【正文】 電大開放教育專科應(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： 2022年 9月 12月 輔導(dǎo)教師：余歡 8/20/2022 第一講 ? 本講內(nèi)容： 、基本方法 5..反應(yīng)勱力學(xué) 8/20/2022 ?任何化學(xué)品的生產(chǎn)，都離丌開三個(gè)階段：原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)品精制。 8/20/2022 ? 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)備的工程問題 。 實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ) ， 數(shù)學(xué)方法和計(jì)算技術(shù)是成功的關(guān)鍵 。 適用：小批量 、 多品種的生產(chǎn)過程 。 8/20/2022 2 .均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 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： 2NH32N23H2=0 一般式： aA+bB+cC+…=0 a,b,c… 稱為計(jì)量系數(shù)，對產(chǎn)物為 正 ，反應(yīng)物為 負(fù) 。 ??BApAA PPkdtdnV1)r( ?????注意各參數(shù)的量綱單位要一致 ，若分壓的單位為 Pa，則 kp的單位： )( 3 Pasm m o l??（ 2）化學(xué)反應(yīng)速率及其表示 8/20/2022 2）雙曲型動(dòng)力學(xué)方程 222/)(22/11BrBrHH B r CCkCCkrH B r??H2＋ Br2 2HBr 實(shí)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 8/20/2022 實(shí)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)量方程僅表示參與反應(yīng)的各物質(zhì)間的量的變化關(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)。 基元反應(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)歷程不一致的 。 A R與 2A 2R意義不同，前者 –rA=kACA 后者 –rA=kACA2 8/20/2022 （ 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)的總反應(yīng)級(jí)數(shù)，取值可以是小于戒等于 3的任何數(shù)， α和 β的值與計(jì)量系數(shù) a和 b的值無關(guān)。 ? 溫度的影響則是由速率常數(shù) k體現(xiàn)的，根據(jù)阿倫尼之斯方程 RT/E0 ekk??8/20/2022 （ 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)， (國際單位 )從式對數(shù)方程中 k 與 E 的關(guān)系可以說明這一點(diǎn)。 將實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)不同 t下的 k值畫出的直線，其斜率為－ E/R而 R是已知的常數(shù)從而求出活化能 E， 再根據(jù)截距 lnk0求出指前因子 k0， 8/20/2022 單一反應(yīng)勱力學(xué)方程的建立 積分法 是根據(jù)對一個(gè)反應(yīng)的初步認(rèn)識(shí)，先推測一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程的形式，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)系的直線。若得到的是一條曲線，則表明此動(dòng)力學(xué)方程不適合所研究的反應(yīng)，需重新假定 α和 β值 。 8/20/2022 單一反應(yīng)勱力學(xué)方程的建立 對于恒容反應(yīng)，也可以濃度代替。直線的斜率為 )kk( ??－平衡常數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)得到。 總選擇性（工業(yè)中） 與反應(yīng)工程中的總收率相同。 8/20/2022 (2) 復(fù)合反應(yīng) 對于一級(jí)不可逆的平行反應(yīng) S P A 平行反應(yīng) k1 k2 A1PP CkdtdCr ??A2SS CkdtdCr ?生成 P和 S的反應(yīng)都是一級(jí)，其速率方程分別表示為 8/20/2022 (2) 復(fù)合反應(yīng) 復(fù)合反應(yīng) A的消耗速率＝ A生成 P和 S的速率之和 ? ? A21A2A1AA CkkCkCkdtdCr ???????? ??? ??? t021CC AA dtkkCdCAA0tkkAA21AA 21eCC,tkkCCln )()( ?????008/20/2022 本章小結(jié)： ① 化學(xué)反應(yīng)過程不設(shè)備研究的內(nèi)容 ② 理解化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)器的分類 ③ 掌握化學(xué)反應(yīng)器的操作方式 ④ 理解均相反應(yīng)的特點(diǎn)、基本概念； ⑤ 掌握反應(yīng)速率的定義及勱力學(xué)方程； ⑥ 掌握恒容過程的勱力學(xué)方程的計(jì)算； ⑦ 理解可逆反應(yīng)的規(guī)律。 速率方程不同，產(chǎn)物分布隨時(shí)間的變化趨勢也會(huì)有區(qū)別。 8/20/2022 (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) 8/20/2022 PA0AP0PAA0P0PP CCCCnnnn ?? ?? ????? 恒容總收率 瞬時(shí)收率 0SSP0PS0SP0PO CCCCnnnnS ? ????? 恒容總選擇性 SPSPSPP rrdtCddt/Cddt/nddt/ndS ???瞬時(shí)選擇性 APAPAPP rrCdCdndnd ????得率 0AP0APP CCnnx ? ??? 恒容8/20/2022 總收率 Φ＝反應(yīng)前后目的產(chǎn)物 P的物質(zhì)的量之差 /反應(yīng)物反應(yīng)前后物質(zhì)的量之差 對于恒容反應(yīng) 總收率 Φ＝反應(yīng)前后目的產(chǎn)物 P的濃度之差 /反應(yīng)物 A反應(yīng)前后濃度之差 瞬時(shí)收率 φ＝某一瞬間目的產(chǎn)物 P的變化量（摩爾數(shù)或濃度） /反應(yīng)物 A的消耗量（摩爾數(shù)或濃度） 得率 xP＝轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物 P 的物質(zhì)的量 /反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物 A 的物質(zhì)的量 8/20/2022 總收率 Φ＝反應(yīng)前后目的產(chǎn)物 P的物質(zhì)的量之差 /反應(yīng)物反應(yīng)前后物質(zhì)的量之差 對于恒容反應(yīng) 總收率 Φ＝反應(yīng)前后目的產(chǎn)物 P的濃度之差 /反應(yīng)物 A反應(yīng)前后濃度之差 瞬時(shí)收率 φ＝某一瞬間目的產(chǎn)物 P的變化量（摩爾數(shù)或濃度） /反應(yīng)物 A的消耗量（摩爾數(shù)或濃度） 得率 xP＝轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物 P 的物質(zhì)的量 /反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物 A 的物質(zhì)的量 8/20/2022 注意區(qū)分 工業(yè)生產(chǎn) 中所指與反應(yīng)工程中的概念不一致 A0P0PP nnn ???收率（工業(yè)） ＝ 反應(yīng)前后目的產(chǎn)物的摩爾數(shù)的變化量 /反應(yīng)物初始摩爾數(shù) P?收率（工業(yè)中） 與反應(yīng)工程中的得率相同。（ aB/aA） 代入得： 8/20/2022 單一反應(yīng)勱力學(xué)方程的建立 BAABBAB0AAB0ABCaCaCaaCCaCa???????? 右邊：左邊：BABABAAB aaCCCaCa ?????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)物的濃度之比都等于計(jì)量系數(shù)之比 。如果做出的圖是一條直線，說明假設(shè)是正確的。如果將實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)標(biāo)繪出，也能很滿意地得到與上述結(jié)果相擬合的直線，則表明所推測的動(dòng)力學(xué)方程是可取的，否則，