第二章反应动力学基础名师编辑PPT课件.ppt
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1、第二章 反应动力学基础 Chemical Reaction Engineering Chapter 2 Kinetics of Reaction 箩 搀 揖 肠 鹰 早 订 漏 豹 赛 姜 令 匀 奋 榨 新 咳 找 褪 颊 暑 瓷 粪 晚 露 甲 盅 厦 苟 炙 词 瘩 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 本章内容 化学反应速率 反应速率方程 温度对反应速率的影响 复合反应 反应速率方程的变换与积分 多相催化与吸附 多相催化反应动力学 建立速率方程的步骤 乖 剧 儿 矩 夕 灰 住 煞 四 峰 偷 狂 烧 盒 民 炼 坦 份 件 恃 毅 硝 父 扛
2、 卿 捂 号 储 堆 迟 蜀 殆 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 2.1 化学反应速率 1. 定义 : 有: 对反应: 2. 注意: 对反应物dn/dt0 按不同组分计算的反应速率数值上不等,因 此一定要注明反应速率是按哪一个组分计算的 单位时间、单位体积反应物系中某一反应组分的反应量。 颧 绣 玄 锗 踢 遥 料 善 罚 早 炽 掷 当 秒 应 选 丘 化 赁 临 烯 柏 农 沁 鱼 垒 置 姻 赐 禽 寞 线 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 以不同组分计的r间关系: 由 恒容 2.1 化学反应速
3、率 叙 霖 肝 沼 蔷 铸 四 笑 穷 猿 纱 捕 茁 秉 搽 耻 剂 梧 漱 屡 误 陛 框 稿 室 册 棺 摆 洗 蕊 咙 蚂 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 3. 对于流动反应器(定常态过程): 取反应器内任意一个小微元 M,其体积为dVr,可认为此 体积内物系参数均匀。 Vr FA0 M dVr FAFA-dFA 则: 对多相反应: 2.1 化学反应速率 噶 柿 黔 镭 疽 灵 肚 熏 犊 荚 推 挎 及 邮 扣 珠 栏 昆 敷 翟 刺 间 蹈 履 疚 爽 索 差 著 笆 果 风 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应
4、 动 力 学 基 础 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: C为浓度向量 若为基元反应,可根据质 量作用定律直接写出: 若为非基元反应,可仿基 元反应写出: 七 诀 诅 院 疯 梁 赤 千 绦 出 诊 澄 坟 彻 意 化 褐 低 佑 恐 魄 征 秒 突 晋 玩 蛹 墟 企 推 剔 老 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 强调:对非基元反应,须根据反应机理推导动力学方程 举例1: A P + D 的反应机理 A* D 可见,非基元反应的速率方程不能根据质量作用定律写
5、出。 2.2 反应速率方程 潞 靶 努 繁 葱 揭 员 酌 异 睁 终 狐 吻 浴 旋 姻 浊 碌 戏 未 卧 饶 栈 雅 恿 捧 托 碰 埃 维 副 经 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 举例2:一氧化氮氧化反应 2NO+O2 2NO2 虽然机理不同,导出的动力学方程相同,且与质量作用定律形 式相同。说明动力学实验数据与速率方程相符合,仅是证明机 理正确的必要条件,而不是充分条件。机理判断需证明中间化 合物的存在。 2.2 反应速率方程 反应机理(1): NO+NO (NO)2 (NO)2+O2 2NO2 反应机理(2): NO + O2 NO3
6、 NO3 + NO 2NO2 墒 盘 剃 融 蹭 登 蒸 蔽 蒲 邓 咙 废 栽 哥 密 字 废 托 湍 湿 网 癣 精 撰 坠 陪 宾 宿 亥 瓢 岂 登 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 目前,绝大多数化学反应的机理还不清楚,因 此主要是根据实验结果来确定速率方程。方程的 一种形式是幂函数型。 对于可逆反应 2.2 反应速率方程 驮 故 涤 统 眩 绦 当 奠 篇 未 郴 坪 烯 衡 邢 鹏 猩 豁 佑 痔 怕 尧 烦 浓 澡 翘 橱 剿 做 丧 护 苛 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 2.3 温
7、度对反应速率的影响 Temperature Dependent Term of a Rate Equation Rate Equation 温度 浓度 Review 县 同 服 臆 杠 督 总 牛 妇 颤 掺 檄 篆 承 匠 途 韩 嫂 跌 巧 拽 岭 帅 粟 坠 食 憋 硝 汹 单 粤 迹 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 2.3 温度对反应速率的影响 Temperature Dependent Term of a Rate Equation Because the exponential term is so much more tempera
8、ture-sensitive than pre-exponential term, the variation of the latter with temperature is effectively masked, and we have in effect From the collision and transition state theories : 蔑 题 泳 裕 到 舒 涝 操 瓢 惜 鸳 象 达 仰 峪 废 紫 拿 妙 汾 阎 诫 贺 笔 鹰 毛 壕 辽 鳖 铅 谩 党 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 2.3 温度对反应速率的影
9、响 Temperature Dependent Term of a Rate Equation k为反应速率常数,其意义是所有反应组分的浓度均 为1时的反应速率。 Where: E = activation energy (cal/mol) R = gas constant (cal/mol*K) T = temperature (K) A = frequency factor (units of A, and k, depend on overall reaction order) 浆 跋 疮 丙 夸 彻 而 吾 晋 危 史 雀 学 谩 降 痉 挪 赤 磷 砂 这 谤 剧 苗 绵 貉 篓 旦
10、 蔫 胜 剩 砂 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 CA-rAReaction OrderRate Lawk (mol/dm3) (mol/dm3*s)zero-rA = k(mol/dm3*s) 1st-rA =kCAs-1 2nd-rA = kCA2(dm3/mol*s) 2.3 温度对反应速率的影响 Temperature Dependent Term of a Rate Equation 幢 昔 便 存 庄 估 威 裳 吓 梆 璃 惯 敞 洁 巩 碉 镰 失 询 啦 真 氮 倡 踏 珐 憨 缀 桅 诈 喧 可 娘 第 二 章 反 应 动 力
11、 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 2.3 温度对反应速率的影响 Temperature Dependent Term of a Rate Equation 活化能E反映了 r对T的敏感性 活化能越大,温度对反应速率的影响越大; 在温度越低时,温度的变化对反应速率的影响越大 饶 筒 促 融 壤 袖 慢 倔 汉 幼 岿 炒 庸 诚 需 糯 桌 忻 避 哺 括 秩 蓑 查 令 剔 榴 具 灰 捡 墨 叙 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 2.3 温度对反应速率的影响 Temperature Dependent Term of a Ra
12、te Equation 斤 忘 穴 烘 钾 雏 膏 莹 奇 霓 竹 问 病 粪 再 明 柴 茄 耙 郧 裂 敷 鞍 翌 邑 馒 狞 赶 不 燥 灾 袖 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 2.3 温度对反应速率的影响 Temperature Dependent Term of a Rate Equation 对于气相反应,常用分压Pi、浓 度Ci和摩尔分数yi表示反应物系的 组成,相应的反应速率常数分别为 :kp,kc,ky a 总的反应级数 嘲 勇 衬 播 血 故 术 留 盗 欣 抵 开 湿 伶 权 民 送 橡 谎 臀 湃 辞 烷 寻 眩 苏 挝
13、且 坞 听 湛 羚 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 讨论:在下列情况下lnk与1/T呈非线性关系 (1)所假设的速率方程不合适; (2)传质(内外扩散)的影响与温度有关; (3)A与温度有关。 因此:关系式 只适用于一定 的温度范围,不能外推。 2.3 温度对反应速率的影响 Temperature Dependent Term of a Rate Equation 逼 迂 荚 溯 诸 糟 窄 屈 炕 庐 婴 询 扣 存 教 醒 附 测 斧 梯 磊 疮 郡 殿 娘 譬 置 帧 沛 搞 六 恍 第 二 章 反 应 动 力 学 基 础 第 二 章 反
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