理想混合流反应器
反应物A 反应物B
理想混合流反应器特点：
1. 物料连续以恒定的流速 流入、流出反应器，稳态 操作。 2. 反应器内各空间位置温 度、浓度均一。 3. 反应器内浓度、温度 与出口处浓度、温度相同。
生成物R
第二节

均相反应动力学
均相反应是指在均一的液相或气相中进行的反应
均相反应动力学内容：研究化学反应本身的速度 规律，即物料的浓度，温度，催化剂等因素对化 学反应速度的影响。 即Rp~(C,T,Cats) 均相反应动力学没有考虑到物理因素的影响，仅 研究化学反应内在规律
t
可逆一级反应C—t图
斜率=(k1+k2)
3、复合反应
复合反应是几个反应同时进行的，常见的复 合反应有平行反应，连锁反应，平行－连锁 反应等。

平行反应 连串反应
3.1 平行反应
k1 A k2 R S
dCA rA = = k1CA + k2CA = ( k1+k2 )CA dt
rR = dCR/dt = k1CA rS = dCS/dt = k2CA
1、 化学反应的分类
（1） 按化学反应的特性分类
（2） 按反应物料的相态分类
（3） 按反应过程进行的条件分类
（1）
按化学反应的特性分类
简单反应、复 杂反应
反应机理
反应级数
一级、二级、 三级、零级、 分数级反应
可逆反应、不 反应的可逆性 可逆反应 反应分子数
单分子、双分 反应热效应 子、三分子 反应
各组分浓度变化：
C
C CS CR
CR
C
CS
CA
CS
t最佳 t
CA t
CR
CA t
k1 ≈k2
k1>>k2
k1<<k2
4、等温变容过程

对于定容或变容体系，组分I的变化速率为： dni d(CiV) dCi Ci dV 1 _ _ ri = + =+ =_ +[ + ] V dt dt dt dt V
CA0 ln CA 1 ln 1-xA
斜率k
t
一级不可逆反应C—t关系
2.2 二级不可逆方程
可按一级不可逆反应的情况作类似的处理，有如下 反应：
A + B S dCA rA = =kCACB dt
因为A,B等摩尔消耗，所以CA0xA = CB0xB 令M＝CB0/CA0
（1）M＝1 即 CA0=CB0
表2-9 等温变容过程的速度式及积分式（膨胀法） 反应级数 反应速度式 积分式
k k C A0
0
1 2 n
rA k
rA kCA
rA kCA2
A
ln(1 A xA )
k ln(1 xA )
(1 A ) xA kCA0 A ln(1 xA ) 1 xA
第二章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
化学反应工程基础
化学反应和反应器分类 均相反应动力学 理想反应器的设计 理想混合反应器的热稳定性 连续流动反应器的停留时间分布 流动模型 停留时间分布与化学反应
第一节
化学反应和反应器分类
1、 化学反应的分类 2、 反应器的分类 3、 连续流动反应器内流体流动的两种理想形态
A
3、连续流动反应器内流体流动的两种理想形态
平推流反应器
理想混合流反应器
平推流反应器
反应物A 反应物B 生成物R
活塞流反应器
平推流反应器特点：
1、在稳态操作时，在反应器的每个截面上，物料 浓度不随时间变化。 2、所有物料质点在反应器中的停留时间都相同。 2、反应器内物料浓度沿着流动方向改变，故反应 速率随空间位置改变，即反应速率的变化只限于 反应器的轴向。
xA/(1-xA)
斜率=(CA0-CB0)k
t
t
不可逆二级反应的C—t关系 左：ＣＡ０≠ＣＢ０；右：ＣＡ０＝ＣＢ０
2.3 一级可逆方程
A
rA =
k1 k2
R
dCA = k1CA k2CR dt
若t=0，CR0=0，则CA + CR = CA0
dCA = ( k1 + k2 ) CA – k2CA0 dt
无相界面， 反应速率只与 温度或浓度有 关
非均 相
氧化、氯化、加氢等 有相界面， 磺化、硝化、烷基化等 实际 反应速 燃烧、还原、固相催化等 率与相 界面 还原、离子交换等 大小及相 间 水泥制造等 扩散速率有关 加氢裂解、加氢脱氢等
（2） 按反应器的结构型式分类
结构型式 反应釜（包括 多釜串联） 管式 鼓泡塔 固定床 流化床 回转筒式 喷雾式 适用的相态 液相、气-液相、液-液 相、液-固相 气相、液相 气-液相、气-液-固（催 化剂）相 应用举例 苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、 顺丁橡胶聚合等
放热反应、吸 热反应
（2 ）
按反应物料的相态分类
催化反应 非催化反应 催化反应
均相反应
气相反应、液相反应 液-液相、气-液相、液 -固相、气、固相 气-固相、固相、气-液 -固相
非均相反应
非催化反应
（3 ）
按反应过程进行的条件分类
操作方式 温度条件
间歇反应、半连续反应、连续反应 等温反应、绝热反应、非绝热变温 反应
有利于A P
k1 = k0e- E1/RT
若 E1>E2 T
若 E1<E2
T
有利于P
A
(3)、k的单位随n而变化
0级 1级 2级
mol/l.s s-1 1/mol.s
2、等温、恒容、单一反应动力学方程式
单一反应是指用一个化学反应式和一个动力学方 程式便能代表的反应。
为简化起见，只研究、等 温、恒容、单一反应动力 学 不可逆反应
n
rA kCA
k CA0 n1
xA
0
(1 A xA )n1 dxA n (1 xA )
例：在700℃及3kg/cm2恒压下发生下列反应 C4H10 2C2H4 + H2
1 rB = V 1 rM= V
dnB dt dnM dt
r 它们之间： A
a
=
=— — b l
V
rB
rl
=
— m
1 2
rm
幂函数形式： rA = - 1 k: 反应速率常数
dnA = kCAα CBα dt
α1，α2：实验测定常数
对基元反应： α1=a α2=b
总级数 n=α1+α2
复杂反应： n需实验测定
反应釜
夹套式蒸汽加热反应釜
内外盘管式加热不锈钢反应釜
管式反应器
鼓泡塔反应器
固定床反应器
固定床反应器
厌氧流化床反应器
（3） 按操作方式分类
间歇反应器 连续反应器 半连续反应器
间歇反应器
间歇反应器特点：
1、反应物料一次加入， 产物一次取出。 2、非稳态操作，反应 器内浓度、温度随反应 时间连续变化。 3、同一瞬时，反应器 内各点温度相同、浓度 相同。 C 0
清油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙 烯等
变换气的碳化、苯的烷基化、二甲苯氧 化、乙烯基乙炔合成等
气-固（催化或非催化） 相
气-固（催化或非催化） 相，特别是催化剂很 快失活的反应 气-固相、固-固相 气相、高速反应的液相
二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙 烯、乙苯脱氢、半水煤气生产等
硫铁矿焙烧、萘氧化制苯酐、石油催化 裂化、乙烯氧氯化制二氯乙烷、丙烯 氨氧化制丙烯腈等 水泥制造等 氯化氢合成、天然气裂解制乙炔


一级不可逆反应
二级不可逆反应
1 dnA rA V dt
恒容

dC A dt
恒温
可逆反应

kC A CB
一级可逆反应
二级可逆反应
2.1 一级不可逆方程 A S
恒容
1 dnA rA= V dt
dCA 一级 KCA dt
对于等温系统，k为常数,初始条件： t=0 CA=CA0
CA0 1 1 1 t = ln = ln 1-x K CA K A
ri=dCi/dt 对恒容： dV/dt=0 对变容：ri的变化不仅有dCi/dt变化，而且体系 V变化，Ci/V，dV/dt都变化。

我们通常用膨胀率ε来表征变容的程度
4.1 膨胀率
定义：当物系体积随转化率 x 线性变化时， 反应物 A 全部转化后系统体积的变化率。
VxA=1-VxA=0 ε A= V xA=0
4.2 动力学方程及积分表达式
V=V0(1+εAxA)
CA= nA V = nA0(1-xA) V0(1+εAxA) = CA0 1-xA 1+εAxA
rA= -
1 V
dnA =dt
1 V
dnA0(1-xA) dt
=
=
nA0 V0(1+εAxA)
CA0 1+εAxA
dxA dt
dxA dt
dxA xA t = CA0 ∫ 0 (1+εAxA)rA
例：有一等温气相反应，计算εA
A 2P
①反应开始时，只有A 结束时，只有P
1molA
2molP
n∝ V
εA=(2-1)/1=1
② 若开始时，除A以外，还有50％的惰性气体，εA ＝？反应开始时，A 1mol 惰性气体 1mol，共 2mol；结束后，P 2mol 惰性气体 1mol，共 3mol εA=(3-2)/2=0.5 注意：计算εA时，不仅要考虑反应的计量关系， 还要考虑系统中是否存在惰性气体 εA的运用前提：系统V随x呈线性变化