第十二章反应动力学的解析方法VIP专享VIP免费

反应工程原理——反应动力学解析方法本章主要内容•第一节动力学实验及实验解析方法动力学实验的一般步骤动力学实验数据的一般解析方法反应器的物料衡算•第二节间歇反应器的解析间歇反应器的基本方程和动力学实验方法实验数据的积分解析法和微分解析法•第三节连续反应器的解析槽式连续反应器和平推流反应器实验及其数据解析方法第一节、动力学实验及实验解析方法•动力学实验的目的：确定反应速率与反应物浓度之间的关系；确定反应速率与pH、共存物质、溶剂等反应条件的关系；确定反应速率常数及其与温度、pH等反应条件的关系。•动力学一般步骤：1）保持温度和pH等反应条件不变，找出反应速率与反应物浓度的关系；2）保持温度不变，研究pH等其它反应条件对反应速率的影响，确定反应速率常数与温度以外的反应条件的关系；3）保持温度以外的反应条件不变，测定不同温度下的反应速率常数，确定反应速率常数与温度的关系，在此基础上求出（表观）活化能。直接测量关键组分的浓度；或测定反应混合物或反应系统的物理化学性质获取的第一手数据：(1)不同反应时间关键组分的浓度（间歇反应器）(2)不同反应条件下反应器出口处的关键组分的浓度（连续反应器）浓度与反应时间关系常见三种表示形式p441测量对象:（一）间歇反应动力学实验及其数据的解析方法积分法:判断实验数据与某积分形式的速率方程是否一致（先假设，再证明）微分法:根据试验数据求出不同浓度时的反应速率（作图法或计算法），之后根据反应速率与反应物浓度的关系，确定反应速率方程。（根据已知数据归纳出结果）例12.2.21p448（二）连续反应动力学实验及其数据的解析方法1．管式反应器“积分反应器(integralreactor)”：反应器出口处的转化率>5％；反应器内反应组分的浓度变化显著“微分反应器(differentialreactor)”：反应器出口处的反应速率<5％；反应器内的反应组分的浓度变化微小；可以通过反应器进出口的浓度差直接计算出反应速率微分反应器积分反应器特点：1）内部均一，动力学数据的解析比较容易。2）转化率的大小没有限制，对分析的要求也不太苛刻。对象：均相反应优点：便于进行动力学的研究应用：污水处理特性以及污水处理新技术、新工艺的研究。2．槽式反应器A的输入量＝A的输出量＋A的反应量＋A的积累量qnA0＝qnA＋(－rA)ΔV＋dnA/dt三、反应器的物料衡算单位时间内A的物料衡算式如下：A的输入量qnA0(kmol/s)体积△VA的存在量nAA的反应量RA(kmol/s)A的输出量qnA(kmol/s)反应器的基本方程间歇反应器的基本方程间歇反应器的物料衡算图-dnA/dt=-rAVAAA00AdxxtnrVA0AAAdccrct恒容反应浓度cA物质量nA体积VqnA0＝qnA＋(－rA)ΔV＋dnA/dt(12.2.3)(12.2.6)第二节间歇反应器的解析间歇反应器的动力学实验方法实验方法：测定cA随反应时间的变化获取的数据：不同反应时间关键组分的浓度数据解析的目的：确定反应级数和反应速率常数实验数据的积分解析法反应速率方程的积分式的一般形式tλ(k)F(cA)或A)AG(xA)由表11.3.1可知，对于一级反应：F(cA)＝ln(cA0/cA)F(cA)=λ(k)tG(xA)=λ(k)t第一种形式•首先假设一个反应速率方程，求出它的积分式；•利用间歇反应器测定不同时间的关键组分的浓度（或转化率）；•计算出不同反应时间的F(cA)或G(xA)；•以F(cA)或G(xA)对时间作图。积分解析法的一般步骤如果得到一条通过原点的直线，说明假设是正确的，则可以从该直线的斜率求出反应常数k。F(cA)=λ(k)tG(xA)=λ(k)ttλ(k)F(cA)或A)AG(xA)lgt1/2lgcA0n=11-1-1-1-半衰期解析法)1()12(1A0121nkctnnA01lg)1()1()12(lglg21cnnktnn级反应的半衰期（表11.3.1）(12.2.11)(n<1)nn(n>1)①把cA对时间作图，并描出圆滑的曲线cAi的切线斜率＝rAcAitcA微分解析的一般步骤③把得到的反应速率值对浓度f(cA)作图。④假设一个速率方程，若与实验数据相符，则假设成立，之后可以求出动力学参数。②利用图解法（切线法）或计算法，求得不同cA时的反应速率，即－dcA/dt。实验数据的微分解析法②让反应在A大量过剩的情况下进行，在反应过程中A的浓度变化微小，可以忽略不计，则反应速率方程可改写为：(12.2.15)...