反应器型式；
确定最佳的操作条件；
计算达到规定的目标所需要的反应体积，确定反应器的主要尺寸。
反应器设计用到的基本方程：
反应动力学方程、物料/能量/动量衡算式
放大步骤
从实验室到实际规模应用：逐级经验放大、数学模型设计
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第二节 反应的计量关系
反应物 (reactants)：反应的出发物质
产物 (products)：反应中产生的物质
反应组分 (reaction mixture)：参与反应的物质总称
反应式：描述反应物经过反应生成产物的过程关系式
计量方程：表示参与反应的各组分量的变化，与反应历程无关。
计量方程中M表示各组分的摩尔质量
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膨胀因子的计算
每消耗1mol的某反应物所引起的反应系统总物质的量的变化量(δ)称为该反应物的膨胀因子。
等分子反应：计量方程中计量系数的代数和等于零，膨胀因子为0。
非等分子反应：计量系数的代数和非为零（可正、可负），A物质膨胀因子如下
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膨胀因子的计算
例题：已知某反应反应计量式如下：A+2B=3C+4D
B物质的膨胀系数
D物质的膨胀系数
计算膨胀因子的意义
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膨胀因子的计算
【】丙烷在870K附近时的热分解反应的计量方程为：
试计算1摩尔的丙烷分解后反应体系的总摩尔数将增加多少？
解：丙烷的膨胀系数为：
故每分解1 mol。
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反 应 的 分 类
根据独立的计量方程的个数分类：
简单反应（单一反应）≠基元反应
包括可逆反应
复杂反应（复合反应）
平行反应
串联反应
平行-串联反应
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反