第一章动力学基础PPT讲稿.ppt

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1、第一章第一章 动力学基力学基础第1页，共28页，编辑于2022年，星期一一、反应器流动模型一、反应器流动模型v 为简化反应器工艺设计，根据反应器内流体的流动为简化反应器工艺设计，根据反应器内流体的流动状况，可以建立两种理想流动模型：状况，可以建立两种理想流动模型：理想置换流动模型理想置换流动模型和和理想混合流动模型理想混合流动模型。第2页，共28页，编辑于2022年，星期一1.理想置换流动模型理想置换流动模型v 理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型，如图2-1所示。第3页，共28页，编辑于2022年，星期一2.2.理想混合流动模型理想混合流动模型v 理想混合流动模型也称为全混流模型，如

2、图2-2所示。第4页，共28页，编辑于2022年，星期一3.返混及其对反应的影响返混及其对反应的影响v 返混专指不同时刻进入反应器的返混专指不同时刻进入反应器的物料之间物料之间的混合，的混合，是是逆向的混合逆向的混合，或者说是，或者说是不同年龄质点之间的混合不同年龄质点之间的混合。返混是连续化后才出现的一种混合现象。返混是连续化后才出现的一种混合现象。v 返混改变了反应器内的返混改变了反应器内的浓度分布浓度分布，使反应器内，使反应器内反应物反应物的浓度下降的浓度下降，反应产物的浓度上升反应产物的浓度上升。v 降低返混程度的主要措施是降低返混程度的主要措施是分割分割，通常有，通常有横向分割横向分

3、割和和纵向分割纵向分割两种，其中重要的是两种，其中重要的是横向分割横向分割。第5页，共28页，编辑于2022年，星期一（二）非理想流动（二）非理想流动v 对于所有对于所有偏离理想置换和理想混合偏离理想置换和理想混合的流动模式统称为的流动模式统称为非理想非理想流动流动 。v 实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因可以归结实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因可以归结为下列几个方面。为下列几个方面。v1.1.滞留区的存在滞留区的存在v2.2.存在沟流与短路存在沟流与短路v3.3.循环流循环流v4.4.流体流速分布不均匀流体流速分布不均匀v5.5.扩散扩散第6页，共28页，编辑于2022年，

4、星期一第一节第一节 化学动力学方程表达式化学动力学方程表达式1、化学反应式、化学反应式 反应物反应物经过经过化学反应化学反应生成生成产物产物的过程用的过程用定量关系式定量关系式予予以描述时，该定量关系式以描述时，该定量关系式称为化学反应式称为化学反应式。式（2.1-1）貌似方程式，但并非方程式。一、化学反应速率的表示一、化学反应速率的表示第7页，共28页，编辑于2022年，星期一即任何反应组分的反应量与其化学计量系数之比为相同值，该即任何反应组分的反应量与其化学计量系数之比为相同值，该值可用来描述该反应进行的程度。值可用来描述该反应进行的程度。故定义反应程度为：故定义反应程度为：对于化学反应式

5、对于化学反应式设设t=0时，反应物系中各组分的量分别为时，反应物系中各组分的量分别为nA0，nB0，nR0，nS0；t=t时刻时，反应物系中各组分的量分别为时刻时，反应物系中各组分的量分别为nA，nB，nR，nS；终态与始态间各组分量的变化值之间的关系为：终态与始态间各组分量的变化值之间的关系为：2、反应程度反应程度第8页，共28页，编辑于2022年，星期一（1）=f(time)；（2）是一个累积量，其值恒为正；（3）是以具有广度性质的量，其值与体系的量有关，若希望其具有强度性质时，可用单位体积的反应程度来表示。第9页，共28页，编辑于2022年，星期一3、转化率转化率关键组分K属属性性 该组

6、分在原料中的量按化学计量方程计算能完全转化掉，即转化率最大值为100%。必须是反应物第10页，共28页，编辑于2022年，星期一关键组分关键组分转化率转化率xK反应程度反应程度 与与转化率转化率的关系的关系结合反应程度的定义：结合反应程度的定义：第11页，共28页，编辑于2022年，星期一二、化学反应速率二、化学反应速率单位质量催化剂单位质量催化剂wcat气固相催化反应气固相催化反应单位体积催化剂单位体积催化剂Vcat单位相界面积单位相界面积S气液相反应气液相反应单位体积单位体积V均相反应均相反应反应速率反应速率r基准基准反应类型反应类型定义：单位反应体系中反应程度随时间的变化率。定义：单位反

7、应体系中反应程度随时间的变化率。反反应应速速率率第12页，共28页，编辑于2022年，星期一定义：单位反应体系中组分摩尔数随时间的变化率。反应速率 产物组分I的生成速率：关键组分k的消耗速率：以反应程度表示的反应速率与以摩尔数表示的反应速率之间的关系：对于第13页，共28页，编辑于2022年，星期一1 1、化学反应速率的工程表示、化学反应速率的工程表示反应量：反应量：mol kmol 反应场所：反应场所：VR，VCAT.，kg催化剂催化剂，m2表面等表面等（-rA)：kmol/（m3.h），），kmol/（kg.h），等等），等等与物化与物化 区别区别第14页，共28页，编辑于2022年，星期

8、一与物化不同之处在于：与物化不同之处在于：a.定态时，没有时间概念定态时，没有时间概念b.考察场所考察场所-物料（间歇）物料（间歇）反应器（连续）反应器（连续）c.能与传递过程相结合能与传递过程相结合单位时间转化量单位时间转化量V体积过程体积过程 S面积过程面积过程CA0CPfCAf物化用于表达本征动力学（间歇、等容）物化用于表达本征动力学（间歇、等容）与物化区别与物化区别第15页，共28页，编辑于2022年，星期一对于多组分反应对于多组分反应第16页，共28页，编辑于2022年，星期一反应场所反应场所:均相液相反应均相液相反应液相反应体积（液相反应体积（kmol/m3hr）气固催化反应过程气

9、固催化反应过程单位催化剂体积（单位催化剂体积（rs-kmol/m3hr）单位催化剂重量（单位催化剂重量（rw-kmol/kghr）单位催化剂堆积体积（单位催化剂堆积体积（rv-kmol/m3hr）气液非均相反应气液非均相反应 界面、液相主体、液膜等（具体略）界面、液相主体、液膜等（具体略）第17页，共28页，编辑于2022年，星期一2 2、化学反应速率的其他表示方法、化学反应速率的其他表示方法2.12.1用组分转化率表示：用组分转化率表示：2.2 2.2 用浓度表示：用浓度表示：第18页，共28页，编辑于2022年，星期一一般一般C、T影响是相互独立的（经验）影响是相互独立的（经验）反应速率的

10、温度效应反应速率的温度效应反应速率的浓度效应反应速率的浓度效应三、反应动力学表达式三、反应动力学表达式反应速率与温度、浓度的关系反应速率与温度、浓度的关系动力学方程动力学方程例如例如反应动力学反应动力学反应速率常数（温度项）反应速率常数（温度项）包含反应级数的浓度项包含反应级数的浓度项定义：定量描述反应速率与影响因素之间的关系式。第19页，共28页，编辑于2022年，星期一k 的因次与的因次与 n 有关：有关：n=1,k=时间时间-1温度项温度项式中式中k k反应速率常数反应速率常数k k0 0频率因子频率因子 T T温度温度 K K E E反应活化能反应活化能 J/molJ/mol，cal/

11、molcal/mol R R气体普适常数气体普适常数阿累尼乌斯阿累尼乌斯(Arrhenius)(Arrhenius)公式公式四、影响化学反应速率的温度效应四、影响化学反应速率的温度效应第20页，共28页，编辑于2022年，星期一TkT活化能的本质活化能的本质反应速率对温度变化的敏感程度反应速率对温度变化的敏感程度物理化学物理化学反应难易程度；大，则不易进行反应难易程度；大，则不易进行反应工程反应工程对温度敏感程度；大，则敏感对温度敏感程度；大，则敏感T变化对反应速率（或速率常数）相对变化率的大小变化对反应速率（或速率常数）相对变化率的大小第21页，共28页，编辑于2022年，星期一E的本质的本质速率常数提高一倍所需提高的温度速率常数提高一倍所需提高的温度直观理解：横看；竖看直观理解：横看；竖看理论思维：理论思维：E的工程意义的工程意义反应速率对温度变化的敏感程度反应速率对温度变化的敏感程度T不变不变E不变不变第22页，共28页，编辑于2022年，星期一与反应热与反应热H的关系的关系活化能的数量级活化能的数量级40200 kJ/mol 如果如果 E40 kJ/mol，或，或1n=1n=0n1n=0与浓度无关与浓度无关n1对浓度敏感对浓度敏感微分法、积分法微分法、积分法第28页，共28页，编辑于2022年，星期一