化学反应工程教案2(化工13)-胡江良

化学反应工程课程教案

间歇反应器：开始反应时的状态； 串联反应器：可以进入第一个反应器的原料为准（总转化率），也可以某一反应器入口进料组成为基准（分段转化率）。

1.1.4化学反应速率

反应程度是一个广度量，不能代表速度。

反应速率：

严格定义:单位反应物系中反应程度随时间的变化率。

在反应系统中，在单位反应时间内，单

位反应区中反应物的反应量或产物的生成量（浓度、分压、摩尔数）。

dt

d V r ξ

1=

注意：

反应速率是对于某一物质而言的：如果

是反应物，其总量总是随反应进行而减少，反应速率前赋予负号，如(-rA)(OR: rA)表示反应物A 的消失速率；如果是产物，其总量总是随反应进行而增加，反应速率前赋予正号，如rP 表示产物P 的生成速率；因此，按不同物质计算的反应速率在数值上常常是不相等的。

反应量一般用物质的摩尔数来表示，也可用物质的质量数或分压等来表示。

由于反应的持续进行，故反应物不断减少，产物不断增多，各组分量随时间是变化的，所以反应速率是指某一瞬间状态下的“瞬时反应速率”。

1.1.5化学反应动力学方程

定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式称为反应动力学方程。大量实验表明，均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数。而反应压力通常可由反应物系的组成和温度通过状态方程来确定，不是独立变量。所以主要考虑反应物系组成和温度对反应速率的影响。

化学反应动力学方程有多种形式，对于均相反应，方程多数可以写为（或可以近似写为，至

)

()(反应区反应时间反应量

反应速率?=

1.2 建立动力学方程的方法

动力学方程表现的是化学反应速率与反

应物温度、浓度之间的关系。而建立一个动力学方程，就是要通过实验数据回归出上述关系。

对于一些相对简单的动力学关系，如简单级数反应，在等温条件下，回归可以由简单计算手工进行。

主要方法有积分法、微分法和最小方差分析法。

1、积分法

(1)首先根据对该反应的初步认识，先假设一个不可逆反应动力学方程，如(-r A )=kf' (c A )，经过积分运算后得到，f (c A )=kt 的关系式。

例如，一级反应

?

??

? ??-=-=A A 0A 0

A A 1111x x c c c kt 0

A 2

11

kc t =

kt C C A

A =0

ln

(2)将实验中得到的t i下的c i的数据代入f(c i)函数中，得到各t i下的f(c i)数据。

(3)以t为横座标，f(c i)为纵座标，将t i-f(c i)数据标绘出来，如果得到过原点的直线，则表明所假设的动力学方程是可取的(即假设的级数是正确的)，其直线的斜率即为反应速率常数k。否则重新假设另一动力学方程，再重复上述步骤，直到得到直线为止。

为了求取活化能E，可再选若干温度，作同样的实验，得到各温度下的等温、恒容均相反应的实验数据，并据此求出相应的k值。

故以ln k对1/T作图，将得到一条直线，其斜率即为-E/R，可求得E。可将n次实验所求得k 和与之相对应的1/T取平均值作为最后结果。

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