化学反应工程-第二章 反应动力学基础
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化学反应工程-第2章
rA
移项并积分得：
dCA kCA a CB b dt
CA 0
kt
dCA CA mCBn
CA
这时假设a，b分别为m， n ，则以时间t为横 坐标，以积分项 C
A0
CA
dC A m n C A CB
为纵坐标，当以具体数据代入时，作图就可 以得到斜率为k的直线。如果得到直线，则表明此 动力学方程是适合于所研究的反应的。若得到曲 线，则表明此动力学应被排除，应该重新假设a， b的值而加以检验。
即：
ln
C Ae
C A0 C Ae C A C Ae
1 k1 1 t K
代入2-20式得：
将实验测得的CA-t数据，按照上式 C
ln
C A0
A
C Ae C Ae
与t作图可以得一条直线，斜率为k1+k2, 又因为k1/k2可知，因此可以求出 k1,k2 值。
2.2 等温恒容过程 ⑵ 反应转化率
第二章 均相反应动力学基础
反应物A的转化率可以用下式定义
反应物A的转化量 n A 0 n A xA ＝ A的起始量 n A0
注意： ① 转化率恒为正。 ② 反应物一般指关键反应物（限制反应物、着眼反应物）， 其是以最小化学计量量存在的反应物。 ③ 根据nA0的选择不同，有单程转化率（以反应器进口物料 为基准，如氨合成过程的合成塔进口循环气。）和总转化率 （以过程进口物料为基准，如氨合成过程的新鲜气。）。
如果cA0远远小于cB0，cB在全部反应时间里近似 于不变，则二级反应可以作为拟一级反应处理。
适用范围：
利用积分法求取动力学方程式的过程， 实际上是个试差的过程，它一般在反应级 数是简单整数时使用。当级数为分数时， 试差就比较困难，这时应该用微分法。 其他不可逆反应动力学方程式的 积分式见书上表2-4.
移项并积分得：
dCA kCA a CB b dt
CA 0
kt
dCA CA mCBn
CA
这时假设a，b分别为m， n ，则以时间t为横 坐标，以积分项 C
A0
CA
dC A m n C A CB
为纵坐标，当以具体数据代入时，作图就可 以得到斜率为k的直线。如果得到直线，则表明此 动力学方程是适合于所研究的反应的。若得到曲 线，则表明此动力学应被排除，应该重新假设a， b的值而加以检验。
即：
ln
C Ae
C A0 C Ae C A C Ae
1 k1 1 t K
代入2-20式得：
将实验测得的CA-t数据，按照上式 C
ln
C A0
A
C Ae C Ae
与t作图可以得一条直线，斜率为k1+k2, 又因为k1/k2可知，因此可以求出 k1,k2 值。
2.2 等温恒容过程 ⑵ 反应转化率
第二章 均相反应动力学基础
反应物A的转化率可以用下式定义
反应物A的转化量 n A 0 n A xA ＝ A的起始量 n A0
注意： ① 转化率恒为正。 ② 反应物一般指关键反应物（限制反应物、着眼反应物）， 其是以最小化学计量量存在的反应物。 ③ 根据nA0的选择不同，有单程转化率（以反应器进口物料 为基准，如氨合成过程的合成塔进口循环气。）和总转化率 （以过程进口物料为基准，如氨合成过程的新鲜气。）。
如果cA0远远小于cB0，cB在全部反应时间里近似 于不变，则二级反应可以作为拟一级反应处理。
适用范围：
利用积分法求取动力学方程式的过程， 实际上是个试差的过程，它一般在反应级 数是简单整数时使用。当级数为分数时， 试差就比较困难，这时应该用微分法。 其他不可逆反应动力学方程式的 积分式见书上表2-4.
化学反应工程第二章
nA = nA0(1− xA )
亦可得到任意组分在任意时刻的摩尔数 可得到任意组分在任意时刻的摩尔数 αI nI = nI0 + nA0xA (−αA )
7
1.计算转化率起始状态的选择： 计算转化率起始状态的选择： 计算转化率起始状态的选择 反应起始原料组成； （1）间歇反应器 ：反应起始原料组成； ） （2）连续流动反应器：进口原料组成； ）连续流动反应器：进口原料组成； 2.等容反应 CA=CA0(1- XA) 等容反应 3.可逆等容反应 CAe=CA0(1- XAe) 可逆等容反应 4.单程转化率：原料通过反应器一次达到 单程转化率： 单程转化率 的转化率 5.全程转化率：新鲜原料进入反应系统到 全程转化率： 全程转化率 离开系统所达到的转化率。 离开系统所达到的转化率。
4
(－a)A + (− b)B +L+ rR+ sS +L= 0
a A A + a B B + L + a R R + aS S + L = 0
∑a I = 0
I
•特点： 特点： 特点 •1 只反映组份间的计量关系 •2 乘以非零常数，计量关系不变 乘以非零常数， •3 不得含有除 之外的其它公因子 不得含有除1之外的其它公因子
• 必有
1 1 − rA = (− rB ) = (rC ) = (rD ) 2 2
−r I r= −αI
• 当I为反应物时， 为反应物时， 为反应物时 • I为产物时， 为产物时， 为产物时
r=
αI
19
r I
• 用转化率表示反应速率： 用转化率表示反应速率： nA0 dx A kmol －rA = 一般式 3 V dt m s • 用浓度表示反应速率： 用浓度表示反应速率：
化学反应工程第二章
V
1 1 - xA kt
=
nA0
CA nA
CA C A0
=1 - x A
ln
ln
1 1 - xA
斜率﹦k 或
ln
C A0 CA
t
二级不可逆反应 A﹢B→产物
若 CA0﹦CB0
CA
( rA ) kC A
2
dC A dt
kC A C B
dC A dt
1 CA
dC A CA
2.13 93 k 5.02 86.8 k 0.0181 0.0309 1 2.13 K 1 5.02 K B B
2
2
2
9.58 89.3 k 6.46 86.3 k 0.0408 0.0338 1 9.58 K 1 6.46 K B B 3.3 92.2 k 0.0263 1 3.3 K B
第2章 均相反应动力学基础
2.1 概述
均相反应 均相反应是指参予反应的各物质均 处同一个相内进行的化学反应。
烃类的高温裂解为气相均相反应，酸碱中 和、酯化反应为典型的液相均相反应。
2.1.1化学反应速率及其表示
化学反应速率 ：单位时间、单位反应体积、组分A 的摩尔数变化量称为A组分的反应速率。 例 反应物
1 xA C A0 1 xA
斜率﹦k 或
1 CA
1 C A0
t
若 CA0≠CB0 ,设β﹦ CB0 ／CA0
dC A dt
kC A C B
CA
1 1 - xA kt
=
nA0
CA nA
CA C A0
=1 - x A
ln
ln
1 1 - xA
斜率﹦k 或
ln
C A0 CA
t
二级不可逆反应 A﹢B→产物
若 CA0﹦CB0
CA
( rA ) kC A
2
dC A dt
kC A C B
dC A dt
1 CA
dC A CA
2.13 93 k 5.02 86.8 k 0.0181 0.0309 1 2.13 K 1 5.02 K B B
2
2
2
9.58 89.3 k 6.46 86.3 k 0.0408 0.0338 1 9.58 K 1 6.46 K B B 3.3 92.2 k 0.0263 1 3.3 K B
第2章 均相反应动力学基础
2.1 概述
均相反应 均相反应是指参予反应的各物质均 处同一个相内进行的化学反应。
烃类的高温裂解为气相均相反应，酸碱中 和、酯化反应为典型的液相均相反应。
2.1.1化学反应速率及其表示
化学反应速率 ：单位时间、单位反应体积、组分A 的摩尔数变化量称为A组分的反应速率。 例 反应物
1 xA C A0 1 xA
斜率﹦k 或
1 CA
1 C A0
t
若 CA0≠CB0 ,设β﹦ CB0 ／CA0
dC A dt
kC A C B
CA
化学反应工程第三版陈甘棠主编省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
A0
(n 1)kt
(1 xA )1n 1 (n 1)cAn01kt
（2.2-12） （2.2-13）
表2-2-1 列出了反应级数为整数旳单一反应旳速率方程旳积分形 式。应懂得实际反应旳动力学方程中，反应级数大多数不是整数，不
易得到解析解，这时可采用图解积分或数值积分措施求解。
由
t
cA cA0
cA0xA)
设A和B旳初始浓度比为M，即 cB0 McA0
代入上式整顿得
dxA dt
kcA0 (1 xA )(M
xA)
(1)
下列分两种情况讨论
（1）M=1，即A和B旳初始浓度相同
(1)式可写成
dxA dt
kcA0 (1 xA )2
积分得
kcA0t
xA (1 xA
)
xA
cA0kt 1 cA0kt
dpA dt
3.709
p
2 A
MPa/h
问：（1）速率常数旳单位是什么？
（2）如速率体现式为
(rA )
dnA Vdt
kc
2 A
mol/l h
速率常数等于多少？
dpA dt
3.709
p
2 A
MPa/h
解：（1）k旳单位是
[k]
MPa 1 h (MPa)2
[MPa h]1
（2）设气体服从理想气体状态方程，则
ln k
E RT
ln k0
由式可见，lnk与1/T之间为线性关系。整顿表2.1-1中数据可得
B
-7.2
-7.4
lnk
-7.6
-7.8
-8.0
-8.2
-8.4
2.30
(n 1)kt
(1 xA )1n 1 (n 1)cAn01kt
（2.2-12） （2.2-13）
表2-2-1 列出了反应级数为整数旳单一反应旳速率方程旳积分形 式。应懂得实际反应旳动力学方程中，反应级数大多数不是整数，不
易得到解析解，这时可采用图解积分或数值积分措施求解。
由
t
cA cA0
cA0xA)
设A和B旳初始浓度比为M，即 cB0 McA0
代入上式整顿得
dxA dt
kcA0 (1 xA )(M
xA)
(1)
下列分两种情况讨论
（1）M=1，即A和B旳初始浓度相同
(1)式可写成
dxA dt
kcA0 (1 xA )2
积分得
kcA0t
xA (1 xA
)
xA
cA0kt 1 cA0kt
dpA dt
3.709
p
2 A
MPa/h
问：（1）速率常数旳单位是什么？
（2）如速率体现式为
(rA )
dnA Vdt
kc
2 A
mol/l h
速率常数等于多少？
dpA dt
3.709
p
2 A
MPa/h
解：（1）k旳单位是
[k]
MPa 1 h (MPa)2
[MPa h]1
（2）设气体服从理想气体状态方程，则
ln k
E RT
ln k0
由式可见，lnk与1/T之间为线性关系。整顿表2.1-1中数据可得
B
-7.2
-7.4
lnk
-7.6
-7.8
-8.0
-8.2
-8.4
2.30
第二章 反应动力学基础
反应速率方程和影响反应速率的主要因素。 复合反应的基本形式和反应进程的描述方法。 反应速率方程的积分形式，包括恒容和变容过程。 多相催化作用原理、理想吸附等温式和反应动力学方程的推导。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。
深入理解：
反应进度的意义。
反应网络的概念和应用背景。 真实吸附和吸附等温式的联系与区别。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。
7
da S g dW S g ( b dVr ) aV dVr
2.2 反应速率方程
在溶剂、催化剂和压力等因素一定的情况下，描述反应速 率与温度和浓度的定量关系，即速率方程或动力学方程：
r f (c, T )
A A B B R R
若为基元反应，可根据质 量作用定律直接写出：
Top
RT E 1 e n E E E
因此，存在一个最佳反应温度，此温度下 的反应速率最大。
Te为反应体系中 实际组成对应的 平衡温度，为转 化率XA的函数， 因此， Top是XA的 函数。 22
平衡曲线
最佳温度曲线
XA
可逆吸热反应的反应速率与温度 及转化率的关系图 可逆放热反应的反应速率与温 度及转化率的关系图
kc ( RT ) k p ( RT / p) k y
13
2.3 温度对反应速率的影响
k Ae
E RT
E 1 ln k ln A ( ) R T
K
T , k A T 0, k 0
lnK
E 斜率＝－ R
T
1/T
14
深入理解：
反应进度的意义。
反应网络的概念和应用背景。 真实吸附和吸附等温式的联系与区别。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。
7
da S g dW S g ( b dVr ) aV dVr
2.2 反应速率方程
在溶剂、催化剂和压力等因素一定的情况下，描述反应速 率与温度和浓度的定量关系，即速率方程或动力学方程：
r f (c, T )
A A B B R R
若为基元反应，可根据质 量作用定律直接写出：
Top
RT E 1 e n E E E
因此，存在一个最佳反应温度，此温度下 的反应速率最大。
Te为反应体系中 实际组成对应的 平衡温度，为转 化率XA的函数， 因此， Top是XA的 函数。 22
平衡曲线
最佳温度曲线
XA
可逆吸热反应的反应速率与温度 及转化率的关系图 可逆放热反应的反应速率与温 度及转化率的关系图
kc ( RT ) k p ( RT / p) k y
13
2.3 温度对反应速率的影响
k Ae
E RT
E 1 ln k ln A ( ) R T
K
T , k A T 0, k 0
lnK
E 斜率＝－ R
T
1/T
14
化学反应工程第二章均相反应动力学基础
A
A+P
P
P+P
（2-8）
（2-9）
2.1.3 反应的转化率、选择性和收率
⑴转化率 转化率一般用关键组分来表示。所谓关键组分必须是反 应物，生产上选择的关键组分一般是反应物料中的主要
组分,即价值较高且不应是过量的，因此转化率的高低，
会一定程度上反映过程的经济效果，对反应过程的评价 提供直观的信息。
2.1.3 反应的转化率、选择性和收率
对于选择率一般有平均选择率和瞬时选择率之分，以平 行反应（2-5）、（2-6）为例，
两种选择率的定义为： 平均选择率 瞬时选择率 （2-2）
2.1.3 反应的转化率、选择性和收率
⑶收率Y 收率的定义为：
Y 生成目的产物所消耗的 A摩尔数 A的起始摩尔数
（2-3）
COCl2
3 2 2 CO CO Cl 2
(2-12)
该反应的速率方程为：
(rCO ) k c c
（2-18）
则对于氯气的反应级数是分数。
2.1.5 反应动力学方程
⑵反应速率常数kA 由式（2-13）知，当A、B组分的浓度等于1
(rA )k A ，说明kA就是浓度为1时的速率。 时，
温度是影响反应速率的主要因素，随着温度的升高速
三级反应常见。例如下面的气相反应(2-11)：
2NO+O2 动力学速率方程为：
2 (rNO ) k NO cNO cO2
2NO2
(2-11)
（2-17）
2.1.5 反应动力学方程
级数在一定温度范围内保持不变，它的绝对值不会超过3， 但可以是分数，也可以是负数。例如下面的光气合成反 应：
CO+Cl2
生产上还经常遇到循环反应器，如合成氨或合成甲醇的 合成塔等，由于化学平衡或其他原因的限制，原料一次 通过反应器后，转化率一般很低，需要把出口的反应混
第二章反应动力学基础
r dFA dVr
7
多相系统反应速率的表示
• 对于多相反应，也可以用相界面积a代替反应体积 Vr来定义反应速率，反应速率式表示为:
• 如果系统中采用固体r催 化dd剂FaA进行的反应时，相界
面积a催化剂的内表面。 • 当系统是采用固体催化剂进行的反应时，往往基
于固体的质量W来定义反应速率，此时的表示式为: •
24
化学反应平衡
• 设可逆反应
的速率方程为：
vAA vB B R R
•
平衡时，rA
k
c
aA A
c aB B
c aR R
k
c
A
A
cB B
cR R
•或
rA 0
k
c
aA A
c aB B
c aR R
k
c
A
A
cB
B
cR
R
R aR
c k R
aA A aB B
• 而浓度函数以各反应组成浓度的指数f1函(T )数
f2
(c)
caA A
c aB B
....
22
幂函数型速率方程
• 幂函数型速率方程形式为：
N
r
k
caA A
c aB B
....
k
c ai i
i1
• 式中的浓度级数，对于基元反应为反应计量系数，非基元
反应为实验回归参数。
• 因为反应物与产物的浓度都会影响反应速率，因此，式中 应包括所有组分浓度的影响，无论是反应物还是反应产物 都包括在内。其有否影响或影响大小要由实验来判明。
7
多相系统反应速率的表示
• 对于多相反应，也可以用相界面积a代替反应体积 Vr来定义反应速率，反应速率式表示为:
• 如果系统中采用固体r催 化dd剂FaA进行的反应时，相界
面积a催化剂的内表面。 • 当系统是采用固体催化剂进行的反应时，往往基
于固体的质量W来定义反应速率，此时的表示式为: •
24
化学反应平衡
• 设可逆反应
的速率方程为：
vAA vB B R R
•
平衡时，rA
k
c
aA A
c aB B
c aR R
k
c
A
A
cB B
cR R
•或
rA 0
k
c
aA A
c aB B
c aR R
k
c
A
A
cB
B
cR
R
R aR
c k R
aA A aB B
• 而浓度函数以各反应组成浓度的指数f1函(T )数
f2
(c)
caA A
c aB B
....
22
幂函数型速率方程
• 幂函数型速率方程形式为：
N
r
k
caA A
c aB B
....
k
c ai i
i1
• 式中的浓度级数，对于基元反应为反应计量系数，非基元
反应为实验回归参数。
• 因为反应物与产物的浓度都会影响反应速率，因此，式中 应包括所有组分浓度的影响，无论是反应物还是反应产物 都包括在内。其有否影响或影响大小要由实验来判明。
化学反应工程第二章解析
第二章 均相反应动力学基础均相反应 均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。
在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求：①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度一、计量方程反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。
计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关； 计量系数只有一个公因子；用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。
二、化学反应速率单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。
反应物：生成物：对于反应三、化学反应速率方程r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。
32223NH H N =+032223=--N H NH A A Adn r Vd d t C dt=-=-R R Rdn r Vdt dC dt==A B S R A B S Rαααα+=+SABRABSRr r r r αααα===AA AB r [k (T)][f(C ,C ,)]=有两类；双曲函数型和幂函数型。
k -化学反应速率常数； a(b)-反应级数。
(1)反应级数(i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数； (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度；(iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。
(2)反应速率常数k[k]: s -1·(mol/m 3)1-nE ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。
E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。
k 0 —指前因子,其单位与 反应速率常数相同；E— 化学反应的活化能,J/mol ； R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。
a b A A B r kC C=2220.512H Br HBrHBrBr k c c r c k c =+0exp[]E k k RT=-01ln ln E k k R T=-⨯ln klnk 0 slop=-E/R1/T⏹ 反应速率的温度函数关系● 活化能越高，斜率越大，该反应对温度越敏感； ● 对于一定反应，低温时反应速率对温度变化更敏感。
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化学反应工程-第二章 反应动 力学基础
引言
化学反应工程的内容：
❖ 反应动力学 ❖ 反应器的设计和分析
❖ 流动、传递过程对反应的影响
第二章 化学反应动力学基础
第二章 化学反应动力学基础
2.1 基本概念和术语 2.1.1 化学计量方程 2.1.2 化学反应进行程度 2.1.3 化学反应速率
2.2 化学反应速率方程（动力学方程） 2.3 动力学方程的积分 2.4 建立动力学方程的方法
反应速率
反应量
反应时间 反应区
反应速率：
- rA
1 V
dnA dt
，
-
rB
Hale Waihona Puke 1 VdnB dt，
rR
1 V
dnR dt
由反应量表达式Δn i =n i –n i 0 =νiξ，两边对t求导得
dni dt
ν i
dξ dt
rＡ rＢ rＲ 1 d r Ａ Ｂ Ｒ V dt
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
M
复合反应 ， i j j 0 j 1
——反应进度
式中 νi j －第j个反应中i组分的化学计量系数
M － 体系中化学反应的数目
每个反应都有一个反应进度 ，ξj
M
则i物质的增量： ni n i0 i j j j 1
第二章 化学反应动力2学.1基础.2化学反应进行程度 ——转化率
反应速率
反应量
反应时间 反应区
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率
❖ 单一反应的反应速率
1. 均相反应的反应速率 2. 非均相反应的反应速率
❖ 复合反应的反应速率
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率 ——单一反应
❖ 1.均相反应的反应速率 均相反应 νAA +νBB → νRR
1. 转化率是指某一反应物转化的百分率或分率
其定义式：
某一反应物的转化量 某一反应组分反应掉的 摩尔数
x 该反应物的起始量
该组分起始摩尔数
注意：
• 转化率是针对反应物而言；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
理论上，按哪种反应物来计算转化率都是可以的 但实际上存在着选用哪种反应物对计算更方便和可获得更多 有用的信息的问题。 工业反应过程中，各反应组分间的比例往往不符合化学计量 关系，转化率常选用经济价值比较高的组分来进行计算
式中 νi j －第j个反应中i组分的化学计量系数 M － 体系中化学反应的数目
νi j ：反应物 － 产 物＋
2.1.2 化学反应进行程度
❖ 1) 化学反应进度 ❖ 2) 化学反应转化率
第二章 化学反应动2力.学1基.2础化学反应进行程度
单一化学反应： νAA + νＢＢ + νＲＲ + νＳＳ = 0
第二章 化学反应动力学基础
2.1.1 化学计量方程
复合反应:
4NH3 5O2 4NO 6H2O 4NH3 3O2 2N2 6H 2O 4NH3 6NO 5N2 6H2O 2NO O2 2NO2 2NO N2 O2 N2 2O2 2NO2
M
化学计量方程通式: i j j 0 j 1
——反应进度
反应物系开始时： n i 0 ；反应到某一时刻：n i 反应过程中的增量（反应量）：Δn i = n i –n i 0
ΔnA:ΔnB:ΔnR:ΔnS =νA:νB:νR:νS
n A n B n R n S A B R S ξ-反应进度 , 恒为正值
Δn i = n i –n i 0 ＝νiξ 若增量为负，为反应物；若增量为正，则为产物
2. 关键组分（着眼组分）
• 选择： 反应物中价值最高的组分
关键组分转化率的高低直接影响反应过程的经济效果。
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
转化率定义式：
——转化率
某一反应物的转化量 某一反应物反应消耗的 摩尔数
x 该反应物的起始量
该组分起始摩尔数
注意：
• 转化率对同一反应不同的反应物可能不同；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.1 化学反应计量方程
单一化学反应：
2SO2 + O2 → 2SO3
2mol 1mol
2mol
化学反应方程通式：aA ＋ bＢ → rＲ ＋ sＳ
化学计量方程通式： vi Ai vAA vBB ... vRR vSS ... 0
化学计量系数νi ：反应物 － 产 物＋
4. 循环反应系统的单程转化率和全程转化率
（1）物料为何要循环？
（2）单程转化率
反应物料通过反应器一次所达到的转化率
（3）全程转化率
反应物料从进入系统起到离开反应系统止所达到的 转化率
xA单＝ (nA1-nA2 )/ nA1 xA全＝ (nA0-nA3 )/ nA0
nA0 nA1
反应器
nA2 nA3
3. 起始态的选择
某一反应物的转化量 x 该反应物的起始量
•连续反应器：取反应器进口处的状态
•间歇反应器： 取反应开始的状态
•反应器串联：
（1）单程转化率 反应物料通过每个反应器所达到的转化率
（2）全程转化率 反应物料从进入系统起到离开反应系统止所达到的转化率
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
若反应原料中各反应物间符合化学计量比，则对同一状态，无论按 哪种反应物来计算转化率，其值都是一样的；当不按化学计量比配 料时，各自的转化率不同。 转化率若按不过量组分计算，最大值可达100%，若按过量组分计 算，其最大值永远小于100%；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
——转化率
i
n i0
不唯一
唯一，恒正
分清：反应组分，反应物，反应产物，反应量，转化量
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率
化学反应速率是一个化学反应进行快慢的一种数量 表示，显然，只用反应物的反应量或反应产物的生成量 的多少（反应进度或转化率）来表示是不够的。
通常以单位时间内单位量（体积或质量）的反应物 系中某一反应组分的反应量来定义，即：
xA全 > xA单
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
5. 转化率与反应进度的关系
由反应量表达式 Δn i =n i –n i 0 =νiξ ，反应物i的转化量为 ： ni0－ni = -νiξ
代入转化率定义式式，得：
xi
i组分的转化量 i组分的初始量
ni0 ni ni 0
引言
化学反应工程的内容：
❖ 反应动力学 ❖ 反应器的设计和分析
❖ 流动、传递过程对反应的影响
第二章 化学反应动力学基础
第二章 化学反应动力学基础
2.1 基本概念和术语 2.1.1 化学计量方程 2.1.2 化学反应进行程度 2.1.3 化学反应速率
2.2 化学反应速率方程（动力学方程） 2.3 动力学方程的积分 2.4 建立动力学方程的方法
反应速率
反应量
反应时间 反应区
反应速率：
- rA
1 V
dnA dt
，
-
rB
Hale Waihona Puke 1 VdnB dt，
rR
1 V
dnR dt
由反应量表达式Δn i =n i –n i 0 =νiξ，两边对t求导得
dni dt
ν i
dξ dt
rＡ rＢ rＲ 1 d r Ａ Ｂ Ｒ V dt
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
M
复合反应 ， i j j 0 j 1
——反应进度
式中 νi j －第j个反应中i组分的化学计量系数
M － 体系中化学反应的数目
每个反应都有一个反应进度 ，ξj
M
则i物质的增量： ni n i0 i j j j 1
第二章 化学反应动力2学.1基础.2化学反应进行程度 ——转化率
反应速率
反应量
反应时间 反应区
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率
❖ 单一反应的反应速率
1. 均相反应的反应速率 2. 非均相反应的反应速率
❖ 复合反应的反应速率
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率 ——单一反应
❖ 1.均相反应的反应速率 均相反应 νAA +νBB → νRR
1. 转化率是指某一反应物转化的百分率或分率
其定义式：
某一反应物的转化量 某一反应组分反应掉的 摩尔数
x 该反应物的起始量
该组分起始摩尔数
注意：
• 转化率是针对反应物而言；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
理论上，按哪种反应物来计算转化率都是可以的 但实际上存在着选用哪种反应物对计算更方便和可获得更多 有用的信息的问题。 工业反应过程中，各反应组分间的比例往往不符合化学计量 关系，转化率常选用经济价值比较高的组分来进行计算
式中 νi j －第j个反应中i组分的化学计量系数 M － 体系中化学反应的数目
νi j ：反应物 － 产 物＋
2.1.2 化学反应进行程度
❖ 1) 化学反应进度 ❖ 2) 化学反应转化率
第二章 化学反应动2力.学1基.2础化学反应进行程度
单一化学反应： νAA + νＢＢ + νＲＲ + νＳＳ = 0
第二章 化学反应动力学基础
2.1.1 化学计量方程
复合反应:
4NH3 5O2 4NO 6H2O 4NH3 3O2 2N2 6H 2O 4NH3 6NO 5N2 6H2O 2NO O2 2NO2 2NO N2 O2 N2 2O2 2NO2
M
化学计量方程通式: i j j 0 j 1
——反应进度
反应物系开始时： n i 0 ；反应到某一时刻：n i 反应过程中的增量（反应量）：Δn i = n i –n i 0
ΔnA:ΔnB:ΔnR:ΔnS =νA:νB:νR:νS
n A n B n R n S A B R S ξ-反应进度 , 恒为正值
Δn i = n i –n i 0 ＝νiξ 若增量为负，为反应物；若增量为正，则为产物
2. 关键组分（着眼组分）
• 选择： 反应物中价值最高的组分
关键组分转化率的高低直接影响反应过程的经济效果。
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
转化率定义式：
——转化率
某一反应物的转化量 某一反应物反应消耗的 摩尔数
x 该反应物的起始量
该组分起始摩尔数
注意：
• 转化率对同一反应不同的反应物可能不同；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.1 化学反应计量方程
单一化学反应：
2SO2 + O2 → 2SO3
2mol 1mol
2mol
化学反应方程通式：aA ＋ bＢ → rＲ ＋ sＳ
化学计量方程通式： vi Ai vAA vBB ... vRR vSS ... 0
化学计量系数νi ：反应物 － 产 物＋
4. 循环反应系统的单程转化率和全程转化率
（1）物料为何要循环？
（2）单程转化率
反应物料通过反应器一次所达到的转化率
（3）全程转化率
反应物料从进入系统起到离开反应系统止所达到的 转化率
xA单＝ (nA1-nA2 )/ nA1 xA全＝ (nA0-nA3 )/ nA0
nA0 nA1
反应器
nA2 nA3
3. 起始态的选择
某一反应物的转化量 x 该反应物的起始量
•连续反应器：取反应器进口处的状态
•间歇反应器： 取反应开始的状态
•反应器串联：
（1）单程转化率 反应物料通过每个反应器所达到的转化率
（2）全程转化率 反应物料从进入系统起到离开反应系统止所达到的转化率
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
若反应原料中各反应物间符合化学计量比，则对同一状态，无论按 哪种反应物来计算转化率，其值都是一样的；当不按化学计量比配 料时，各自的转化率不同。 转化率若按不过量组分计算，最大值可达100%，若按过量组分计 算，其最大值永远小于100%；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
——转化率
i
n i0
不唯一
唯一，恒正
分清：反应组分，反应物，反应产物，反应量，转化量
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率
化学反应速率是一个化学反应进行快慢的一种数量 表示，显然，只用反应物的反应量或反应产物的生成量 的多少（反应进度或转化率）来表示是不够的。
通常以单位时间内单位量（体积或质量）的反应物 系中某一反应组分的反应量来定义，即：
xA全 > xA单
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
5. 转化率与反应进度的关系
由反应量表达式 Δn i =n i –n i 0 =νiξ ，反应物i的转化量为 ： ni0－ni = -νiξ
代入转化率定义式式，得：
xi
i组分的转化量 i组分的初始量
ni0 ni ni 0