化学反应工程xt

1、化学反应速率式为化学反应速率式为ra= kccacb，如用浓度表示的速，如用浓度表示的速率常数为率常数为kc ，用压力表示的速率常数为，用压力表示的速率常数为kp ，则，则 kp =_ k c a.(rt) (+) b. (rt) (+) c. (rt)- d. (rt) + 反应反应 3a p，已知，已知k = 0.15 mol/s l ，则反应级数，则反应级数 n =_。 a. 0 b. 1 c. 2 d. 3反应反应 a + b c， 已知已知k = 0 .15 s-1 ，则反应级数，则反应级数 n=_。 a. 0 b. 1 c. 2 d. 3 习题习题：丙烷的热分解反应式为：丙烷的热分

2、解反应式为： c3h8（a）c2h4（r）+ch4（s）其速率方程式为：其速率方程式为：在在772 下，下，k=1.1110-4s-1，若系统恒定在总，若系统恒定在总压压p=1kg/cm2；在；在772 和和1kg/cm2压力下气体压力下气体的容积进料速率为的容积进料速率为v0=2.2210-4m3/s。当要求。当要求出口转化率出口转化率xa达达0.5时所需平推流反应器的容积时所需平推流反应器的容积为多少？为多少？aapkdtdp n解：对于该气相均相反应解：对于该气相均相反应ar+s：q首先求解首先求解paxa的关系的关系：q由由 可得到：可得到：q其次，求解其次，求解xat的关系的关系：q

3、将上述得到的结果代入题目给定的速率方程：将上述得到的结果代入题目给定的速率方程： 1,11120 aay rtfvpfrtvpaa ,aaaaaaaaaaaaaaxxxyxyxyfxfffpp 111)1()1()1(00000 )1()1(211)1(22aaaaaaaaxxkdtdxpxxkdtdxxpdtdp q其三，求解其三，求解vt的关系的关系：q将上述得到的二式相除，得到将上述得到的二式相除，得到vxa的关系的关系：q积分上式，得：积分上式，得： )1 ()1 ()1 (00000aaaaaaaxvxyvxyfprtpfrtvdtdv aaaaaxkvxxkxvdxdv 112)1

4、)(1()1(20034400077. 25 . 011ln1011. 11022. 2211ln212mxkvxdxkvvaxaaa 【例题】在液体中，反应物【例题】在液体中，反应物a按下式生成按下式生成r和和s：ar 一级反应一级反应s 二级反应二级反应k1k2原料（原料（ca0=1、cr0=cs0=0）进入两个串联的全混流釜式反应器中）进入两个串联的全混流釜式反应器中（1 1=2.5min=2.5min，2 2=5min=5min ），已知第一个反应器中的组成），已知第一个反应器中的组成（ca1=0.4,cr1=0.4,cs1=0.2）试求第二个反应器出口的组成。）试求第二个反应器出口的

5、组成。ca0=1.0ca1=0.4ca2cr1=0.4cs1=0.2cr0=0cs0=0cr2cs21 1=2.5min=2.5min2 2=5min=5min解：利用全混流釜式反应器的设计方程求解：解：利用全混流釜式反应器的设计方程求解：1 -1a11r11a11r1r0r1r1min4 . 04 . 05 . 24 . 0cckckcrcc=1 -1 -32211s2221s1s0s1s1min.mol.m5 . 04 . 05 . 22 . 0cckckcrcc1a1a=对第二只反应器中对第二只反应器中a的消失而言：的消失而言：5)(-2221212212aaaaaaacckkccrcc

6、解得：解得： ca2=?因两个反应器的级数相同，且因两个反应器的级数相同，且cr2+cs2=ca0-ca2则得：则得：2122112212240ararrrrrckcckccrcc.22222221221222 . 0asasssssckcckccrcc所以：所以： cr2=?， ? 下面是两个反应的下面是两个反应的t-x图，图中图，图中ab是平衡曲线，是平衡曲线，np是最是最佳温度曲线，佳温度曲线，am是等温线，是等温线，hb是等转化率线。根据下是等转化率线。根据下面两图回答：面两图回答：（1）图）图1和图和图2分别是可逆反应还是不可逆反应？分别是可逆反应还是不可逆反应？（2）图）图1和图和

7、图2分别是放热反应还是吸热反应？分别是放热反应还是吸热反应？（3）在图）在图1和图和图2的等温线上，的等温线上，a, d, o, e, m点中哪一点点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？速率最大，哪一点速率最小？（4） 在图在图1和图和图2的等转化率线上，的等转化率线上，h, c, r, o, f及及b点点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？解答：解答： 图图1 图图2（1）可逆反应）可逆反应 可逆反应可逆反应（2）放热反应）放热反应 吸热反应吸热反应 (3)m点速率最大，点速率最大，a点速率最小点速率最小 m点速率最大，点速率最大，a点速率最小点速率最小 (

8、4)o点速率最大，点速率最大，b点速率最小点速率最小 h点速率最大，点速率最大，b点速率最小点速率最小【例题】在一定空时【例题】在一定空时(空时空时=体积体积/流量流量)的全混釜中进行如的全混釜中进行如下反应，求下反应，求r产量最大时的反应温度产量最大时的反应温度(注意和活化能联系起来注意和活化能联系起来)。11kraarrk c 22ksaasrk c 33ktaatrk c 【解】【解】(1)若若e1e2 、e3，应采用尽可能高温；，应采用尽可能高温； (2)若若e1e2 、e3，应采用尽可能低温；，应采用尽可能低温；(3)若若e1介于介于e2 、e3之间，之间，对：对： 00012312

9、3()1()aaaaaaaaccccccrkkk ckkk对：对： 010111231 ()rrarraracck ccck crk ckkk10 10312102030exp()1 exp()exp()exp()arec krtceeekkkrtrtrt对上式求导并令其为零：对上式求导并令其为零： 1 1123111223301() ()0rdce kkkkk k ek ek edt12211 33111()()k keek k eek e得得 111331122eeekeeek满足此式的满足此式的t使使cr最大。最大。 【例题】【例题】自催化反应自催化反应 a + r 2r，其速率方程，其

10、速率方程为：为： r a =k c a c r ，在，在70下等温地进行此下等温地进行此反应，在此温度下反应，在此温度下 k=1.512 m3/kmolh；其它数；其它数据如下：据如下：c a 0= 0.99 kmol/m3；c r 0 = 0.01 kmol/m3；v 0= 10 m3/h；要求反应的转化率；要求反应的转化率x a = 0.99。 试求：试求：1）在全混流反应器中反应所需的容积；）在全混流反应器中反应所需的容积； 2）在平推流反应器中反应所需的容积。）在平推流反应器中反应所需的容积。langmuir吸附模型的四个假定：均匀表面、单层吸附模型的四个假定：均匀表面、单层吸附、吸附

11、机理相同和无相互作用这几点应该说吸附、吸附机理相同和无相互作用这几点应该说是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。然是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。然而，对于多数的化学反应，应用这几点假定进行而，对于多数的化学反应，应用这几点假定进行有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于：因在于： a. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低；很低；b. 实际的催化剂表面一般很平整；实际的催化剂表面一般很平整；c. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远；实际的催化剂表面上活性位间的距离较远；d. 实际的催

12、化剂表面上活性位的数量有限实际的催化剂表面上活性位的数量有限对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是措施正确的是 a. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；b. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；c. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径；降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径；d. 增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速增加催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速在pt催化剂上进行异丙苯分解反

13、应： c6h5ch(ch3)2 c6h6 + c3h6若以a、b及r分别表示异丙苯、苯及丙烯，代表催化剂上的一个活性中心，其反应步骤如下： a + a a b + r b b + 若表面反应为速度控制步骤，试由l-h机理和hougen-watson模型推导异丙苯分解的等温速度方程式。气相中的a分子与b分子被吸附在催化剂表面上分别形成吸附态的a和b。相邻近的这两种吸附态的分子在催化剂的表面发生反应。被称为langmuir-hinshlwood机理（简称l-h机理） rbrarpkkr vaaapkvbbbpk1vbabbaabbbbbaaaaabbaavpkpkpkpkpkpkpkpk 1111

14、 解：解：由题意，步骤（2）应为速度控制步骤，设其中的正向、逆向反应速度常数分别为kr 、kr ,有：又由步骤（1）已达平衡，有：而由步骤（3）已达平衡，有：代入原速度表达式，有：bbaarbabbaarbarbraarbbaarbbraarpkpkkpppkpkpkppkkkkpkkpkpkppkkpkkr 1)(1)(1（其中（其中k = krka, k为总化学反应平衡常数）为总化学反应平衡常数） 复习课小结“三传一反”、“一反”均相反应与异相反应的定义化学反应速率表达式速率常数与反应速率的关系（不同表示kr,kp）理想反应器种类特点反应器反应时间计算膨胀因子或率平行反应的选择性各种复合反应与适宜反应器的选择不可逆中间产物的最大温度返混的定义停留时间分布曲线的定义和公式二种特殊反应器的分布曲线测定非理想流体的停留时间分布函数的二种方法 气-固相催化反应动力学步骤 等温吸附模型 孔内扩散 催化剂的效率因子 西勒模数与反应速率或扩散的关系 床层压降 坦克来准数 工业催化剂特点 内外扩散影响及消除