江苏工程学院反应工程全程教案

1、江苏工业学院教案 第 1 次课 2 学时 授课时间 2005.2. 教案完成时间 2005.1 课题（章节）n第一章 绪论nChapter1 Overview of Chemical Reaction Engineering教学目的与要求：1 了解化学反应工程的范畴和任务；2 掌握化学反应工程的基本方法、研究内容以及各种反应器的特点；教学重点、难点：无教学方法及师生互动设计：课堂练习、作业：无本次课教学内容小结：第 1 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）1典型化工过程(Typical chemical pocess)2The history

2、of Chemical Reaction Engineering 通过讲述化学反应工程发展引入新课：自然界物质的运动或变化过程有物理的和化学的两类，其中物理过程可以不牵涉到化学反应，但化学过程却总是与物理因素如温度、压力、浓度等有着紧密的联系。所以化学反应过程是物理与化学两类因素的综合体远溯古代，陶瓷器件的制作、酒与醋的酿造、金属的冶炼以及炼丹、造纸等等，就都是一些众所周知的化学反应过程。然而，直到本世纪五十年代还一直来形成一门专门研究化学反应过程的独立学科，其原因是由于人们还没有能够从那么许多五花八门、看起来风马牛不相及而又变化多端的反应过程中，认清它们的共同规律。因此，多少个世纪以来，只能

3、主要依靠经验，成为一门技艺，而达不到工程科学的水平。随着第二次世界大战以后化学工业的发展，在1957 年举行的第一次欧洲反应工程会议确立了这一学科的名称，以后逐步形成了今日的化学反应工程学科体系。陈甘棠，化学反应工程，化学工业出版社，1990，P13.The branches of Chemical Reaction Engineeringl nCatalyzed Reaction Engineeringl nPolymerization Reaction Engineeringl nHigh-temperature Reaction Engineeringl nBiochemical Rea

4、ction Engineeringl nEnvironmental Reaction Engineering板书分析板书引入新课板书第 2 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）4化学反应工程研究的对象和目的（1）研究对象和目的化学反应工程作为一门工程学科，它的研究对象是以工业规模进行的化学反应过程，其目的是实现工业反应过程的优化。（2）工业反应过程的优化工业反应过程的优化就是在一定的范围内，选择一组优惠的决策变量，使“系统”对于确定的评价标准达到最佳状态。化学反应过程的优化包括设计优化和操作优化： 设计优化：就是根据给定的生产能力，确定反应器的

5、型式、结构和适宜的尺寸及操作条件； 操作优化：就是指反应器的操作，必须根据各种因素的变化对操作条件做出相应的调整，使反应器处于最优条件下运转，以达到优化的目标。工业反应过程的优化显然，工业反应过程的优化涉及优化目标、约束条件和决策变量等问题。1） 约束条件优化过程是有约束的过程优化2） 优化的经济指标任何一个化学反应过程要实现工业化生产，首先必须在技术上是可行的。所谓技术的可行性是指：反应有合适的催化剂，反应能以一定的速率和选择性进行；对反应产物有可能进行分离取得合格的产品；有适宜的反应温度（）、压力（）等条件；废料有合适的处理技术，以免污染环境。但是，一个工业反应过程得以存在和发展的前提除了

6、技术上可行外，重要的是经济上合理，一旦生产过程的技术问题解决之后，过程的经济性就成为最主要的追求目标。工业反应过程的经济目标直接决定于生产费用的大小。生产过程的费用主要由以下三部份费用组成：生产过程的费用设备费用显然，工业反应过程的这些目标与该过程的技术指标密切相关。板书讲解板书讲解第 3 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）3） 优化的技术指标在建立工业反应过程优化目标的定量关系式，即优化目标的函数式时，需要把过程的经济目标与技术目标联系起来，才能进行优化计算以确定最优的设备条件和操作条件。反应过程的主要技术有以下三个：反应速率；反应选择性（

7、选择率）；能量消耗。生产过程的能量消耗也是衡量过程经济性的一个指标。然而，由于化工生产的复杂性，使能耗问题难以就整个生产过程的某一反应步骤或分离步骤单独进行核算及评价。因此，这里我们将从反应速率和反应选择性作为工业反应过程的两个基本技术指标。5化学反应工程的基本任务n建立化学反应过程的动力学模型和传质模型；n选择反应器型式以满足不同类型的反应特点和传质要求；n计算反应器大小，以满足一定的产量和转化率的要求；n确定反应器的最佳操作条件，提高反应过程的经济效益；n研究反应器的动态特点，保证操作稳定和开、停车的顺利。6化学反应器及操作方式工业生产上使用的反应器型式多种多样，分类法也有多种。可以按其反

8、应物相态分类，也可按反应器传热方式分；亦可按反应器的形状分；或者按操作方式分类。其中最常用的是按相态进行分类，表1.1 中列出了一些常用工业反应器类型：板书讲解板书板书讲解第4 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等） 均相管式反应器管式反应器是工业生产中常用的反应器类型之一。它大多采用长径比很大的圆形空管构成，因而得名“管式反应器”。常用于气相反应，亦用于液相反应。 釜式搅拌反应器釜式搅拌反应器是另一类应用广泛的反应器。其形状特征是高径比要比管式反应器小得多，因而成“釜”状或“锅”状。釜式反应器一定型式的搅拌桨叶以使釜内的物料混合均匀。多用于液相

9、反应。n+ 高催化剂利用率n+ 好外部传递n+ 温度分布均匀n- 催化剂夹带n- 高返混n- 催化剂分离问题间歇式，半间歇式，连续全混流式板书讲解板书讲解图片放映讲解图片放映第 5 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等） 固定床反应器固定床反应器是用来进行气固催化反应的典型设备。反应器中，催化剂颗料保持静止状态，故称为固定床反应器。重要过程：丙烯氧化制丙烯酸乙炔HCl制氯乙烯乙烯环氧化制环氧乙烷烃类加氢乙苯脱氢制苯乙烯煤气化特点：n结构简单n高空速n很少催化剂损耗n很小气固返混n较长的扩散时间及距离n高床层压降n床内取热供热困难n催化剂取出更新困

10、难板书讲解图片放映板书讲解第 6 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等） 流化床反应器流化床反应器也是一种实现气固催化的重要反应器，自1942 年第一次大规模应用于重质油的催化裂化以来，得到了迅速的发展，广泛应用于各种类型的反应。流化床反应器中，气流从下而上，流速要达到足以固体催化剂颗粒呈悬浮状态，此时床层犹如“沸腾”一般，故也称“沸腾床”。其最大特点是由于床内气、固两相呈强烈湍动状态，增强了传质和传热，使床层温度达到均匀，因而特别适合一些强放热反应或对温度很敏感的过程。n1928年固定床（溶盐换热），活性白土n1938年移动床式，活性白土n19

11、42年上流式，合成硅酸铝微球n1946年下流式，合成硅酸铝微球n1955年型床，合成硅酸铝微球n1970年提升管，分子筛n1980年烧焦罐高效再生器+提升管，ZSM-5n1990年提升管+两级逆流再生高效再生器，超稳Yn2001年超短接触反应器板书板书讲解图片放映讲解第 7 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等） 气-液相反应器：塔式、釜式和管式按气液两相的接触形态鼓泡塔反应器+ 简单+ 传质好 (射流入口)+ 低剪切 (气升式)+ 短扩散距离- 低催化剂空速- 高返混- 中等传热能力板书讲解图片放映板书讲解第 8 页江苏工业学院教案教 学 内

12、容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）7化学反应工程的基本方法主要采用数学模型法：就是用数学模型来分析和研究化学反应工程问题。数学模型就是用数学语言来表达过程各变量之间的关系。在化学反应工程中，数学模型主要包含如下一些内容（三传一反）：n 动力学方程式n 物料衡算（连续性方程）n 热量衡算n 动量衡算参数计算1. 动力学方程式表示反应速率与浓度等参数之间的关系，或表示浓度等参数与时间之间关系的方程称为化学反应的速率方程（rate equation），亦称为动力学方程。2. 物料衡算式：累积量=输入量输出量对于等温过程，则只凭物料衡算式就可以算出反应器的大小。3. 热量衡算式：

13、累积量=输入量输出量对于许多化学反应过程，热效应常是不可忽略的，是非等温的，这就需要物料衡算式与热量衡算式联立求解，结果就给出了反应装置的温分布和浓度分布，从而回答了反应器设计中的基本问题。4. 动量衡算式通常，在设计反应器时，当流体通过反应器前后的压差不太大时，量衡式可以不列。5. 参数计算式在数学模型中所用的许多参数，有些不一定都需要实测。如某些物数据及传递属性（如导热系数、扩散系数等）可从文献中查取，或用关式加以估算。但也有一些重要参数，如相界面积及相间传递系数等等，常常由于缺乏可靠的方法而不得不通过实验来加以解决。8应具备的知识基础l 高等数学l 化学动力学l 传递过程l 计算方法l

14、图解法第 9 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）9其它n课程目标：能掌握化学反应工程的基本概念、基本原理及反应器分析与设计的基本方法。n授课方法：以讲课为主。n考试方式：考试采用开卷或/和闭卷相结合。n评分标准：考试与课堂测验相结合，并考虑平时成绩、出勤率等。总分=期终考试成绩×50%+期中考试成绩×40%+课堂测验与平时成绩×10%+平时课堂回答问题附加分（其中权重根据情况有所变动）10References化学反应工程，朱炳辰主编，化学工业出版社 化学反应工程，陈甘棠主编，化学工业出版社 Chemical Re

15、action Engineering，O.Levenspil，Inc.3rd,ed 化学反应工程例题与习题，丁百全，房鼎业等，化学工业出版社本学科的内容安排（参见本书目）第一章绪论第二章均相反应动力学第三章均相等温反应器第四章变温过程均相反应器第五章非理想流动第六章非均相流固定催化反应器第七章气液两相反应器第八章聚合反应器（自学）第九章生化反应器（自学）无作业布置第 10 页 江苏工业学院教案 第 2 次课 2 学时 授课时间 2005.2. 教案完成时间 2005.1 课题（章节）第2章 均相反应动力学 (Kinetics of Homogenous Reactions)教学目的与要求：1

16、掌握化学反应速率的定义、表示方法，转化率的定义及表示方法；2 撑握反应速率方程中速率常的量纲的确定方法、物理意义，阿伦尼乌斯公式，活化能、指前因子等参数的物理意义；3 掌握幂函数型速率方程的表达式。4掌握单一反应中的不可逆反应的动力学特征；幂函数型的速率方程积分式的推导方法。教学重点、难点：单一反应中的不可逆反应的幂函数型的速率方程积分式的推导方法。教学方法及师生互动设计：讲练结合法课堂练习、作业：习题二：1、2、4本次课教学内容小结：第 11 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）如果参与反应的各物质均处同-个相内进行化学反应则称为均相反应。这

17、类反应包括的范围很广，如烃类的高温气相裂解反应、一般的酯化、皂化反应等均属于均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。因此，均相反应动力学是研究均相反应过程的基础，它为工业反应装置的选型,设计计算和反应的操作分析等提供理论依据和有关的动力学基础数据。2.1 反应速率方程 (The Rate Equation)2l1 反应速率表示方法(The Rate Expressions ) 反应速率概念：反应系统中某一物质在单位时间、单位反应区内的反应量（或生成量）。均相反应：“单位反应区

18、”常指“单位反应体积”；非均相反应：如气-固催化反应，“单位反应区”常指“单位催化剂质量”。因此，对不同的反应类型，反应速率的量纲是不一样的。对一定大小的反应设备和物料处理量，反应速率的大小实际上反映了反应物料的转化程度。例如，有一简单反应 A P注意以下几点：（1）(-rA) 为一整体符号，在反应物的速率前应冠以负号，避免反应速率出现负值。恒为正值（2）对任一不可逆反应aAbB pPsS，各组分的反应速率与其计量系数成比例，显然，各反应的反应速率之间应具有如下关系： 引入新课板书说明举例板书说明板书第 12 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等

19、）（3）定义是个微分关系式。对于气相反应，其中V可以表示成时间的函数V（t），即随反应进程体积膨胀或收缩。如改用通常形式CA表示：CA 如果是恒容系统 （4）在多相体系中，反应是在相界面或某相内部进行的。例如液-固相反应中。可以用不同的基准来表示反应速率。 W固体（催化剂）的重量；S相界面面积；VP一固相占体积；V液相占体积；VR反应器的有效体积，VRVPV。 板书说明第 13 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）转化率转化程度通常用反应转化率来表示。其定义：反应物中某一组份转化掉的物质的量与其初始量的比值。常用x 表示：如对于反应A P ，转

20、化率nAO：反应前A的摩尔数；nA ：反应后A的摩尔数。人们通常采用着眼组分A的转化率xA 来表示反应进行的程度。2.1.2 均相反应动力学方程（Kinetics of Homogeneous Reaction）表示反应速率与浓度等参数之间的关系，或表示浓度等参数与时间关系的方程称为化学反应的速率方程（rate equation）。速率方程的形式随不同反应而异，必须由实验来确定。大量实验表明，均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数。而反应压力通常可由反应物系的状态方程和组成来确定，所以主要是考虑反应物系的组成和温度对反应速率的影响。通常用于均相反应的速率方程有两类：双曲函数型和幂函数

21、型。1速率方程的分类）双曲函数型：可由设定的反应机理导得。例 HBr 的合成反应，为双曲函数型：）幂函数型：可直接由质量作用定律出发获得。如果化学反应的反应式能代表反应的真正历程，称为基元反应，它的动力学方程可以从质量作用定律直接写出。质量作用定律（Law of mass action）：基元反应的速率与反应物的浓度（带有相的指数）的乘积成正比，其中各浓度项的指数就是反应式中各相应物质的计量系数。然而，大多数化学反应是由若干个基元反应综合而成，称为非基元反应，其动力学方程需要由实验确定。如果是均相反应，其动力学方程通常可用幂函数形式的通式表示如下：板书讲解板书板书讲解板书讲解第14 页江苏工业

22、学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）设一均相不可逆反应 aA bB pP在一定温度、一定催化剂的条件下，反应速率与浓度的关系可表示为： 式中，和叫做对反应物A和B的级数，n为总级数。、的数值通常由实验来确定，它与反应方程式的计量系数并不一致，只有基元反应时，a，b。对于气相反应，可改写成反应速率与组分分压的幂指数关系，即 (2.1-17)式中 kp的量纲为（浓度）时间-1压力-n。2. 速率方程中动力学参数的物理意义1）反应级数反应级数不能独立地预示反应速率的大小，它只是表明反应速率对各组份浓度的敏感程度。a 和b 值越大，则A 的浓度和B 的浓度对反应

23、速率的影响也越大。反应级数a 和b 的值是凭借实验来获得的，它既与反应机理无直接的关系，也不等于各的计量系数。只有当化学计量方程与反映实际历程的反应机理式致时，反应级数与计量系数才会相等，对于这类反应我们称之为基元反应，它可以直接应用质量作用定律来列出其反应速率方程；由于反应级数是由实验获得的经验值，所以只能在获得其值的实验条件范围内加以应用；它们在数值上可以是整数、分数或零，亦可以是负数，但总反应级数在数值上很少是达到3 的，更不可能大于3。2）速率常数式中k 称为速率常数，或称为比反应速率，它在数值上等于当CA=CB=1.0 时的反应速率。按定义，它与除反应浓度外的其它因素有关，如温度、压

24、力、催化剂及其浓度或所用的溶剂等。量纲：浓度1-n 时间 -1 影响速率常数的因数在催化剂、溶剂等影响因素固定时， k就仅是反应温度的函数，并遵循阿累尼乌斯(Arrhenius)方程。即 式中 k反应速率常数； k0频率因子； E反应活化能； R通用气体常数(R=8.314J/mol·k)板书讲解说明讲解板书讲解第 15 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）严格地说，频率因子是温度的函数，它与T 的n 次方成正比，但它较之exp(-E/RT)而言，其受温度的影响较不显著，可以近似地看成是与温度无关的常数。活化能正的物理意义是把反应分子

25、“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。所以，E 的大小直接反映了反应的难易程度。E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高。此外，E 的数值还是反应速率对温度的敏感度的标志。E 愈大，反应速率对温度就愈敏感，但是其敏感程度还与反应的温度水平有关，温度愈低温度的影响也就愈大。3） k与kP的关系 Example:Milk is pasteurized if it is heated to 63 for 30 min, but if it is heated to 74 it only needs 15 s for the same result. Find the activation ene

26、rgy of this sterilization.Solution ： here we are told that t1=30 min at a T1=336K t2=15 sec at a T2=347KNow the rate is inversely proportion to the reaction time, or rate time-1. so Eq 2.1-21 becomesFrom which the activation energy E=422000J/mol=422kJ/mol(第8页例题2-1自习)说明例题第 16 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（

27、包括：教学手段、时间分配、临时更改等）22 单一反应 （The Single Reactions ）221 一级反应（ Irreversible Unimolecular-Type First-Order Reaction）一级反应A P在等温恒容条件下，反应速率方程如下： (2.2-1)上式中速率常数k是与反应组份浓度无关而仅与反应温度有关的常数。这样，速率式(2.2-1)本身就将影响反应速率的温度变量和浓度变量加以分离。幂函数型速率方程的这特点给动力学数据的测量和整理带来极大方便。当t0时，CACA0，积分上式，得：即： (2.2-3)ln(CA/ CA0)对间t作图，直线的斜率为-k。板

28、书讲解分析板书讲解图片放映讲解第 17 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）2.2.2 二级反应（Irreversible Bimolecular-Type Second-Order Reaction）类型 A + A P 在等温恒容条件下，反应速率方程如下： (2.2-4)当t0时，CACA0，积分上式得 (2.2-5)或 (2.2-6)以1/ CA对t作图，直线的斜率为k。板书讲解图片放映讲解第 18 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）类型 A + B P (2.2-7)CA0xA = C

29、B0xB (2.2-8)令初始浓度比 M=CB0/CA0 (2.2-9)积分得： (2.2-10)如果初始浓度比M=1，即CA0=CB0的情况与类型I相同。如果 aA + bB P (2.2-11) 类型中lnCB/CA对t的关系见图2.2-1(b)。板书讲解图片放映讲解第 19 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）2.2.3 n级反应 (Irreversible nth-order Reaction )n级反应 nA P 在等温恒容条件下，反应速率方程如下： (2.2-12)或 (2.2-13)对于其它简单整数级的不可逆反应，均可以用该例的方

30、法求得其速率式的积分形式，表2.2-1 中列出了其它不可逆反应的微分速率式以及与之相应的积分式。例题2.2-1 气相反应A®3P 为一级反应，速度常数k=0.5min-1，反应在恒容间歇式反应器中进行，求1min后体系的总压，进料状况如下：a) 纯A，0.1Mpa；b) 纯A，1Mpa；c) 10%的A和90%的I（惰性气体）混合物，1MPa解： （1） 板书讲解说明例题2.2-1第 20 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）对比（1）、（2），得 当t=0，p=p0 积分（3）， 得 ：习题 4讲解习题布置第 21 页江苏工业学院教

31、案 第 3 次课 2 学时 授课时间 2005.2. 教案完成时间 2005.1 课题（章节）2.3 可逆反应（Reversible Reaction）24 复合反应（Multiple Reaction）教学目的与要求：1掌握单一反应中可逆反应、复合反应的动力学特征；幂函数型的速率方程积分式的推导方法。2理解、撑握复合反应、平行反应、串联反应、平行串联反应、得率、选择性以及收率等的概念；教学重点、难点：可逆反应、复合反应、平行反应、串联反应、平行串联反应的的动力学特征，速率方程积分式的推导方法。教学方法及师生互动设计：讲练结合法课堂练习、作业：习题二：3、8、9本次课教学内容小结：第 22 页

32、江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）引导学生复习上一节课的主要内容：速率方程解析式的一般推导方法不可逆反应的动力学特征。2.3 可逆反应（Reversible Reaction）可逆反应是指正方向、逆方向同时以显著速度进行的反应，也叫对峙反应。可以用完全类似于处理不可逆反应的方法来处理可逆反应。为简明起见，以正、逆向均为一级的可逆反应为例来讨论其处理方法。2.3-1 一级可逆反应（First-order Reversible reaction ） (2.3-1)初始浓度为CA0，CR0，CA=CA0(1-xA), CR=CR0+CA0xA代入式（

33、2.3-1）得 (2.3-2)达到平衡时，-dCA/dt=0，平衡时浓度为CAe，CRe, 转化率为xAe。 (2.3-3)整理得代入式（2.3-2）得 (2.3-4)积分其为 (2.3-5)复习旧课板书讲课板书第 23 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）以ln(1-xA/xAe) 对 t作图，由直线斜率可以求速率常数k 。2.3.2 二级可逆反应（Second-order Reversible Reaction）一般地，可逆反应的级数愈高，速度式的积分形式愈复杂。 (2.3-6)初始条件为CA0=CB0， CR0=CS0=0 时，积分上式为

34、 (2.3-7)对上式作图，由直线斜率可以求速率常数k 。表2.3-1为可逆反应的速率方程的积分形式。图片说明板书讲解第 24 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）24 复合反应（Multiple Reaction）需要用两个或更多的独立计量方程来描述的反应即为复合反应。单一反应的动力学表达形式较为简单，只要知道一个组分的动态变化，系统的所有组分变化也就确定下来了。而对于复合反应，由于有两种以上的反应同时存在，所以将同时产生许多产物，而往往只有其中某个产物才是我们所需的目标产物（或主产物），其它产物均称副产物。生成主产物的反应称为主反应，其它的

35、均称为副反应。研究复合反应特征的重要目标之一是在提高主反应速率的同时抑制副反应发生，从而达到改善产品分布，以提高原料的利用率的目的。在具体讨论各类复合反应的动力学特性之前，先就一些常用的术语加以说明。平行反应：如果几个反应都是以相同的反应物按各自的计量关系同时发生的，称为平行反应，可用下式表示：A + bB (平行反应)连串反应：如果几个反应是依次发生的，这样的复合反应称为连串反应，如下式表示： （连串反应）此外，还有由平行和串联反应组合在一起的复合反应，如下两式所示：主产物、副产物、主反应和副反应在复合反应中由于同时存在几个反应，所以将同时产生许多产物，而往往只有其中某个产物才是我们所需的目

36、标产物(或主产物)，其它产物均称副产物。生成主产物的反应称为主反应，其它的均称为副反应。研究复合反应的特征的重要目标之一是寻求提高主反应速率同时也抑制了副反应发生的途径，从而达到改善产品分布以利于提高原料的利用率的目的。板书讲解板书讲解板书讲解第25 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）收率：表示在实际反应过程中，反应掉的A和生成的目标产物P之比，即得失之比。以符号表示瞬时收率，以P表示总收率。 (2.4-1) (2.4-2)得率：以符号XP记之，它是生成的目的产物P的物质的量与着眼反应物A的起始的物质的量之比，即： (2.4-3)选择性：是指

37、生产的混合产品中主、副产品之比。以符号SP记为瞬时选择性，SO记为总选择性。 (2.4-4) (2.4-5)2.4.l 一级平行反应 First-order Parallel Reaction不可逆平行反应：这是比较简单的平行反应，所有平行发生的反应均为不可逆的。平行进行的各反应反应级数为1级。设有一级平行反应A讲解板书板书说明第 26 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）其微分速率方程分别为： (2.4-6a) (2.4-6b) (2.4-6c)当t=0时，CA=CA0，CP=CP0，CS=CS0时，积分式(2.4-6a、b、c)为 (2.4

38、-7a) (2.4-7b) (2.4-7c)得率： (2.4-8)总选择性： (2.4-9)瞬时选择性： (2.4-10一级平行反应的浓度分布见图2.4-1板书第 27 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）讨论由上述各式中可以看出，对于平行的各反应具有相同的反应级数的复合反应来说，它具有如下的动力学特征：() 如果各平行反应均为一级不可逆反应，则Ct 曲线仍具有一级不可逆反应的特征，可由1n(CA/CA0)对t 坐标图上的直线斜率获得速率常数的总和值。()反应的收率和选择性均与组份的浓度无关，而仅是反应温度的函数。若主反应的活化能E1 大于副反

39、应的活化能E2，提高反应温度将有利于提高反产物的收率和选择性。反应流体在反应器内的接触方式将不会影响反应的收率或选择性。() 将式(2-47b)和(2-47c)相除可得关于选择性的表达式：它表明两产物反应量的比值仅是温度的函数,在将CP-CP0 对Cs-Cso 作图可得一直线,其斜率为k1/k2，结合(k1+k2)之值可分别求得k1 和k2。因此，对于一级平行反应，选择性不变。图片放映讲解板书第 28 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）2.4.2 一级连串反应(Irreversible First-order Reaction in seri

40、es)以下式所示的简单的不可逆串联反应为例来讨论串联反应的基本特征。为便于说明起见，在下面的讨论中均假定：(1)所有的反应组份的计量系数为l；(2)均为等温定容反应。一、速率方程的微分式各反应组份的速率方程分别为： (2.4-11a) (2.4-11b) (2.4-11c)二、积分式当t=0时，CA=CA0，CP=CP0，CS=CS0时，积分(2.4-11a)得： 将CA代入式（2.4-11b）得： (5)显然，这是一个 型的一次非齐次线性微分方程。板书讲解板书讲解分析讲解板书板书讲解分析第 29 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）根据物料衡

41、算有：板书讲解分析第 30 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等） 一级连串反应的浓度分布见图2.4-2所示。组份A 浓度随着反应时间的增长按指数关系下降；而中间产物户的浓度开始随着反应的进行而不断增大，但其增长速率dCp/dt 都是在逐渐下降，这是由于CA 的不断下降和串联反应速率不断增大之故，所以在Cp-t 曲线会出现最大点，此处dCP/ dt=0而串联反应的最终产物S 的浓度总是在增产，但其增长速率开始是增大的，在CPt 曲线的最大点处dCs/dt最大，此点相当于CSt曲线的拐点。讨论1最优反应时间、最大得率）若将CP对时间t 求导，并令其

42、导数等于零则可导出相应Cp 为最大时的反应时间topt。（k1k2） (2.4-15)式中，kln为连串反应的速度常数的对数平均值。图片讲解讲解板书讲解分析第 31 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）2）将上式代入式（2.4-13）后可得P的最大得率Xpmax为：k1=k2 时讲解板书说明第 32 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）图2.4-3为中间产物的浓度分布曲线。图片讲解第 33 页江苏工业学院教案 第 4 次课 3 学时 授课时间 2005.2 教案完成时间 2005.1 课题（章节

43、）2.5 自催化反应2.6 反应前后分子数变化的气相反应2.7 动力学的实验和数据处理教学目的与要求：1复习巩固平行反应、串联反应的动力学特征；2掌握自催化反应的动力学特征及幂函数型的速率方程积分式的推导方法；3掌握膨胀因子、膨胀率的定义；4掌握等温变容、变压过程的特点；5掌握动力学实验数据处理，如积分法、微分法（数值微分法和图解微分法）和半衰期法的原理及应用。教学重点、难点：等温等压变容、等温等容变压过程动力学实验数据处理，如积分法、微分法（数值微分法和图解微分法）和半衰期法的原理及应用。教学方法及师生互动设计：讲练结合法课堂练习、作业：习题二：11、12、6本次课教学内容小结：第 34 页江苏工业学院教案教 学 内 容 （讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）引导学生复习上一节课的主要内容：复合反应的动力学特征。2.5 自催化反应 Autocatalytic Reaction一、反应特点这类反应的特点是：其反应产物中有