《化学平衡分析》教学课件

1、反应体系的化学平衡分析 第1页，共43页。第2页，共43页。第3页，共43页。必须掌握的反应体系的特性(1)化学计量学 简单反应还是复杂反应；主反应和副反应间的关系；每一反应中各组分变化量之间的相互关系(2) 化学热力学 反应过程中的能量转化；反应体系的平衡性质第4页，共43页。第5页，共43页。反应系统类型（1）单一反应原料 产物原料 产物+副产物原料1+原料2 产物3H2+N2 2NH3第6页，共43页。第7页，共43页。第8页，共43页。第9页，共43页。(5)聚合反应自聚反应缩聚反应平均分子量和分子量分布第10页，共43页。（一）化学平衡分析的意义1借助化学平衡分析判断反应机理。在石脑

2、油水蒸气裂解反应中，产物中有甲烷生成。甲烷是由裂解反应生成的，还是由甲烷化反应（CO+3H2=CH4+ H2O）生成的呢？如果是前者，催化剂具有较高的甲烷转化活性是有利的；而如果是后者，甲烷转化活性高的催化剂将导致CO和H2的损失。第11页，共43页。石脑油蒸汽转化中试反应器 组分浓度分布第12页，共43页。2.判别反应过程的控制因素是动力学的还是热力学的。第13页，共43页。3.借用平衡温距的概念估算高温快速反应体系的出口组成。如高温下的烃类水蒸气变换反应，由于反应温度和催化剂活性均很高，反应器的出口状态将十分接近化学平衡。对这类反应系统，常通过化学平衡计算确定反应器出口组成.考虑到化学平衡

3、状态只能趋近，而不可能真正达到,常采用平衡温距的概念来纠正这种偏差。第14页，共43页。平衡温距是指反应器出口温度和与出口组成相对应的平衡温度的差值，即 式中，T为实际出口温度，Te为与出口组成相对应的平衡温度。平衡温距与催化剂活性和操作条件有关,其值越小，说明催化剂活性越好。例如在甲烷蒸汽转化炉中，一、二段转化炉的平衡温距通常分别为10-15和15-30。在ProII,Aspen Plus等化工流程模拟系统中都包含一平衡反应器模块，以适应这种需要。第15页，共43页。（二）反应条件对平衡转化率的影响 十九世纪末，法国物理化学家里查德利指出 ：当反应条件改变时，化学平衡总是向着企图抵消这种改变

4、的方向移动。第16页，共43页。第17页，共43页。第18页，共43页。第19页，共43页。第20页，共43页。二氧化硫催化氧化反应速率与温度的关系第21页，共43页。最佳温度线与平衡温度线 第22页，共43页。第23页，共43页。第24页，共43页。氨合成反应：3H2+N2 = 2NH3不同温度压力下反应的平衡转化率第25页，共43页。乙苯脱氢：C6H5C2H5 = C6H5C2H3 + H2不同温度、总压和水烃比下反应的平衡转化率第26页，共43页。第27页，共43页。二氧化硫催化氧化：不同二氧化硫浓度的炉气在不同温度下的平衡转化率第28页，共43页。一转一吸流程：SO2的转化率只能达到9697%第29页，共43页。二转二吸流程：SO2的转化率可提高到99.599.8%第30页，共43页。第31页，共43页。第32页，共43页。第33页，共43页。反应精馏生产碳酸二甲酯流程第34页，共43页。膜反应器第35页，共43页。第36页，共43页。第