化学反应动力学论文PPT课件

这是一个关于化学反应动力学论文PPT课件，主要介绍了化学反应和化学反应器的分类、单一和多重气相反应的化学计量学、加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数、化学反应速率的表达式、温度对反应速率常数及反应速率的影响等内容。第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础本章内容化学反应和化学反应器的分类单一和多重气相反应的化学计量学加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数化学反应速率的表达式温度对反应速率常数及反应速率的影响 一、化学反应的分类１.按反应特性分类：机理(单一反应,多重反应)；可逆性（可逆反应，不可逆反应）；分子数（单分子反应，双分子反应，三分子反应）；级数（一级，二级、三级，零级，分数级）；热效应（放热，吸热） 化学反应的分类２.按化学反应的相态分：　　气相、液相的均相过程，　　气—固相、气—液相、液—液相等非均相过程化学反应的分类３.按反应过程的条件分类：　温度（等温反应，绝热反应，非绝热变温反应） 压力（常压反应，加压反应，减压反应） 操作方式（间歇过程、连续过程、半间歇过程；定态过程，非定态过程） 流动模型（理想流动模型，非理想流动模型）　 操作方式间歇，连续，半连续二、工业反应器的种类现代大型化工厂的外貌特征：厂房毗连，设备庞大，高塔林立，管道纵横。设备和管道交错复杂。其中，化学反应器是化工厂的核心设备。用来实现化学变化的设备－－反应器按反应物料的相态进行分类，可有均相反应器和非均相反应器两大类。常见反应器用来实现化学变化的设备过程工业中的核心装置，其性能对生产过程的影响举足轻重。裂解炉搅拌釜式反应器多釜串联反应器气液相塔式反应器固定床反应器流化床反应器气液固三相反应器 １、按操作方法分类间歇反应器管式及釜式连续流动反应器半间歇反应器 a. 分批式（或间歇）操作： 是指一批反应物料投入反应器内后，让它经过一定的反应，然后再取出的操作方法。通常在实验室及产量较小的一些情况下采用。 b.连续式操作： 反应物料是连续的通过反应器的操作方式，它一般用于产品比较单一而产量较大的场合。 ２.按反应物料流型进行分类大约将反应器分为平推流，全混流，非理想流动反应器三大类，欢迎点击下载化学反应动力学论文PPT课件哦。

化学反应动力学论文PPT课件是由红软PPT免费下载网推荐的一款学校PPT类型的PowerPoint.

第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础本章内容化学反应和化学反应器的分类单一和多重气相反应的化学计量学加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数化学反应速率的表达式温度对反应速率常数及反应速率的影响 一、化学反应的分类１.按反应特性分类：机理(单一反应，多重反应)；可逆性（可逆反应，不可逆反应）；分子数（单分子反应，双分子反应，三分子反应）；级数（一级，二级、三级，零级，分数级）；热效应（放热，吸热） 化学反应的分类２.按化学反应的相态分：　　气相、液相的均相过程，　　气—固相、气—液相、液—液相等非均相过程化学反应的分类３.按反应过程的条件分类：　温度（等温反应，绝热反应，非绝热变温反应） 压力（常压反应，加压反应，减压反应） 操作方式（间歇过程、连续过程、半间歇过程；定态过程，非定态过程） 流动模型（理想流动模型，非理想流动模型）　 操作方式间歇，连续，半连续二、工业反应器的种类现代大型化工厂的外貌特征：厂房毗连，设备庞大，高塔林立，管道纵横。设备和管道交错复杂。其中，化学反应器是化工厂的核心设备。用来实现化学变化的设备－－反应器按反应物料的相态进行分类，可有均相反应器和非均相反应器两大类。常见反应器用来实现化学变化的设备过程工业中的核心装置，其性能对生产过程的影响举足轻重。裂解炉搅拌釜式反应器多釜串联反应器气液相塔式反应器固定床反应器流化床反应器气液固三相反应器 １、按操作方法分类间歇反应器管式及釜式连续流动反应器半间歇反应器 a. 分批式（或间歇）操作： 是指一批反应物料投入反应器内后，让它经过一定的反应，然后再取出的操作方法。通常在实验室及产量较小的一些情况下采用。 b.连续式操作： 反应物料是连续的通过反应器的操作方式，它一般用于产品比较单一而产量较大的场合。 ２.按反应物料流型进行分类大约将反应器分为平推流，全混流，非理想流动反应器三大类。 ３.按反应装置的结构型式分： 管式、塔式、釜式、固定床、流化床 a.釜式反应器 非常普通且大多数设有搅拌装置及传热装置，即可用于间歇又可连续操作过程，即可用单釜亦可用多釜连续操作。 优点：结构简单，加工方便，传质、传热效率高，适应性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度易控制，产品质量均一，适于多品种、小批量生产。 缺点：要求达到高转化率时，反应器容积大 b.管式反应器 单根连续管式或由一根以上的管子平行排列构成，长度远较管径长 优点：结构简单、加工方便，耐高压，传热面大，热交换效率高，容易实现自动控制； 缺点：对慢速反应管子要求长且压降大 c.塔式反应器 长径比较大的垂直圆筒结构，挡板型、固体填充式、简单的空塔 d.固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。主要用于实现气固相催化反应床层静止不动，流体通过床层进行反应。特点：返混小，催化剂机械损耗小 ，结构简单缺点：传热差，操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用 e.流化床反应器 垂直圆筒形或圆锥形容器，内装有催化剂或参与反应的细小固体颗粒，反应流体从反应器的底部进，顶部出产物。 优点：传热好，温度均匀，易控制 缺点：催化剂的磨损大，床内返混大，高转化率难 第二节　化学计量学化学计量学(stoichiometry)是研究化学反应系统中反应物和产物组成改变关系的数学表达式。化学计量学(Chemometrics) 是一门化学与统计学、数学、计算机科学交叉所产生的新兴的化学学科分支。它运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法，优化化学量测过程，并从化学量测数据中最大限度地提取有用的化学信息。 　它与基于量子化学的计算化学(Computational Chemistry)的不同之点在于化学计量学是以化学量测为其基点，实质上是化学量测的基础理论与方法学。　　化学计量学为化学量测提供理论和方法，为各类波谱及化学量测数据的解析，为化学化工过程的机理研究和优化提供新途径，它涵盖了化学量测的全过程，包括采样理论与方法、试验设计与化学化工过程优化控制、化学信号处理、分析信号的校正与分辨、化学模式识别、化学过程和化学量测过程的计算机模拟、化学定量构效关系、化学数据库、人工智能与化学专家系统等，是一门内涵相当丰富的化学学科分支。化学反应式与化学计量式一、化学计量式(stoichiometric equation) 表达反应组分间的数量关系，二、 反应进度、转化率及化学膨胀因子 extent of reaction， conversion， factor of expansion １. 反应程度ξ——表示化学反应程度的物理量 二、 反应程度、转化率及化学膨胀因子 extent of reaction， conversion， factor of expansion ξ的作用２.转化率３.化学膨胀因子３.化学膨胀因子在恒温恒压下进行反应 化学膨胀因子的计算化学膨胀因子的计算三、多重反应系统中独立反应数的确定单一反应和多重反应Simple and complex reaction system 单一反应(single reaction)——一组特定的反应物反应生成一组特定的产物 简单反应体系一个参数即可决定组成多重反应(multiple reaction)——一组特定的反应物同时进行n个不同的单反应，生成n组不同的产物，称为多重反应（复合反应，复杂反应） 复杂反应体系需要多个参数所需的参数个数 = 独立反应数。独立反应是不能由其他反应线性组合而得到的反应。例： CH4 + H2O  CO + 3H2 CH4 + 2H2O  CO2 + 4H2 CO + H2O  CO2 + H2 三、多重反应系统中独立反应数的确定求反应体系中独立反应的一般方法有: ① 观察法。适用于反应数较少的体系 ② 计量系数矩阵法 ③ 原子矩阵法 ① 观察法。例： CH4 + H2O  CO + 3H2 CH4 + 2H2O  CO2 + 4H2 CO + H2O  CO2 + H2 可以看出，（1）＋（3）＝（2） 只存在两个独立反应，即只存在两个关键组分 ② 计量系数矩阵法写成矩阵 ③ 原子矩阵法（其依据是封闭物系中各个元素的原子数目守恒。） 体系含有CO， H2O， H2， CH4， CO2， N2等6个组分， 其原子矩阵为 行初等变换后： 四、多重反应的收率及选择性 Yield Selectivity 多重反应是指有多个反应同时进行的体系 同时反应： Simultaneous reactions 连串反应： Consecutive reactions 平行反应： Parallel reactions 复合反应（平行－连串反应） Combination reactions 多重反应举例氧与氨苯氧化制顺酐 CO加氢乙烯氧化氨的氧化苯氧化制顺酐 CO加氢、乙烯氧化选择性和收率的定义关键组分key component 选择性和收率的定义五、气相反应的物料衡算气相反应混合物的组成常用各组分在混合物中的摩尔分数表示。当化学反应式显示反应过程中气体物质　　　　时，反应前后各组分的组成（或摩尔分数）的变化必根据化学计量式的物料关系式来确定。例题第三节　加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数一、理想气体与实际气体的状态方程理想气体 实际气体　　　引入压缩因子 Van de Waals方程、Virial方程 RK方程、SRK方程、PR方程、童景山方程等　　二、气体的摩尔定压热容和气相反应的摩尔反应焓１.气体的摩尔定压热容 混合气体的标准摩尔定压力热容 工程上，可按简单摩尔平均法计算加压下混合气体的摩尔定压热容 ２.气相反应的摩尔反应焓 等温等压下关键组分的反应进度由ξ=1变为ξ=２时反应的焓变称为反应焓。摩尔反应焓ΔrH，是Δξ为１mol的反应焓变计算摩尔反应焓应按化学计量数为１的关键组分来表达化学计量式加压下实际气体摩尔反应焓的计算三、实际气体的化学平衡常数１.对于反应 ２.操作参数对产物组成的影响 当　　　，Kp及产物的平衡摩尔分数随压力增大而增大；产物的平衡摩尔分数随初始气体混合物中惰性物质摩尔分数减小而增大。　　　第四节　化学反应速率及动力学方程速率（度）：快慢的程度 一、间歇系统及连续系统的化学反应速率化学(一)反应速率的表示方式 1.化学反应速率定义：单位时间内单位反应混合物体积（区域）中反应物的反应量或产物的生成量。 用转化率作变量表示化学反应速率一、间歇系统及连续系统的化学反应速率间歇系统 在间歇生产系统中，反应物一次性加入反应器，经历一定的反应时间后，产物一次性取出。然后冲洗反应器，重复加料、反应和出料操作，生产是分批进行的。 间歇反应器的特点 1）生产分批进行； 2）反应器内物料参数（组成、温度和压力等）在每一瞬间均匀； 3）反应器内物料参数随时间变化，时间是独立变量。 １.间歇系统BATCH SYSTEMS 通常可作等容处理： 连续系统 在连续系统生产中，反应物不断加入反应器，产物不断从反应器取出，操作过程是连续进行的。 连续反应器特点 1）生产连续进行； 2）物料参数某一位置处是定值，不随时间变化； 3）物料参数随不同位置而变化。 ２.连续系统FLOW SYSTEMS 　　 (二)接触时间（空时）和空速空时 Space Time (residence time ) 空速 Space Velocity (SV) 空间速度的几种表示方法 1）液空速：反应混合物以液体状态进入反应器，常以25℃下液体的体积流量计算空速，称为液空速。 2）湿空速和干空速：反应混合物以气体状态进入反应器，包括水蒸气时，称为湿空速；不计水蒸气时，称为干空速。初态体积流量反应过程中，气体混合物体积流量随操作条件变化。 空速与质量空速空速SV(VSP):对于连续系统，不以进口状态计算空速，而以标准状态下初始的气相反应混合物体积流量来计算空速。 3.化学反应速率的其他形式 二、动力学方程二、动力学方程 用定态近似法推导化学反应速率对于包含多个基元反应的反应，推导出的反应速率方程式通常很复杂; 如反应中间体活性很高，即使忽略方程式中中间体的浓度项也能准确描述反应速率，就可以用定态近似法推导化学反应速率; 基本原则:活性中间体的尽反应速率近似取0、中间体的浓度远小于反应组分的浓度例：连锁反应A+B→P‘其历程包括如下基元反应： 三、反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象温度对反应速率（总包速率）的影响可分为以下几种类型三、反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象 1.反应速率常数k的定义速率方程中的比例常数k称为反应速率常数，可以理解为反应物系各组分浓度均为1时的反应速率。三、反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象 速率常数与活化能及温度的关系 三、反应速率常数及温度对反应速率常数影响的异常现象第五节　温度对单反应速率的影响及最佳温度一、温度对不同类型单反应速率的影响及最佳温度 1.　不可逆反应：尽可能高的温度下反应，以提高反应速率。受限：催化剂（温度过高，催化剂失活），高温材料，供热，副反应等 一、温度对不同类型单反应速率的影响及最佳温度 2.可逆吸热反应一、温度对不同类型单反应速率的影响及最佳温度 3.　可逆放热反应reversible exothermic reaction 一、温度对不同类型单反应速率的影响及最佳温度 3.　可逆放热反应reversible exothermic reaction 二、可逆放热反应的最佳温度曲线最佳温度曲线的求解：二、可逆放热反应的最佳温度曲线 二、温度对平行反应和连串反应速率的影响温度对平行反应的影响若主反应的活化能E1大于副反应的活化能E2，则温度升高，反应的选择率增加，且目的产物的收率也增加。这时，采用高温反应，收率和选择率都升高。若E1E2，则温度升高，k2/k1比值减少，A3的收率Y3越大，A4的收率越小。如果目的产物为A3，采用高温有利。若E18fs红软基地