二节单一反应速率式解析.ppt
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1、化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析第二节第二节 单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础Chapter Kinetic Basis of Homogeneous Reaction2-2 Single Reaction Rate Equation Analysis 化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析1.复习巩
2、固反应级数的测定方法如积分法、微分法(数值微分法和图解微分法)和半衰期法的原理及应用; 2.掌握单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反应的动力学特征; 3.掌握单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反应的幂函数型的速率方程积分式的推导方法。教学目标教学目标化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析 1.单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反应的幂函数型的速率方程积分式的推导方法;2.单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反
3、应的动力学特征。 教学重点教学重点化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析 复习化学反应速率的定义,转化率,膨胀因子的定义、物理意义和计算,根据机理推导双曲双曲函数型的方法。根据动力学方程,我们可以了解到反应的速率以及各种因素(如分子结构、温度、压力、浓度、介质、催化剂等)对反应速率的影响,从而给人们提供选择反应条件,掌握控制反应进行的主动权,使化学反应按我们所希望的速率进行,从而在生产上达到多快好省的目的。 教学难点单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反应的幂函
4、数型的速率方程积分式的推导方法。化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析 动力学方程都是根据大量实验数据来确定的,确定动力学方程的关键是解定反应级数n。n不同,速率方程的形式也不同. 一旦反应级数确定,我们常需要根据确定的反应级数推导出其速率式的积分式,从而了解其速率式的动力学特征进行讨论,然后对均相催化和自催化反应的动力学特征进行讨论。教学难点化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析
5、单一反应速率式的解析 推导积分式的一般方法推导积分式的一般方法 任何由式(2.2-1)所示的不可逆单一反应,如果能应用幂函数速率式来关联其动力学数据: 其速率式可写成:一、不可逆反应一、不可逆反应化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析 上式中速率常数是与反应组份浓度无关而仅与反应温度有关的常数。这样,速率式(2.2-2)本身就将影响反应速率的温度变量和浓度变量加以分离。幂函数型速率方程的这特点给动力学数据的测量和整理带来极大方便。例如对于等温恒容的均相反应,式(2.2-2)可以
6、改写成:一、不可逆反应一、不可逆反应化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析该式称为速率方程的积分式,式中组份B的浓度CB和CA不是相互独立的,它们是受计量方程和物料衡算关系等的约束,可以把CB化为CA的函数,然后代入式(2-2-4)中求其解析解经积分后得:一、不可逆反应一、不可逆反应化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析 例2.2-1 由A和B进行均相二级不可逆
7、反应,其计量方程为:速率方程:试求: ()当原始反应物料中A和B的浓度符合计量系数比时,即CAO/CBO=aA/aB时式(2)的积分式。 ()当CAO/CBOaA/aB时式(2)的积分形式。一、不可逆反应一、不可逆反应化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析解: () 因为CA0和CB0符合计量关系,所以在整个反应过程中CA与CB之比均将保持恒定,即: 一、不可逆反应一、不可逆反应将式(4)代入式(2)中并进行积分:化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction E
8、ngineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析 式(5)积分的解析解为:或写成转化率表示的速率积分式为(对于恒容反应:根据转化率的定义有xA=(nA0-nA )/ nA0 ,式右边分子、分母同除以体积,则有xA=(CA0-CA )/ CA0 ,即有CA=CAO(1-XA)把此式代入(7)式可得(8)式):一、不可逆反应一、不可逆反应化学反应工程化学反应工程(Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学2-2单一反应速率式的解析单一反应速率式的解析 直接应用等温分批式反应的动力学数据,1/CA-1/CA0对 t
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