化學(xué)反應(yīng)過程及設(shè)備省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

中央電大開放教育?？茟?yīng)用化工技術(shù)專業(yè)

化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備

課程輔導(dǎo)課件

輔導(dǎo)時(shí)間：年9月-12月輔導(dǎo)教師：余歡

1/96第一講

本講內(nèi)容：1.化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備概述2.化學(xué)反應(yīng)器分類3.化學(xué)反應(yīng)器操作方式、基本方法4.均相反應(yīng)基本概念5..反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2/961.緒論

1.1化學(xué)反應(yīng)與設(shè)備概述任何化學(xué)品生產(chǎn)，都離不開三個(gè)階段：原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)品精制。化學(xué)反應(yīng)過程是化工生產(chǎn)過程關(guān)鍵物理過程原理和操作設(shè)備——《流體流動(dòng)與傳熱》和《傳質(zhì)與分離技術(shù)》化學(xué)反應(yīng)過程原理和反應(yīng)設(shè)備——《化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備》，屬于化學(xué)反應(yīng)工程范圍

3/96★化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備研究目標(biāo)研究目標(biāo)：使化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)過程最優(yōu)化。

（1）設(shè)計(jì)最優(yōu)化：由給定生產(chǎn)任務(wù)，確定反應(yīng)器型式和適宜尺寸及其對(duì)應(yīng)操作條件（2）操作最優(yōu)化：在反應(yīng)器投產(chǎn)運(yùn)行之后，還必須依據(jù)各種原因和條件改變作對(duì)應(yīng)修正，以使它仍能處于最優(yōu)條件下操作4/96★化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備研究?jī)?nèi)容從試驗(yàn)室開發(fā)到工業(yè)生產(chǎn)存在放大效應(yīng)。在工業(yè)反應(yīng)器中實(shí)際進(jìn)行過程不但包含有化學(xué)反應(yīng)，還伴隨有各種物理過程，如熱量傳遞、物質(zhì)流動(dòng)、混和和傳遞等，全部這些傳遞過程使得反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生溫度分布和濃度分布，從而影響反應(yīng)最終止果。5/96化學(xué)動(dòng)力學(xué)特征研究：在試驗(yàn)室小反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，完全排除傳遞過程影響。流動(dòng)、傳遞過程對(duì)反應(yīng)影響處理整個(gè)反應(yīng)工程問題需要具備三個(gè)方面知識(shí)（三傳一反）：a.化學(xué)反應(yīng)規(guī)律（反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）；b.傳遞過程規(guī)律（質(zhì)量、熱量和動(dòng)量傳遞）；c.上述二者結(jié)合。6/96化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備研究作用作用：（1）反應(yīng)器合理選型（2）反應(yīng)器操作優(yōu)選條件（3）反應(yīng)器工程放大7/96化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備基本研究方法以相同論和因次論為基礎(chǔ)經(jīng)驗(yàn)法基本程序：確定影響原因；用因次分析法確定準(zhǔn)數(shù)；試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸，得出準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；依據(jù)相同論，用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行放大。8/96

數(shù)學(xué)模型法

數(shù)學(xué)模型方法用數(shù)學(xué)模型來分析和研究化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備工程問題。數(shù)學(xué)模型就是用數(shù)學(xué)語言來表示過程各種變量之間關(guān)系。數(shù)學(xué)模型方法普經(jīng)過程:基本特征是過程分解和過程簡(jiǎn)化將化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行過程分解為化學(xué)反應(yīng)過程和物理傳遞過程，然后分別研究化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和傳遞過程規(guī)律。經(jīng)過合理簡(jiǎn)化，這些子過程都能建立數(shù)學(xué)方程表述，化學(xué)反應(yīng)過程性質(zhì)、行為和結(jié)果經(jīng)過方程聯(lián)立求解取得。

9/96合理地簡(jiǎn)化起源于對(duì)過程有深刻、本質(zhì)了解。要求：不失真；

能滿足應(yīng)用要求；

能適應(yīng)該前試驗(yàn)條件，方便進(jìn)行模型判別和參數(shù)估值;

能適應(yīng)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)能力。數(shù)學(xué)模型方法實(shí)質(zhì)將復(fù)雜實(shí)際過程按等效性標(biāo)準(zhǔn)做出合理簡(jiǎn)化，使之易于數(shù)學(xué)描述。試驗(yàn)是基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)方法和計(jì)算技術(shù)是成功關(guān)鍵。10/961.2化學(xué)反應(yīng)器分類按物料聚集狀態(tài)分均相：氣相：如石油烴管式裂解爐

液相：如乙酸丁酯生產(chǎn)非均相：g-l相：如苯烷基化

g-s相：如合成氨

l-l相：如已內(nèi)酰胺縮合

l-s相：如離子交換

g-l-s相：如焦油加氫精制實(shí)質(zhì)是按宏觀動(dòng)力學(xué)特征分類，相同聚集狀態(tài)反應(yīng)有相同動(dòng)力學(xué)規(guī)律。均相反應(yīng)，反應(yīng)速率主要考慮溫度、濃度等原因，傳質(zhì)不是主要矛盾；非均相反應(yīng)過程，反應(yīng)速率除考慮溫度、濃度等原因外還與相間傳質(zhì)速率相關(guān)。11/96據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分（a）管式反應(yīng)器；（b）釜式反應(yīng)器；（c）板式塔；（d）填料塔；（e）鼓泡塔；（f）噴霧塔；（g）固定床反應(yīng)器；（h）流化床反應(yīng)器；（i）移動(dòng)床反應(yīng)器；（j）滴流床反應(yīng)器

實(shí)質(zhì)是按傳遞過程特征分類，相同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器內(nèi)物料含有相同流動(dòng)、混和、傳質(zhì)、傳熱等特征。12/96依據(jù)溫度條件和傳熱方式分類依據(jù)溫度條件分：等溫、非等溫式反應(yīng)器依據(jù)傳熱方式分絕熱式：不與外界進(jìn)行熱交換外熱式：由熱載體供給或移走熱量，又有間壁傳熱式、直接傳熱式、外循環(huán)傳熱式之分。蒸發(fā)傳熱式：靠揮發(fā)性反應(yīng)物、產(chǎn)物、溶劑蒸發(fā)移除熱量。13/96按操作方式分分批(或稱間歇)式操作一次性加入反應(yīng)物料，在一定條件下，經(jīng)過一定反應(yīng)時(shí)間，到達(dá)所要求轉(zhuǎn)化率時(shí)，取出全部物料生產(chǎn)過程。屬非定態(tài)過程，反應(yīng)器內(nèi)參數(shù)隨時(shí)間而變。適用：小批量、多品種生產(chǎn)過程。半分批(或稱半連續(xù))式操作原料與產(chǎn)物只要其中一個(gè)為連續(xù)輸入或輸出而其余則為分批加入或卸出操作。屬于非定態(tài)過程，反應(yīng)器內(nèi)參數(shù)隨時(shí)間而變，也隨反應(yīng)器內(nèi)位置而變。連續(xù)式操作連續(xù)加入反應(yīng)物料和取出產(chǎn)物生產(chǎn)過程。屬定態(tài)過程，反應(yīng)器內(nèi)參數(shù)不隨時(shí)間而改變，適于大規(guī)模生產(chǎn)。1114/961.3化學(xué)反應(yīng)器操作方式間歇式操作：一次性投料、卸料，反應(yīng)物系數(shù)參數(shù)（濃度或組成等）隨時(shí)間改變。連續(xù)操作：原料不停加入，產(chǎn)物不停引出，反應(yīng)物內(nèi)物系參數(shù)均不隨時(shí)間改變。半間歇操作：半連續(xù)（或半間歇）兼有以上兩種過程特點(diǎn)，情況比較復(fù)雜。15/962.均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

2.1基本概念（1）化學(xué)計(jì)量方程化學(xué)反應(yīng)方程如：N2+3H2=2NH3化學(xué)計(jì)量方程為：2NH3-2N2-3H2=0普通式：aA+bB+cC+…=0a,b,c…稱為計(jì)量系數(shù)，對(duì)產(chǎn)物為正，反應(yīng)物為負(fù)?；瘜W(xué)計(jì)量方程僅僅表示了參加反應(yīng)各物質(zhì)間量改變關(guān)系，并不代表實(shí)際反應(yīng)歷程(反應(yīng)機(jī)理)。16/96均相反應(yīng)－－在均一液相或氣相中進(jìn)行反應(yīng)均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是處理均相反應(yīng)器選型、操作與設(shè)計(jì)計(jì)算所需主要理論基礎(chǔ)！研究均相反應(yīng)首先掌握反應(yīng)動(dòng)力學(xué)17/96（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示對(duì)于均相反應(yīng)aA+bB=rR+sS反應(yīng)速率定義為：我們選中哪個(gè)組分求反應(yīng)速率，就稱做是著眼組分式中rA取負(fù)值表示反應(yīng)物消失速率18/96因?yàn)榉磻?yīng)物在化學(xué)反應(yīng)過程中不停消耗，所認(rèn)為防止反應(yīng)速率出現(xiàn)負(fù)值，在反應(yīng)速率前加個(gè)負(fù)號(hào)。而若A為產(chǎn)物則為：對(duì)于物料體積改變較小反應(yīng)，液相反應(yīng)即使不是等摩爾反應(yīng)體積改變也都很小都能夠看做是恒容反應(yīng)，即可視為恒容反應(yīng)，V可視作恒定值，則n/V=CA

反應(yīng)速率還可用濃度表示V直接除到微分式里，摩爾數(shù)除以體積就是摩爾濃度C反應(yīng)式就變更簡(jiǎn)單。（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示19/96對(duì)于反應(yīng)：aA+bB=rR+sS，若無副反應(yīng)，則反應(yīng)物與產(chǎn)物濃度改變應(yīng)符合化學(xué)計(jì)量式計(jì)量系數(shù)關(guān)系，可寫成：

前提是恒容反應(yīng)（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示20/96

或可說，我們用不一樣著眼級(jí)分來描述化學(xué)反應(yīng)速率，那么反應(yīng)速率與計(jì)量系數(shù)之比是相等。

若以濃度表示則為：（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示21/96

試驗(yàn)研究得知，均相反應(yīng)速率取決于物料濃度和溫度，反應(yīng)速率符合下述方程，稱之為冪數(shù)型動(dòng)力學(xué)方程，是經(jīng)驗(yàn)方程。冪數(shù)型動(dòng)力學(xué)方程和雙曲型動(dòng)力學(xué)方程

式中kA稱作反應(yīng)速率常數(shù)；α、β是反應(yīng)級(jí)數(shù)。1）冪數(shù)型動(dòng)力學(xué)方程aA+bB=rR+sS反應(yīng)速率定義為：（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示22/96

對(duì)于(恒容)氣相反應(yīng)，因?yàn)榉謮号c濃度成正比，也可用分壓來表示。

注意各參數(shù)量綱單位要一致，若分壓?jiǎn)挝粸镻a，則kp單位：（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示23/962）雙曲型動(dòng)力學(xué)方程H2＋Br22HBr試驗(yàn)得知

此反應(yīng)系由以下幾個(gè)基元反應(yīng)組成：如：氫氣與溴反應(yīng)生成溴化氫（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示24/96試驗(yàn)得知H2和Br2反應(yīng)生成溴化氫反應(yīng)由幾個(gè)基元反應(yīng)組成

計(jì)量方程反應(yīng)歷程（機(jī)理）計(jì)量方程僅表示參加反應(yīng)各物質(zhì)間量改變關(guān)系與實(shí)際反應(yīng)歷程（反應(yīng)機(jī)理）無關(guān)整個(gè)反應(yīng)為非基元反應(yīng)而每一步都是一個(gè)基元反應(yīng)?；磻?yīng)中反應(yīng)物分子或離子個(gè)數(shù)稱為分子數(shù)。左邊反應(yīng)中除第一步反應(yīng)分子數(shù)是1其它都是2化學(xué)計(jì)量式僅表示參加反應(yīng)各物質(zhì)間量改變關(guān)系，與實(shí)際反應(yīng)歷程(反應(yīng)機(jī)理無關(guān))。（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示25/96第一步鏈引發(fā)第二步鏈傳遞對(duì)于化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究是困難：中間物種濃度低、壽命短捕捉困難，又不具備正常化合物性質(zhì)，就算捕捉到也難測(cè)定?！喾磻?yīng)機(jī)理就有一定不確定性。我們是經(jīng)過試驗(yàn)求動(dòng)力學(xué)參數(shù)，反過來驗(yàn)證機(jī)理是否反正確，是正確往往稱做本征動(dòng)力學(xué)方程。假如已知反應(yīng)機(jī)理，則可依據(jù)一定假設(shè)，推導(dǎo)出反應(yīng)速率方程。（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示26/96假如反應(yīng)物分子在碰撞中一步直接轉(zhuǎn)化為生成物分子，則稱該反應(yīng)為基元反應(yīng)，反之為非基元反應(yīng)?；磻?yīng)--計(jì)量方程與實(shí)際反應(yīng)歷程一致；非基元反應(yīng)—與實(shí)際反應(yīng)歷程不一致。通常要求計(jì)量系數(shù)之間不含1以外任何公因子，以防止計(jì)量方程不確定性。（2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示27/96（3）單一反應(yīng)單一反應(yīng)：只用一個(gè)化學(xué)計(jì)量方程能夠表示出反應(yīng)體系計(jì)量關(guān)系反應(yīng)。復(fù)合反應(yīng)：是有幾個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行用幾個(gè)動(dòng)力學(xué)方程才能描述反應(yīng)。28/96（3）單一反應(yīng)RAS平行反應(yīng)RAS連串反應(yīng)RAS平行連串反應(yīng)T常見復(fù)合反應(yīng)有29/96（3）單一反應(yīng)表2－1列舉了一些不一樣反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，式中濃度項(xiàng)冪次有與計(jì)量系數(shù)不一致，是因?yàn)橛惺菃我环磻?yīng)有是復(fù)合反應(yīng)。

30/96對(duì)于基元反應(yīng)：αA+βB=rR+sS

分子數(shù)：基元反應(yīng)中反應(yīng)物分子或離子個(gè)數(shù)。對(duì)于基元反應(yīng)來講α,β必須是正整數(shù)，α+β是基元反應(yīng)分子數(shù)，不能大于3（依據(jù)碰撞理論，α+β取值不能大于3，必須是一個(gè)小于等于3正整數(shù)）。（3）單一反應(yīng)

——分子數(shù)

31/96（3）單一反應(yīng)

——反應(yīng)級(jí)數(shù)

反應(yīng)級(jí)數(shù)――指動(dòng)力學(xué)方程中濃度項(xiàng)冪數(shù)，如式中α和β，α和β分別稱作組分A和組分B反應(yīng)級(jí)數(shù)α+β=n，n是基元反應(yīng)總反應(yīng)級(jí)數(shù)。AR與2A2R意義不一樣，前者–rA=kACA后者–rA=kACA232/96（3）單一反應(yīng)

——反應(yīng)級(jí)數(shù)非基元反應(yīng)：

aA+bB=rR+Ss

α+β=n，n為非基元反應(yīng)總反應(yīng)級(jí)數(shù)，取值能夠是小于或等于3任何數(shù)，α和β值與計(jì)量系數(shù)a和b值無關(guān)。取值是經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)定。33/96（3）單一反應(yīng)

——反應(yīng)級(jí)數(shù)相同點(diǎn)：非基元反應(yīng)中反應(yīng)級(jí)數(shù)與基元反應(yīng)中分子數(shù)，取值n≤3；α、β仍稱做反應(yīng)物A或B反應(yīng)級(jí)數(shù)。不一樣點(diǎn)：非基元反應(yīng)n取值還能夠是負(fù)數(shù)、0、小數(shù)；分子數(shù)是專對(duì)基元反應(yīng)而言，非基元過程因?yàn)椴环磻?yīng)直接碰撞情況，故不能稱作單分子或雙分子反應(yīng)。

區(qū)分反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)分子數(shù)。34/96（3）單一反應(yīng)

——反應(yīng)級(jí)數(shù)

動(dòng)力學(xué)方程也可用分壓表示

對(duì)于：aA+bB=rR+sS35/96（3）單一反應(yīng)

——反應(yīng)級(jí)數(shù)可逆反應(yīng)速率方程表示對(duì)于：

aA+bBrR+sS反應(yīng)級(jí)數(shù)大小反應(yīng)了該物料濃度對(duì)反應(yīng)速率影響程度。級(jí)數(shù)愈高，則該物料濃度改變對(duì)反應(yīng)速率影響愈顯著。36/96（3）單一反應(yīng)

——速率常數(shù)K化學(xué)反應(yīng)速率方程表達(dá)了濃度和溫度兩方面影響，濃度影響表達(dá)在濃度項(xiàng)上，反應(yīng)級(jí)數(shù)表明了反應(yīng)速率對(duì)濃度改變敏感程度。溫度影響則是由速率常數(shù)k表達(dá)，依據(jù)阿倫尼烏斯方程37/96（3）單一反應(yīng)

——速率常數(shù)K

式中

k0――頻率因子或指前因子

E――活化能，J或J/mol

R――通用氣體常數(shù)，(國(guó)際單位)8.314J/mol·K

T――絕對(duì)溫度K，呈指數(shù)改變

k0指前因子或頻率因子，看做與溫度無關(guān)常數(shù)(理論上講溫度是相關(guān)，只是當(dāng)溫度反應(yīng)改變時(shí)對(duì)k0影響很小)

38/96（3）單一反應(yīng)

——速率常數(shù)K

k之所以稱之為常數(shù)，是指當(dāng)反應(yīng)溫度不變時(shí)，k是個(gè)常數(shù)，當(dāng)反應(yīng)溫度改變較大時(shí)它就不再是常數(shù)?；罨蹺，依據(jù)過分狀態(tài)理論，反應(yīng)物生成產(chǎn)物，要超出一個(gè)能壘，所以E取值永遠(yuǎn)是正值。39/96（3）單一反應(yīng)

——速率常數(shù)K溫度對(duì)反應(yīng)速率影響以速度常數(shù)表達(dá)，速率常數(shù)用阿倫尼烏斯方程展開。對(duì)阿倫尼烏斯方程兩邊取對(duì)數(shù)得到以－E/R為斜率以lnk0為截距一條直線。

40/96lnk與1/T是直線關(guān)系－E/R為斜率lnk0為截距圖2－1經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)出不一樣溫度下速率常數(shù)k，作圖依據(jù)截距就能夠求出指前因子k0，再依據(jù)直線斜率求出活化能E對(duì)給定反應(yīng)，反應(yīng)速率與溫度關(guān)系在低溫時(shí)比高溫時(shí)愈加敏感

41/96（3）單一反應(yīng)

——速率常數(shù)K注意：試驗(yàn)溫度范圍不能太窄，不然根本做不出一條直線；用什么溫度范圍求得活化能，只能用其計(jì)算試驗(yàn)范圍內(nèi)溫度，不然將不含有代表性；溫度范圍不能太寬。（很可能影響反應(yīng)機(jī)理，活化能就改變了反應(yīng)速率取決于整個(gè)反應(yīng)機(jī)理中最慢步驟，溫度太寬可能影響到反應(yīng)步驟控制速率改變從而造成不再是一條直線，可能是好多條直線，我們稱做賠償效應(yīng)。）42/96反應(yīng)溫度/℃活化能（J/mol）反應(yīng)溫度/℃活化能（J/mol）41868167500293100418681675002931000113210002736237400701791037197107活化能是一個(gè)極主要參數(shù)，它大小不但是反應(yīng)難易程度一個(gè)衡量，也是反應(yīng)速率對(duì)溫度敏感性一個(gè)標(biāo)志。從式對(duì)數(shù)方程中k

與E

關(guān)系能夠說明這一點(diǎn)。表（2－2）所表示則更為直觀，如反應(yīng)溫度為400℃

，活化能E＝41868J/mol時(shí)，為使反應(yīng)速率加倍所需溫升為70℃

，而當(dāng)E＝167500J/mol時(shí)，所需溫升就降為17℃

了。表2－2反應(yīng)溫度和活化能值一定時(shí)使反應(yīng)速率加倍所需溫升43/96（3）單一反應(yīng)

——速率常數(shù)K反應(yīng)溫度/℃活化能（J/mol）溫度/℃活化能（J/mol）4186816750029310041868167500293100010481024110002х1054104910444002х105210432х1035105610522х1049上表表明了反應(yīng)速率對(duì)溫度敏感性取決于活化能大小和溫度高低

反應(yīng)速率與E、R函數(shù)關(guān)系

44/962.2等溫衡容過程1、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立

對(duì)于不可逆反應(yīng)（把它看做恒容反應(yīng)）aA+bB

產(chǎn)物假定其動(dòng)力學(xué)方程為：45/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立整理并積分得

只有知道k、n(α+β)值，才能求得速率方程。求解這類動(dòng)力學(xué)參數(shù)常在已知濃度CA隨時(shí)間t數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采取微分法和積分法。

46/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立微分法微分法：直接利用動(dòng)力學(xué)方程標(biāo)繪，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否與此動(dòng)力學(xué)方程相擬合。對(duì)于不可逆反應(yīng)（把它看做恒容反應(yīng)）aA

rR47/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立只要求出k和n值就能夠得到這個(gè)不可逆反應(yīng)速率方程。要想求得動(dòng)力學(xué)參數(shù)k和n就要經(jīng)過試驗(yàn)得出一系列對(duì)應(yīng)濃度和時(shí)間值。

48/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立微分法求解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程程序假定機(jī)理列出動(dòng)力學(xué)方程試驗(yàn)數(shù)據(jù)CA－t作圖求對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)斜率：對(duì)速率方程兩邊取對(duì)數(shù)進(jìn)而求出n和k49/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立1、CA對(duì)t作圖2、斜率即為反應(yīng)速率3、對(duì)速率方程兩邊取對(duì)數(shù)得

ln(-rA)=nlnCA+lnk作圖，斜率為n，截距為k50/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立經(jīng)過試驗(yàn)取得t對(duì)應(yīng)CA數(shù)據(jù)計(jì)算出tt1t2t3t4CA－dCA/dtlnCAln(-rA)重復(fù)試驗(yàn)?zāi)軌虻玫揭幌盗兴俾食?shù)值51/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立依據(jù)阿倫尼烏斯方程兩邊取對(duì)數(shù)求出指前因子k0和活化能E兩邊取對(duì)數(shù)注意：要求試驗(yàn)要盡可能做準(zhǔn)確，不然誤差太大。將試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)不一樣t下k值畫出直線，其斜率為－E/R而R是已知常數(shù)從而求出活化能E，再依據(jù)截距l(xiāng)nk0求出指前因子k0，52/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立積分法是依據(jù)對(duì)一個(gè)反應(yīng)初步認(rèn)識(shí)，先推測(cè)一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程形式，經(jīng)過積分和數(shù)學(xué)運(yùn)算后，在某一特定坐標(biāo)圖上標(biāo)繪，將得到表征該動(dòng)力學(xué)方程濃度（C）和時(shí)間（t

）關(guān)系直線。假如將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)標(biāo)繪出，也能很滿意地得到與上述結(jié)果相擬合直線，則表明所推測(cè)動(dòng)力學(xué)方程是可取，不然，應(yīng)該另提出動(dòng)力學(xué)方程再加以檢驗(yàn)。下面僅以冪數(shù)型動(dòng)力學(xué)方程為例，討論幾個(gè)單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立。積分法53/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立積分法是依據(jù)對(duì)一個(gè)反應(yīng)初步認(rèn)識(shí)，先推測(cè)一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程形式，經(jīng)過積分和數(shù)學(xué)運(yùn)算后，在某一特定坐標(biāo)圖上標(biāo)繪，將得到表征該動(dòng)力學(xué)方程濃度（C）和時(shí)間（t

）關(guān)系直線。假如將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)標(biāo)繪出，也能很滿意地得到與上述結(jié)果相擬合直線，則表明所推測(cè)動(dòng)力學(xué)方程是可取，不然，應(yīng)該另提出動(dòng)力學(xué)方程再加以檢驗(yàn)。下面僅以冪數(shù)型動(dòng)力學(xué)方程為例，討論幾個(gè)單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立。積分法54/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立若試驗(yàn)數(shù)據(jù)按以上關(guān)系也一樣標(biāo)繪在同一坐標(biāo)圖中，能得到與上述直線很好擬合直線，則表明此動(dòng)力學(xué)方程是適合于所研究反應(yīng)。若得到是一條曲線，則表明此動(dòng)力學(xué)方程不適合所研究反應(yīng)，需重新假定α和β值以不可逆反應(yīng)aA

rR為例在恒容反應(yīng)體系中以A為著眼組分反應(yīng)速率為：

（2－10）55/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立若試驗(yàn)數(shù)據(jù)按以上關(guān)系也一樣標(biāo)繪在同一坐標(biāo)圖中，能得到與上述直線很好擬合直線，則表明此動(dòng)力學(xué)方程是適合于所研究反應(yīng)。若得到是一條曲線，則表明此動(dòng)力學(xué)方程不適合所研究反應(yīng)，需重新假定α和β值。微分法是求斜率，積分法是對(duì)反應(yīng)式積分，首先假定α分離變量

應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)一樣，但詳細(xì)處理方法不一樣。

56/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立兩邊積分得到（等號(hào)左邊由CA0到CA積分，等號(hào)右邊由0到t積分）要想得出這個(gè)式子積分，首先要假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)，積分得到一個(gè)代數(shù)式

，我們先假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)為257/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)n＝2后，把濃度數(shù)值代入積分就可得到一個(gè)代數(shù)式，對(duì)-kt作圖，應(yīng)該得到一條直線。以負(fù)速率常數(shù)－k為斜率一條直線。假如做出圖是一條直線，說明假設(shè)是正確。若作圖每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)不在同一條直線上，作圖為一條曲線，那說明我們反應(yīng)級(jí)數(shù)假設(shè)錯(cuò)了，就需要重新假設(shè)n，顯然積分法處理這類問題比微分法復(fù)雜多。微分法即使簡(jiǎn)單，但對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)精度要求很高否，若試驗(yàn)誤差比較大，微分斜率偏差就會(huì)很大。積分法對(duì)于盡管誤差比較大試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還是照樣能夠處理。58/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立對(duì)于恒容反應(yīng)，也能夠濃度代替。轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化了著眼組分A摩爾數(shù)與初始摩爾數(shù)之比或59/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立例：A與B發(fā)生液相反應(yīng)生成S，計(jì)量方程為aAA+aBB

aSS對(duì)于A和B都是一級(jí)反應(yīng)，那么反應(yīng)總級(jí)數(shù)就是二級(jí)。速率方程為：求CA0/CB0=aA/aB和CA0/CB0≠aA/aB時(shí)速率方程積分形式。60/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立解：(1)當(dāng)原料初始濃度之比符累計(jì)量比CA0/CB0=aA/aB（按計(jì)量比投料）時(shí)反應(yīng)任意時(shí)刻計(jì)量系數(shù)之比都等于濃度之比CA0/CB0＝CA/CB＝aA/aB

CB

＝（aB/aA）CA對(duì)于aAA+aBB

aSS開始CA0

CB0

CA0/CB0=aA/aB（因?yàn)榘从?jì)量比投料）

61/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立反應(yīng)一段時(shí)間后反應(yīng)掉A量和反應(yīng)掉B量分別是CA0－CA

CB0－CB對(duì)于aAA+aBB

aSSaAAaBB開始CA0CB0CA0/CB0=aA/aB(按計(jì)量比投料)反應(yīng)一段時(shí)間CA0－CA（反應(yīng)掉A量）CB0－CB（反應(yīng)掉B量）（CA0－CA）/（CB0－CB）=（aA/aB）62/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立開始反應(yīng)一段時(shí)間63/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立也就是反應(yīng)掉A量和反應(yīng)掉B量之比等于計(jì)量系數(shù)之比把CA0/CB0=aA/aB

CB0=CA0·（aB/aA）代入得：64/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立而∴反應(yīng)若按計(jì)量比投料，那么反應(yīng)在任意時(shí)刻反應(yīng)物濃度之比都等于計(jì)量系數(shù)之比。65/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立所以反應(yīng)任何時(shí)刻都會(huì)是反應(yīng)若按計(jì)量比投料，那么反應(yīng)在任意時(shí)刻反應(yīng)物濃度之比都等于計(jì)量系數(shù)之比任意時(shí)刻：反應(yīng)物濃度之比＝投料比＝反應(yīng)計(jì)量系數(shù)之比66/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立故有∴CB可用CA表示反應(yīng)速率方程就可簡(jiǎn)化為：（因?yàn)橹荒軐?duì)CA進(jìn)行定積分，這么積分變量就統(tǒng)一了）

67/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立分離變量積分得按計(jì)量比投料，相當(dāng)于二級(jí)反應(yīng)相當(dāng)于對(duì)積分68/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立(2)不按計(jì)量比投料時(shí)即初始濃度之比不符累計(jì)量比CA0/CB0≠aA/aB反應(yīng)前CA0

CB0

反應(yīng)一段CA

CB＝CB0－（aB/aA）·（CA0－CA）對(duì)反應(yīng)速率方程積分CB須得用CA表示反應(yīng)消耗A量CA0－CA反應(yīng)消耗B量（aB/aA）(CA0－CA)aAA+aBB

aSS69/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立又因題目中指出是液相反應(yīng)，能夠看做是恒容，則摩爾數(shù)與與濃度成正比反應(yīng)速率方程可寫成70/961、單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立對(duì)上式分離變量積分71/96相當(dāng)于對(duì)積分變換把化做差積分等于積分差72/96那么不按計(jì)量比投料積分運(yùn)算則為顯然不按計(jì)量比投料積分結(jié)果大不相同，要復(fù)雜多73/96求取動(dòng)力學(xué)參數(shù)微分法積分法假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)n分離變量積分代入數(shù)值試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別做圖驗(yàn)證n得到直線→n假設(shè)正確不然重新假設(shè)n依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做CA-t圖對(duì)應(yīng)點(diǎn)斜率：-rA對(duì)-rA＝kCA兩邊取對(duì)數(shù)ln(-rA)=nlnCA+lnk斜率＝n截距k做圖由直線斜率→k假設(shè)正確得到n74/96（1）可逆反應(yīng)(恒容)（假設(shè)CS0＝0）式中kCA----------A消耗速率

k′CS-------A生成速率速率方程對(duì)于一級(jí)可逆反應(yīng)75/96（1）可逆反應(yīng)(恒容)將CS用CA表示可逆反應(yīng)A與S是1：1關(guān)系開始S為0，反應(yīng)到某一時(shí)刻A濃度為CA

S濃度為CSA消耗量CA0－CAS生成量＝A消耗量CS＝CA0－CAA除反應(yīng)消耗可逆反應(yīng)中還會(huì)增加把CS＝CA0－CA代入速率方程76/96（2）可逆反應(yīng)分離變量積分77/96（2）可逆反應(yīng)78/96當(dāng)反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)A濃度不再下降，這時(shí)濃度就叫平衡濃度CAe式中CA0、CA、CAe都是可測(cè)已知數(shù)

用平衡常數(shù)來表示79/96（1）可逆反應(yīng)(恒容)當(dāng)反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，設(shè)平衡濃度為CAe和CSe,t80/96（1）可逆反應(yīng)(恒容)由CA-t試驗(yàn)數(shù)據(jù)，則可依據(jù)上式計(jì)算速率常數(shù)k和k′并由此求出平衡常數(shù)K前提是一級(jí)反應(yīng)，不然對(duì)t作圖不是一條直線，就必須重新假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)再進(jìn)行積分。81/96（1）可逆反應(yīng)(恒容)經(jīng)過試驗(yàn)得到不一樣時(shí)刻濃度值若所作圖為一條直線，則說明假設(shè)是正確，不然就是假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)不對(duì)。直線斜率為平衡常數(shù)能夠經(jīng)過試驗(yàn)得到。這么由K＝k/k′值和斜率就能夠求出k和k′

82/96(2)復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)：一個(gè)反應(yīng)體系需要兩個(gè)或兩個(gè)以上計(jì)量方程描述反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。由兩個(gè)以上計(jì)量方程，才能把反應(yīng)計(jì)量關(guān)系描述清楚。注意區(qū)分復(fù)合反應(yīng)與非基元反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)又分為平行反應(yīng)連串反應(yīng)和平行連串反應(yīng)。83/96(2)復(fù)合反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)連串反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)平行反應(yīng)平行連串反應(yīng)單一反應(yīng)84/96總收率瞬時(shí)收率總選擇性瞬時(shí)選擇性得率85/96總收率Φ＝反應(yīng)前后目標(biāo)產(chǎn)物P物質(zhì)量之差/反應(yīng)物反應(yīng)前后物質(zhì)量之差對(duì)于恒容反應(yīng)總收率Φ＝反應(yīng)前后目標(biāo)產(chǎn)物P濃度之差/