反应工程第一章PPT讲稿.ppt

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1、反应工程第一章第1页，共85页，编辑于2022年，星期五第一章 气固相催化反应本征动力学第一节第一节 化学计量学化学计量学第二节第二节 化学反应速率的表示方式化学反应速率的表示方式第三节第三节 动力学方程动力学方程第四节第四节 气固相催化反应本征动力学方程气固相催化反应本征动力学方程第五节第五节 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响第2页，共85页，编辑于2022年，星期五第一节 化学计量学1-1化学计量式化学计量式1.化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物各组分变化量的相互关系。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 S

2、O2,消耗0.5molO2,生成1molSO3。化学计量式是化学计量学的基础。第3页，共85页，编辑于2022年，星期五第一节 化学计量学1-1化学计量式化学计量式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-A1-0.5A2=0第4页，共85页，编辑于2022年，星期五第一节 化学计量学1-1化学计量式化学计量式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

3、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5页，共85页，编辑于2022年，星期五第一节 化学计量学1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子反应程度、转化率及化学膨胀因子一反应程度对于间歇系统中的单反应进行物料衡算反应初始量 nA0nB0nR0反应终态量 nAnBnR按化学计量关系可知第6页，共85页，编辑于2022年，星期五第一节 化学计量学1.反应程度式中称为反应程度；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7页，共85页，编辑于20

4、22年，星期五第一节 化学计量学二、转化率二、转化率 1.对于间歇系统，反应物A的反应量与其初始量之比称为A的转化率。2.对于连续系统，A的转化率为3.关键组分 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 CaSO42H2O+2KCl=K2SO4+CaCl2+2H2O KCl为关键组分。第8页，共85页，编辑于2022年，星期五三、化学膨胀因子三、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

5、为变容过程。设A为关键组分。1.定义 每转化1mol 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9页，共85页，编辑于2022年，星期五第一节 化学计量学例11 计算下列反应的化学膨胀因子1.A+BP+S 2.AP+S 3.A+3B2P解：1.A=(1+1)(1+1)/1=02.A=(1+1)1)/1=13.A=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第10页，共85页，编辑于2022年，星期五3.组分A的瞬时浓度2.第11页，共85页，编辑于2022年，星期五第一节 化学计量学 1-4 多重反应的收率及选择率多重反应的收率及选择率 1

6、.1.单一反应和多重反应单一反应和多重反应 1）单一反应：一组特定的反应物反应生成一组特定的产物。2）多重反应：一组特定的反应物同时进行n个不同的单反应，生成n组不同的产物，称为多重反应（复合反应，复杂反应）；主反应：生成目的产物的反应；副反应：生成副产物的反应。第12页，共85页，编辑于2022年，星期五14多重反应的收率及选择性多重反应的收率及选择性(1）同时反应（反应物和产物均不同）(2）平行反应（反应物生成多种产物）(3）连串反应（反应物生成中间产物）(4）平行连串反应对于多重反应，反应产物中有目的产物和副产物。目前一般采用转化率和目的产物的收率以及选择率来评价反应的进程和产物分布。第

7、13页，共85页，编辑于2022年，星期五14多重反应的收率及选择性多重反应的收率及选择性 设关键组分为设关键组分为A，目的产物为，目的产物为L。2.目的产物收率Y3.目的产物选择率4.转化率、收率和选择率的关系可见，三者之间有关系式：第14页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式 概述1.化学反应速率定义：单位时间内单位反应混合物体积中反应物的反应量或产物的生成量。2.以A为关键组分，反应速率可表示为：由于随着反应的进行，反应物不断减少，产物不断增加，所以反应速率是指某一瞬间状态下的“瞬时反应速率”。化学反应速率的表示方式与操作方式有关，还与物料的相态有关。第15

8、页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式1-6 间歇系统及连续系统间歇系统及连续系统一、间歇系统一、间歇系统在间歇生产系统中，反应物一次性加入反应器，经历一定的反应时间后，产物一次性取出。然后冲洗反应器，重复加料、反应和出料操作，生产是分批进行的。1.间歇反应器的特点 1）生产分批进行；2）反应器内物料参数（组成、温度和压力等）在每一瞬间均匀；3）反应器内物料参数随时间变化，时间是独立变量。第16页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式1-6 间歇系统及连续系统间歇系统及连续系统一、间歇系统一、间歇系统2.化学反应速率表示方式设A 为关键

9、组分。化学反应速率为单位时间、单位反应混合物体积中反应物A的反应量，即式中，V为反应体系混合物所占有的体积。按照物料的相态，上式有相应的表示方式。第17页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式 1）均相反应对于等容过程，有上式中，对于反应物，取负号；对于产物，取正号。2）多相系统（1）气-固相催化反应式中，S、W分别为固体催化剂内表面积和催化剂质量第18页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式 （2）流-固相反应 式中，S、W分别为固体反应物外表面积和固体反应物的质量（3）气-液反应式中，S为气液接触面积第19页，共85页，编辑于2022

10、年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式1-6 间歇系统及连续系统间歇系统及连续系统二、连续系统在连续系统生产中，反应物不断加入反应器，产物不断从反应器取出，操作过程是连续进行的。1.连续反应器特点1）生产连续进行；2）物料参数某一位置处是定值，不随时间变化；3）物料参数随不同位置而变化。第20页，共85页，编辑于2022年，星期五LCA,OCA fCA0L0CA,OCA f第21页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式1-6 间歇系统及连续系统间歇系统及连续系统2.化学反应速率表示方式 连续系统情况下，化学反应速率可表示为单位反应体积中（或单位反应表面积上，或单位

11、质量固体和催化剂上）某一反应物或产物的摩尔流量的变化。设A为关键组分，则有：对于均相反应，VR为反应混合物在反应器中占据的体积。对于气固相催化反应，VR为催化剂床层的体积，它包括颗粒的体积和颗粒空隙的体积；S、W分别为固体催化剂内表面积和催化剂质量。对于流-固相反应，S、W分别为固体反应物外表面积和固体反应物的质量。对于气-液反应，S为气液接触面积。第22页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式1-6 间歇系统及连续系统间歇系统及连续系统3.空间速度空间速度 空间速度简称空速，其定义是单位反应体积所能处理的反应混合物的体积流量。反应混合物体积流量 空速 反应体积（质

12、量）当反应混合物进入和离开反应器的组成一定时，空速越大，则反应器的生产能力越大。反应混合物的状态、反应混合物体积流量以及反应体积的表示方式有所不同，所计算的空速以及单位也各不相同，应加以具体说明，一般有以下几种表示方式。第23页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式1-6 间歇系统及连续系统间歇系统及连续系统3.空间速度空间速度1）液空速：反应混合物以液体状态进入反应器，常以25下液体的体积流量计算空速，称为液空速。2）湿空速和干空速：反应混合物以气体状态进入反应器，包括水蒸气时，称为湿空速；不计水蒸气时，称为干空速。3）初态体积流量VS0：按不含产物的反应混合物初

13、态组成和标准状况计算的体积流量。（1）空速VSP：式中 VS0为标准状况下m3/h或 m3(STP)/h;VR为反应混合物体积或堆体积。（2)质量空速WSP:上式为单位质量催化剂计算空速,单位m3(STP)/th；为堆密度(床层密度)。第24页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式1-6 间歇系统及连续系统间歇系统及连续系统4.接触时间1）定义：空速的倒数称为接触时间。2）标准接触时间5.化学反应速率的其他形式1）2）第25页，共85页，编辑于2022年，星期五第二节 化学反应速率的表示方式17 反应物的消耗速率和产物的生成速率反应物的消耗速率和产物的生成速率可根据

14、化学计量关系，推导出反应物的消耗速率和产物的生成速率。第26页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程1-8 动力学方程的表示方式动力学方程的表示方式化学反应速率与反应物系的性质、压力、温度以及各反应组分的浓度等因素有关。对于气固相催化反应，还与催化剂的性质有关。特定反应的反应物系的性质是相同的，因此反应速率可用函数关系表示，即：这种函数关系称为动力学方程式或者速率方程。第27页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程1-8 动力学方程的表示方式动力学方程的表示方式一、动力学方程形式设反应1.均相反应动力学方程均相反应的动力学方程常用幂函数形式，通式如下：式中各参数

15、均由实验确定。若为基元反应，其动力学方程可以按质量作用定律直接写出：平衡常数 第28页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程1-8 动力学方程的表示方式动力学方程的表示方式一、动力学方程形式2.气固相催化反应动力学方程气固相催化反应动力学方程有两种形式。1）幂函数型2）双曲线型根据表面吸附理论导出的动力学方程为双曲型，例如由均匀表面吸附理论导的动力学方程通式为 式中i泛指反应物、产物及惰性组分；q是参数，为正整数。在本章的第四节中，将讨论气固相催化反应的本征动力学方程。第29页，共85页，编辑于2022年，星期五氨合成反应氨合成反应的动力学方程为分别为2和1第30页，共85页，

16、编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程1-9 反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象1.反应速率常数k的定义速率方程中的比例常数k称为反应速率常数，可以理解为反应物系各组分浓度均为1时的反应速率。故有时称k为“比速”第31页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程1-9 反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象2.k和温度的关系对于单反应，k和绝对温度T之间的关系可用阿累尼乌斯经验方程表示：式中，k0指前因子，Ec活化能，Rg气体常数，k0和Ec由实验确定。活化能在一定的

17、温度范围内是定值。一般化学反应的活化能为41044105J/mol，大多数在61042.4105 J/mol。当活化能小于4104 J/mol时，反应速率常常快到不易测定。第32页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程3.k的单位 可见，k的单位与反应速率的表示方式有关，还与反应组分的表示方式有关。1）kv、ks和kw例如对于连续系统，反应速率的表示方式有：均相反应常采用以反应体积为基准表示反应速率，此时称为体积反应速率常数kv；对于气固相催化反应或流固相非催化反应，常以反应表面或反应物质量为基准表示反应速率，相应的称为表面反应速率常数kS和质量反应速率常数kw,三者的关系如下

18、第33页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程1-9 反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象2)kc、kp和ky对于上述任一种反应速率常数而言，气相反应组分可以用浓度、分压、逸度和摩尔分率表示，相应的反应速率常数分别为kc、kp和ky。若为理想气体，它们之间的关系为：第34页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程第35页，共85页，编辑于2022年，星期五第三节 动力学方程4.温度对温度对k影响的异常现象影响的异常现象对于单反应：在一定范围内，活化能为定值，所以lnk1/T为直线。但有时会出现异常情况，即ln

19、k1/T不是直线关系。例如气固相催化反应过程中往往出现活化能随温度而变化的情况，此时lnk1/T就不为直线，而是呈曲线关系。这种情况将在第二章中讨论。多重反应是由不同的单反应组成的，所以往往出lnk1/T为曲线的情况。要针对特定的反应加以研究，不能一概而论。第36页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学概述概述 建立气固相催化反应本征动力学理论方程。建立气固相催化反应本征动力学理论方程。112 固体催化剂；固体催化剂；113 化学吸附理论和模型；化学吸附理论和模型；114 动力学理论方程。动力学理论方程。1-12 固体催化剂固体催化剂一、固体催化剂的作用 催化剂

20、是能够加速化学反应速率而本身能复原的物质。催化剂有下列性质：1.产生中间产物，改变反应途径，因而降低反应活化能和加速反应速率；2.不能改变平衡状态和反应热；3.必然同时加速正反应和逆反应的速率；4.具有选择性，使化学反应朝着期望的方向进行，抑制不需要的副反应。第37页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-12 固体催化剂固体催化剂二、固体催化剂的主要组成固体催化剂一般由活性组分、助催化剂和载体组成。1.活性组分活性组分的作用是催化作用，通常是金属或金属氧化物，例如铁、铜、铝及其氧化物。2.助催化剂助催化剂本身基本没有活性，但能够提高催化剂的活性、选择性和稳定

21、性。3.载体载体的主要作用是承载活性组分和助催化剂，是负载活性组分和助催化剂的骨架。第38页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-12 固体催化剂固体催化剂三、固体催化剂的制备方法 最常用的催化剂制备方法有浸渍法、沉淀法、共混合法和熔融法。1.浸渍法 将载体放在含有活性组分的水溶液中浸泡，使活性组分吸附在载体上。如一次浸渍达不到规定的吸附量，可在干燥后再浸。如要将几种活性组分按一定比例浸渍到载体上去，常采用多次浸渍的办法。2.沉淀法 在充分搅拌的条件下，向含有催化剂各组分的溶液中加入沉淀剂，生成沉淀物。沉淀物经分散、洗涤除去有害离子，然后煅烧制得催化剂。3.

22、共混合法 将催化剂的各个组分作成浆状，经过充分的混合(如在混炼机中)后成型干燥、煅烧而得。4.熔融法 将催化剂的各个组份放在电炉内熔融后，再把它冷却、粉碎、筛分，制得催化剂成品。第39页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-12 固体催化剂固体催化剂四固体催化剂的物理性质 1.内表面积 固体催化剂内含有大小不等的孔道，形成巨大的内表面积。颗粒的外表面积和内表面积相比很小，一般忽略不计。催化反应在内表面上进行。以比表面积 表征固体催化剂的内表面积。2.孔容和孔隙率 1）孔容孔容是指每克催化剂内部所占孔道的体积，记作 Vg cm3/g。第40页，共85页，编辑于

23、2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-12 固体催化剂固体催化剂2）孔隙率孔隙率是催化剂颗粒的孔容积和颗粒的体积之比。式中 为表观密度（假密度），是以颗粒体积计算的密度。3）各参数的关系式中，为堆密度（床层密度），以床层的堆体积（颗粒体积和颗粒间空隙之和）计算的密度；为床层空隙率；为真密度，以颗粒载体(骨架)体积计算的密度。第41页，共85页，编辑于2022年，星期五第42页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-12 固体催化剂固体催化剂3.孔径及其分布催化剂中孔道的大小、形状和长度都是不均一的，催化剂孔道半径可分成三类：1）微孔，孔半径为

24、1nm左右；2）中孔，孔半径为125nm左右；3）大孔，孔半径大于25nm的孔。表11是常用催化剂载体的比表面积和孔容。载体的作用是作为催化剂的骨架，同时提供催化剂的内表面积。从表中可以看出，催化剂颗粒的内表面积是何等的巨大。第43页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-12 固体催化剂固体催化剂五、固体催化剂的活化及钝化1.活化 固体催化剂中的活性组分通常以氧化物、氢氧化物或者盐的形态存在，它们没有催化活性。活化就是将它们还原成具有催化作用的活性形态。固体催化剂在使用前先要活化，催化剂经活化后才有活性。2.钝化 当反应器需要检修时，先通入低浓度的氧，使催化

25、剂外层形成一层钝化膜，保护内部的催化剂不再与氧接触发生氧化反应，该过程称为钝化。以上介绍了固体催化剂的基本知识，如需详细了解，可参考其他教材。第44页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-13 吸附等温方程设有气固相催化反应：反应步骤如下：1.外扩散：A和B从气相主体到达颗粒外表面；2.内扩散：A和B从颗粒外表面进入颗粒内部；3.化学反应：1）化学吸附：A和B被活性位吸附，成为吸附态A和B；2）表面反应：吸附态A和B起反应，生成吸附态C和D；3）脱附：吸附态C和D脱附成自由的C和D。4.内扩散:C和D从颗粒内部到达颗粒外表面;5.外扩散：C和D从颗粒颗粒外表

26、面到达气相主体；化学吸附、表面反应和脱附三步是串联的，构成了催化反应过程。按照上述三步获得的催化反应动力学，称之为催化反应化学动力学，或者催化反应本征动力学。第45页，共85页，编辑于2022年，星期五外表面内表面1.外扩散2.内扩散3.化学反应：（1）（2）（3）吸附反应脱附气固相催化反应本征动力学的理论基础是化学吸附理论。气固相催化反应本征动力学的理论基础是化学吸附理论。第46页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-13 吸附等温方程吸附等温方程 讨论化学吸附理论和吸附模型。一、化学吸附设气体A在催化剂内表面上被吸附。化学吸附是一个可逆过程，可表示为：r

27、a是吸附速率，rd是脱附速率，吸附净速率为 r=rard第47页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-13 吸附等温方程吸附等温方程1.影响吸附速率 的因素 1）单位表面上的气体分子碰撞数 在单位时间内气体分子和表面的碰撞次数越多，被吸附的可能越大。由气体分子运动论,碰撞次数Z为：吸附速率与分压成正比。第48页，共85页，编辑于2022年，星期五 2）吸附活化能Ea 化学吸附需要一定的活化能Ea，只有能量超过Ea的分子 才有可能被吸附，这部分分子占总分子数的分率为第四节 气-固相催化反应本征动力学1-13 吸附等温方程吸附等温方程 3）表面覆盖度表示已被A复

28、盖的活性位分率；气体A与表面碰撞，其中和空位的碰撞机率为综合上述三方面的因素，有式中 为吸附比例常数。第49页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学1-13 吸附等温方程吸附等温方程 2.影响脱附速率的因素 1）表面覆盖度越大，则脱附机率 就越大。2）脱附活化能Ed 能量超过Ed的分子，占总分子数的分率为 的净吸附速率的一般式为脱附速率 第50页，共85页，编辑于2022年，星期五1-13 吸附等温方程吸附等温方程二、理想吸附层等温方程 1.理想吸附层模型理想吸附层模型是Langmuir提出来的，具有下列基本要点：1)催化剂表面的吸附和脱附活化能相同催化剂表面每

29、个活性位的吸附活化能和脱附活化能 相同，均不随表面复盖度而变化，则有第51页，共85页，编辑于2022年，星期五1-13 吸附等温方程吸附等温方程2）吸附是单分子层吸附，且相互间没有作用吸附是单分子层吸附，所以碰撞机率 只与空位率 有关。吸附态分子相互没有作用，因而脱附机率 只与复盖度 有关。3）吸附和脱附建立动态平衡当吸附和脱附达到动态平衡时有：按照理想吸附层模型，的净吸附速率为上式称为Langmuir吸附（模型）速率方程，为吸附速率常数和脱附速率常数。第52页，共85页，编辑于2022年，星期五理想吸附层模型化学吸附理论化学吸附理论真实吸附层模型第53页，共85页，编辑于2022年，星期五

30、第四节 气-固相催化反应本征动力学1-13 吸附等温方程吸附等温方程2.理想吸附层等温方程当吸附达到平衡时上式即为Langmuri理想吸附层等温方程，是指单分子A被吸附，b是吸附平衡常数;为组分A的吸附平衡分压。如果有两个或多个分子同时被吸附，则有相应的等温方程。第54页，共85页，编辑于2022年，星期五1）A和B同时被吸附对于A：对于B：联立式（150）和式（151），可得第55页，共85页，编辑于2022年，星期五2）n个组分同时被吸附第56页，共85页，编辑于2022年，星期五1-14 均匀表面吸附动力学方程均匀表面吸附动力学方程 设反应如图所示，催化反应是由三个串联步骤组成：（1）在

31、活性位的化学吸附；（2）吸附态组分进行反应；（3）产物脱附。催化反应速率是这三个步骤的总速率。如果这三步中某一步的阻滞作用，即阻力远远大于其他二步的阻力，则可忽略其他二步的阻力，认为它们均已达到平衡。催化反应的阻力等于这个步聚的阻力。催化反应速率等于这一步聚的速率，这一步骤也称之为控制步骤。下面借助于吸附等温方程吸附等温方程建立建立不同控制步骤的动力学方程。（1）（2）（3）第57页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节 气-固相催化反应本征动力学一、一、过过程程为单组为单组分反分反应应物的化学吸附控制物的化学吸附控制设催化反应速率为rA若催化反应过程为A的化学吸附所控制。A的化学吸附为控

32、制步骤，其它各步均已达到平衡。催化反应速率等于A的化学吸附速率，则有第58页，共85页，编辑于2022年，星期五将上述各参数代入第59页，共85页，编辑于2022年，星期五第60页，共85页，编辑于2022年，星期五二、过程为表面化学反应控制 第61页，共85页，编辑于2022年，星期五若反应中有惰性组分l，且组分l被吸附。催化反应速率按质量作用定律可表示为已知 由于A、B的吸附以及L、M、l的脱附都达到平衡，则有若l不吸附，则上式分母中没有相应的项第62页，共85页，编辑于2022年，星期五三、三、过过程程为单组为单组分分产产物的脱附控制物的脱附控制设反应为若反应过程为L的脱附控制,则第63

33、页，共85页，编辑于2022年，星期五将上述各参数代入第64页，共85页，编辑于2022年，星期五第65页，共85页，编辑于2022年，星期五理想吸附层模型化学吸附理论化学吸附理论吸附等温方程吸附净速率动力学（理论）方程动力学方程实验室反应器第66页，共85页，编辑于2022年，星期五温度是影响化学反应速率的主要因素，对于不同类型的反应，其影响程度是不相同的。1-16 温度温度对单对单反反应应速率的影响及最佳温度速率的影响及最佳温度1、温度对不同类型单反应速率的影响1.不可逆反不可逆反应应对于单反应 当温度升高时，k会增大1）温度尽可能高，以提高反应速率；2）有限制条件：材质要求，热能供应，催

34、化剂活性温度和耐热温度等。第五节 温度对反应速率的影响及最佳温度第67页，共85页，编辑于2022年，星期五总的结果，随温度的升高，总的反应速率提高。因此，对于可逆吸热反应，也应尽可能在较高温度下进行。这样既有利于提高平衡转化率，又可提高反应速率。当然也应考虑某些因素的限制。第五节 温度对反应速率的影响及最佳温度2.可逆吸可逆吸热热反反应应可逆吸热反应的动力学方程为随着温度的升高，k1增大，增大，第68页，共85页，编辑于2022年，星期五第五节 温度对反应速率的影响及最佳温度3.可逆放可逆放热热反反应应随温度的升高，k1增大，反应速率提高；但减小，使得反应速率降低。总的结果，反应速率受两种相

35、互矛盾的因素影响。在不同的温度范围内，温度升高对反应速率的影响结果不一样，甚至完全相反。第69页，共85页，编辑于2022年，星期五2）随着温度的升高，的增加量越来越小，但 降低，第五节 温度对反应速率的影响及最佳温度1）温度较低时，由于较大，此时，温度对 的影响要大于对 总的结果，温度升高，反应速率提高；当温度增加到某一温度时，温度对反应速率常数和平衡常数的影响相互抵消，反应速率随温度的增加量变为零，但反应速率最大。对于一定的组成，反应速率最大的温度称之为最佳温度。3）随着温度的增加，由于温度对平衡常数的影响发展成为矛盾的主要方面，因此，反应速率随温度的增加反而降低。的影响。使得第70页，共

36、85页，编辑于2022年，星期五0,反应速率达到最大值,相应的温度为最佳温度。图13是二氧化硫氧化反应速率和转化率及温度的关系。当转化率一定时，即f1(y)及f2(y)为定值，考察反应速率和温度的关系。在较低温度范围第五节 温度对反应速率的影响及最佳温度0,反应速率随温度升高而加快；0,反应速率随温度升高而降低。在较高温度范围第71页，共85页，编辑于2022年，星期五第五节 温度对反应速率的影响及最佳温度二、可逆放热单反应的最佳温度曲线1.最佳温度曲线 由相应于各转化率的最佳温度所组成的曲线，称为最佳 温度曲线。可通过实验测定和理论计算得到。2.最佳温度曲线的测定通过实验测定不同转化率时rA

37、T曲线图。如图（13），将各转化率的最佳温度连接起来，即为最佳温度曲线，如图中的虚线。3.最佳温度曲线计算 对于可逆放热反应，如果没有副反应，则最佳温度曲线可由动力学方程用一般求极值的方法求出。第72页，共85页，编辑于2022年，星期五1)TopTe关系第73页，共85页，编辑于2022年，星期五第74页，共85页，编辑于2022年，星期五2）最佳温度曲线由（TexA）关系xATe曲线(平衡曲线)计算同一xA的Top曲线（最佳温度曲线）。对于纵坐标xA和横坐标T，若是平衡曲线，则为若是最佳温度曲线，则为对于可逆放热反应，随着反应的进行，xA不断升高，相应的最佳温度随之降低，一直保持反应速率最

38、大。温度温度转转化化率率平衡曲线最佳温度曲线第75页，共85页，编辑于2022年，星期五本章小结一、基本概念 反应程度；转化率；化学膨胀因子；收率和选择率；反应速率表示方式；空速；接触时间；动力学方程形式；催化剂颗粒有关参数（）及其相互关 系；床层空隙率；吸附等温方程；最佳温度和最佳温度曲线。二、核心内容 1连续系统反应速率的表示方式及其相互关系 2气固相催化反应本征动力学方程的建立第76页，共85页，编辑于2022年，星期五第77页，共85页，编辑于2022年，星期五第78页，共85页，编辑于2022年，星期五第79页，共85页，编辑于2022年，星期五例题12 三级气相反应，在30及1kg

39、/cm2 压力下,反应的速率常数kC=2.65104 l2/mol2 s.今若以 表示反应速率，则反应速率常数应为何值？解：为体积速率常数。第80页，共85页，编辑于2022年，星期五例题13 考虑反应A3P，其动力学方程表为，试推导在恒容下以总压p表示的动力学方程。解：A P总摩尔数总压初 态 nA0 0nA0t 时nA3(nA0-nA)3nA0-2nAp第81页，共85页，编辑于2022年，星期五第82页，共85页，编辑于2022年，星期五第83页，共85页，编辑于2022年，星期五第84页，共85页，编辑于2022年，星期五例题14 若某铁催化剂上氨合成反应速率由氨脱附所控制，并设表面吸附态有氨及氮，试推演均匀表面吸附动力学方程。解 过程由氨脱附所控制，则：第85页，共85页，编辑于2022年，星期五