化学反应工程-第二章 反应动 力学基础
引言
化学反应工程的内容：
❖ 反应动力学 ❖ 反应器的设计和分析
❖ 流动、传递过程对反应的影响
第二章 化学反应动力学基础
第二章 化学反应动力学基础
2.1 基本概念和术语 2.1.1 化学计量方程 2.1.2 化学反应进行程度 2.1.3 化学反应速率
2.2 化学反应速率方程（动力学方程） 2.3 动力学方程的积分 2.4 建立动力学方程的方法
反应速率
反应量
反应时间 反应区
反应速率：
- rA
1 V
dnA dt
，
-
rB
Hale Waihona Puke 1 VdnB dt，
rR
1 V
dnR dt
由反应量表达式Δn i =n i –n i 0 =νiξ，两边对t求导得
dni dt
ν i
dξ dt
rＡ rＢ rＲ 1 d r Ａ Ｂ Ｒ V dt
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
M
复合反应 ， i j j 0 j 1
——反应进度
式中 νi j －第j个反应中i组分的化学计量系数
M － 体系中化学反应的数目
每个反应都有一个反应进度 ，ξj
M
则i物质的增量： ni n i0 i j j j 1
第二章 化学反应动力2学.1基础.2化学反应进行程度 ——转化率
反应速率
反应量
反应时间 反应区
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率
❖ 单一反应的反应速率
1. 均相反应的反应速率 2. 非均相反应的反应速率
❖ 复合反应的反应速率
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率 ——单一反应
❖ 1.均相反应的反应速率 均相反应 νAA +νBB → νRR
1. 转化率是指某一反应物转化的百分率或分率
其定义式：
某一反应物的转化量 某一反应组分反应掉的 摩尔数
x 该反应物的起始量
该组分起始摩尔数
注意：
• 转化率是针对反应物而言；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
理论上，按哪种反应物来计算转化率都是可以的 但实际上存在着选用哪种反应物对计算更方便和可获得更多 有用的信息的问题。 工业反应过程中，各反应组分间的比例往往不符合化学计量 关系，转化率常选用经济价值比较高的组分来进行计算
式中 νi j －第j个反应中i组分的化学计量系数 M － 体系中化学反应的数目
νi j ：反应物 － 产 物＋
2.1.2 化学反应进行程度
❖ 1) 化学反应进度 ❖ 2) 化学反应转化率
第二章 化学反应动2力.学1基.2础化学反应进行程度
单一化学反应： νAA + νＢＢ + νＲＲ + νＳＳ = 0
第二章 化学反应动力学基础
2.1.1 化学计量方程
复合反应:
4NH3 5O2 4NO 6H2O 4NH3 3O2 2N2 6H 2O 4NH3 6NO 5N2 6H2O 2NO O2 2NO2 2NO N2 O2 N2 2O2 2NO2
M
化学计量方程通式: i j j 0 j 1
——反应进度
反应物系开始时： n i 0 ；反应到某一时刻：n i 反应过程中的增量（反应量）：Δn i = n i –n i 0
ΔnA:ΔnB:ΔnR:ΔnS =νA:νB:νR:νS
n A n B n R n S A B R S ξ-反应进度 , 恒为正值
Δn i = n i –n i 0 ＝νiξ 若增量为负，为反应物；若增量为正，则为产物
2. 关键组分（着眼组分）
• 选择： 反应物中价值最高的组分
关键组分转化率的高低直接影响反应过程的经济效果。
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
转化率定义式：
——转化率
某一反应物的转化量 某一反应物反应消耗的 摩尔数
x 该反应物的起始量
该组分起始摩尔数
注意：
• 转化率对同一反应不同的反应物可能不同；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.1 化学反应计量方程
单一化学反应：
2SO2 + O2 → 2SO3
2mol 1mol
2mol
化学反应方程通式：aA ＋ bＢ → rＲ ＋ sＳ
化学计量方程通式： vi Ai vAA vBB ... vRR vSS ... 0
化学计量系数νi ：反应物 － 产 物＋
4. 循环反应系统的单程转化率和全程转化率
（1）物料为何要循环？
（2）单程转化率
反应物料通过反应器一次所达到的转化率
（3）全程转化率
反应物料从进入系统起到离开反应系统止所达到的 转化率
xA单＝ (nA1-nA2 )/ nA1 xA全＝ (nA0-nA3 )/ nA0
nA0 nA1
反应器
nA2 nA3
3. 起始态的选择
某一反应物的转化量 x 该反应物的起始量
•连续反应器：取反应器进口处的状态
•间歇反应器： 取反应开始的状态
•反应器串联：
（1）单程转化率 反应物料通过每个反应器所达到的转化率
（2）全程转化率 反应物料从进入系统起到离开反应系统止所达到的转化率
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
若反应原料中各反应物间符合化学计量比，则对同一状态，无论按 哪种反应物来计算转化率，其值都是一样的；当不按化学计量比配 料时，各自的转化率不同。 转化率若按不过量组分计算，最大值可达100%，若按过量组分计 算，其最大值永远小于100%；
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度
——转化率
i
n i0
不唯一
唯一，恒正
分清：反应组分，反应物，反应产物，反应量，转化量
第二章 化学反应动力学基础
2.1.3 化学反应速率
化学反应速率是一个化学反应进行快慢的一种数量 表示，显然，只用反应物的反应量或反应产物的生成量 的多少（反应进度或转化率）来表示是不够的。
通常以单位时间内单位量（体积或质量）的反应物 系中某一反应组分的反应量来定义，即：
xA全 > xA单
第二章 化学反应动力学基础
2.1.2化学反应进行程度 ——转化率
5. 转化率与反应进度的关系
由反应量表达式 Δn i =n i –n i 0 =νiξ ，反应物i的转化量为 ： ni0－ni = -νiξ
代入转化率定义式式，得：
xi
i组分的转化量 i组分的初始量
ni0 ni ni 0