第一章動力學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、反應(yīng)器流動模型

為簡化反應(yīng)器工藝設(shè)計，根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)流體的流動狀況，可以建立兩種理想流動模型：理想置換流動模型和理想混合流動模型。第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.理想置換流動模型理想置換流動模型也稱作平推流模型或活塞流模型，如圖2-1所示。第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日2.理想混合流動模型理想混合流動模型也稱為全混流模型，如圖2-2所示。第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.返混及其對反應(yīng)的影響

返混專指不同時刻進入反應(yīng)器的物料之間的混合，是逆向的混合，或者說是不同年齡質(zhì)點之間的混合。返混是連續(xù)化后才出現(xiàn)的一種混合現(xiàn)象。

返混改變了反應(yīng)器內(nèi)的濃度分布，使反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的濃度下降，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度上升。降低返混程度的主要措施是分割，通常有橫向分割和縱向分割兩種，其中重要的是橫向分割。第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日（二）非理想流動

對于所有偏離理想置換和理想混合的流動模式統(tǒng)稱為非理想流動。實際反應(yīng)器中流動狀況偏離理想流動狀況的原因可以歸結(jié)為下列幾個方面。1.滯留區(qū)的存在2.存在溝流與短路3.循環(huán)流4.流體流速分布不均勻5.擴散第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)化學(xué)動力學(xué)方程表達式1、化學(xué)反應(yīng)式

反應(yīng)物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物的過程用定量關(guān)系式予以描述時，該定量關(guān)系式稱為化學(xué)反應(yīng)式。式（2.1-1）貌似方程式，但并非方程式。一、化學(xué)反應(yīng)速率的表示第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日即任何反應(yīng)組分的反應(yīng)量與其化學(xué)計量系數(shù)之比為相同值，該值可用來描述該反應(yīng)進行的程度。故定義反應(yīng)程度為：對于化學(xué)反應(yīng)式設(shè)t=0時，反應(yīng)物系中各組分的量分別為nA0，nB0，nR0，nS0；t=t時刻時，反應(yīng)物系中各組分的量分別為nA，nB，nR，nS；終態(tài)與始態(tài)間各組分量的變化值之間的關(guān)系為：2、反應(yīng)程度第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日（1）ξ=f(time)；（2）ξ是一個累積量，其值恒為正；（3）ξ是以具有廣度性質(zhì)的量，其值與體系的量有關(guān)，若希望其具有強度性質(zhì)時，可用單位體積的反應(yīng)程度來表示。第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日3、轉(zhuǎn)化率關(guān)鍵組分K屬性該組分在原料中的量按化學(xué)計量方程計算能完全轉(zhuǎn)化掉，即轉(zhuǎn)化率最大值為100%。必須是反應(yīng)物第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率xK＝反應(yīng)程度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系結(jié)合反應(yīng)程度的定義：第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、化學(xué)反應(yīng)速率單位質(zhì)量催化劑wcat氣固相催化反應(yīng)單位體積催化劑Vcat單位相界面積S氣液相反應(yīng)單位體積V均相反應(yīng)反應(yīng)速率r基準(zhǔn)反應(yīng)類型定義：單位反應(yīng)體系中反應(yīng)程度隨時間的變化率。反應(yīng)速率第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日定義：單位反應(yīng)體系中組分摩爾數(shù)隨時間的變化率。反應(yīng)速率產(chǎn)物組分I的生成速率：關(guān)鍵組分k的消耗速率：以反應(yīng)程度表示的反應(yīng)速率與以摩爾數(shù)表示的反應(yīng)速率之間的關(guān)系：對于第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日1、化學(xué)反應(yīng)速率的工程表示反應(yīng)量：molkmol反應(yīng)場所：VR，VCAT.，kg催化劑，m2表面等

（-rA)：kmol/（m3.h），kmol/（kg.h），等等與物化 區(qū)別第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日與物化不同之處在于：

a.定態(tài)時，沒有時間概念

b.考察場所-物料（間歇） 反應(yīng)器（連續(xù)）

c.能與傳遞過程相結(jié)合 單位時間轉(zhuǎn)化量∝V 體積過程 ∝S 面積過程CA0CPfCAf物化用于表達本征動力學(xué)（間歇、等容）與物化區(qū)別第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日對于多組分反應(yīng)第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日反應(yīng)場所:均相液相反應(yīng)—液相反應(yīng)體積（kmol/m3hr）氣固催化反應(yīng)過程—單位催化劑體積（rs-kmol/m3hr） 單位催化劑重量（rw-kmol/kghr） 單位催化劑堆積體積（rv-kmol/m3hr）氣液非均相反應(yīng)—界面、液相主體、液膜等（具體略）第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日2、化學(xué)反應(yīng)速率的其他表示方法2.1用組分轉(zhuǎn)化率表示：2.2用濃度表示：第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日一般C、T影響是相互獨立的（經(jīng)驗）

—反應(yīng)速率的溫度效應(yīng)

—反應(yīng)速率的濃度效應(yīng)三、反應(yīng)動力學(xué)表達式反應(yīng)速率與溫度、濃度的關(guān)系—動力學(xué)方程例如反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)（溫度項）包含反應(yīng)級數(shù)的濃度項定義：定量描述反應(yīng)速率與影響因素之間的關(guān)系式。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日k的因次與n有關(guān)：n=1,k=[時間]-1溫度項式中 k——反應(yīng)速率常數(shù)

k0——頻率因子

T——溫度K E——反應(yīng)活化能J/mol，cal/mol R——氣體普適常數(shù)—阿累尼烏斯(Arrhenius)公式四、影響化學(xué)反應(yīng)速率的溫度效應(yīng)第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日T→kT→活化能的本質(zhì)—反應(yīng)速率對溫度變化的敏感程度物理化學(xué)—反應(yīng)難易程度；大，則不易進行反應(yīng)工程—對溫度敏感程度；大，則敏感T變化對反應(yīng)速率（或速率常數(shù)）相對變化率的大小第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日⑴E的本質(zhì)速率常數(shù)提高一倍所需提高的溫度直觀理解：橫看；豎看理論思維：E的工程意義—反應(yīng)速率對溫度變化的敏感程度T不變…E不變…第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日⑵與反應(yīng)熱ΔH的關(guān)系⑶活化能的數(shù)量級

40~200kJ/mol如果E<40kJ/mol，或<10kcal/mol，可能有傳質(zhì)影響擴散系數(shù)擴散活化能ED=（1~3）kcal/mol第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日⑷活化能測定中的問題反應(yīng)速率—T反應(yīng)場所的溫度

C反應(yīng)場所的濃度均相非均相（排除擴散）儀表精度—E大，對T越敏感，要求精度越高

如何選擇測定溫度？活化能的計算理論上已知兩點溫度下反應(yīng)速率，可計算圖解或線性回歸lnk1/T第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日四、影響化學(xué)反應(yīng)速率的濃度效應(yīng)反應(yīng)速率的濃度效應(yīng)表達形式：⑴冪函數(shù)型 ⑵雙曲線型 ⑶經(jīng)驗型用于均相反應(yīng)用于氣固相催化反應(yīng)冪函數(shù)型優(yōu)點：適應(yīng)性強，數(shù)據(jù)整理、運算方便 是最常用的濃度效應(yīng)的函數(shù)形式第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日對反應(yīng)注意：⑴反應(yīng)級數(shù)（動力學(xué)）不同于反應(yīng)分子數(shù)（化學(xué)計量學(xué)）基元反應(yīng)兩者等同反應(yīng)級數(shù)由實驗測定，通常0、1、2級，或非整數(shù)級總級數(shù)通常反應(yīng)速率對濃度變化的敏感程度⑵反應(yīng)級數(shù)工程意義放大n倍級數(shù)越大，敏感第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日⑶從反應(yīng)工程角度講，希望級數(shù)低好0.00010.010.990.010.90.010.250.491r2/r20，n=20.10.50.71r1/r10，n=10.50.30xA0.10.50.71cA表明濃度對r1不敏感，對r2