化学反应工程陈甘棠第二章第三节.ppt

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1、三、复合反应三、复合反应 复合反应复合反应：在在同同一一反反应应物物系系中中同同时时进进行行若若干干个个化化学学反反应应化学反应的数目与独立的计量方程数相同。化学反应的数目与独立的计量方程数相同。1 1、几个术语、几个术语 1）收率收率p：生生成成的的目目的的产产物物p的的摩摩尔尔数数与与反反应应掉掉的的着着眼眼组组分分A的摩尔数之比。的摩尔数之比。12/24/2022恒容反应的瞬时收率为恒容反应的瞬时收率为:2 2）得率）得率XP:生生成成的的目目的的产产物物P的的摩摩尔尔数数与与着着眼眼组组分分A的的起起始始摩尔数之比摩尔数之比 得率、收率、转化率之间的关系为：得率、收率、转化率之间的关系

2、为：当当xA=1时，时，12/24/20223 3）选择性）选择性SP：生生成成目目的的产产物物P的的摩摩尔尔数数与与生生成成某某副副产产物物S的的摩尔数之比摩尔数之比 2 2、平行反应、平行反应 从从相相同同的的反反应应物物按按各各自自的的计计量量关关系系同同时时发发生生的的几几个个反反应应称为平行反应。称为平行反应。12/24/2022恒容、间歇反应器内进行的平行反应恒容、间歇反应器内进行的平行反应 设：设：速率方程分别为：速率方程分别为：12/24/2022反应物反应物A总的反应速率总的反应速率-rA为：为：瞬时收率为：瞬时收率为：12/24/2022分析：分析：1)1)=时时，则则 即

3、即仅与仅与T有关有关，在等温反应时，在等温反应时，讨论：讨论：T水平的高低水平的高低对对 和和 有何影响有何影响？12/24/2022代入上式代入上式 12/24/20222)2)时时，12/24/2022积分积分12/24/20223 3、串联反应、串联反应 不可逆串联反应：不可逆串联反应：特点特点：无论目的产物是无论目的产物是P还是还是S,提高提高A的转化率总是有利的转化率总是有利的。的。目的产物若目的产物若为为S,可可加速两个反应加速两个反应，目的产物若目的产物若为为P,应尽量应尽量加大前一反应加大前一反应，而，而减弱后一反应减弱后一反应，则则P出现极大值出现极大值。12/24/2022

4、以一级反应为例，各组分的速率方程为：以一级反应为例，各组分的速率方程为：（1）（2）（3）（1 1）式积分得：）式积分得：（4）将（4）式代入（2）式，积分得：12/24/2022根据物料衡算有：根据物料衡算有：设设cp0=cs0=012/24/2022当当Cp取得最大时，反应时间取得最大时，反应时间t*则12/24/2022CA0CAtoptCp,maxCPCSt012/24/2022解得：解得：km对数平均速率常数对数平均速率常数当当k1=k2时，时，得得12/24/2022用转化率来表示用转化率来表示瞬时收率瞬时收率12/24/2022令令 k2/k1=B，则则采用常数变易法求解：采用常

5、数变易法求解：12/24/2022由由dCp/dxA=0,得得 12/24/2022 可见，可见，P的最大得率的最大得率随比值随比值k2/k1的下降而增大的下降而增大，且，且相应于相应于此最大得率的此最大得率的转化率转化率xA亦增大亦增大，因此，对于这类不可逆一级，因此，对于这类不可逆一级串串联联反反应应，为为了了提提高高中中间间产产物物P P的的得得率率，应应尽尽可可能能降降低低k2/k1的的值。值。12/24/20224 4、反、反应应网网络络 反应网络：由平行反应和串联反应组合在一起的更为复杂的复合反应称为反应网络 例例：ABCDk1k2k3k4k5 设各个反应均为一级不可逆反应，以各组分表示的反应速率分别为：12/24/2022组分组分D D可由总物料衡算求得，通常可简化处理。可由总物料衡算求得，通常可简化处理。12/24/2022例如例如：最简单的催化裂化反应模型为：最简单的催化裂化反应模型为：重质油重质油 汽油汽油 焦炭焦炭+轻质气体轻质气体 集总法集总法:将将性性质质近近似似的的反反应应组组分分进进行行合合并并，把把它它当当作作一一个个反反应应组组分分看看待待，然然后后研研究究这这些些合合并并后后的的虚虚拟拟组组分分间的动力学关系，这种处理方法称为集总法。间的动力学关系，这种处理方法称为集总法。12/24/2022