化學(xué)反應(yīng)工程課件-8

1、第二章 反應(yīng)器內(nèi)的流體流動與混合Chapter 2 Fluid Flow & Mixture in Reactor幾種理想反應(yīng)器不同反應(yīng)器及反應(yīng)器的組合停留時間對轉(zhuǎn)化率選擇性的影響1停留時間分布測定停留時間分布與流動模型作業(yè)作業(yè) Assignment新版教材：新版教材： 2.9 2.10 2.112 反應(yīng)器特性特性分析反應(yīng)器特性特性分析-推動力推動力化學(xué)反應(yīng)推動力-體系組成與平衡組成的差 化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)勢3復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器u 返混對反應(yīng)器體積的影響（反應(yīng)級數(shù)n0)AxAArdx0AxAAArdxcvV000AAArxcvV00AArxu 返混對反應(yīng)器體積的

2、影響（反應(yīng)級數(shù)n 2 濃度增加濃度增加, sDU增大，平推流或間歇反應(yīng)器增大，平推流或間歇反應(yīng)器 1 2，1 2, A、B維持高維持高水平水平1 2，1E2, E1E3,E4E3.應(yīng)如何控制操作溫度才能使產(chǎn)物S的收率增大? 40習(xí)題2.9rs=k3CB-rA=(k1+k2)CA312()BAk CSkk C31122332212121BAkk Ek Ek ECSTkkRTCkk41習(xí)題2.10乙炔與氯化氫在HgCl2/活性炭催化劑上合成氯乙烯的反應(yīng) C2H2+HCl=C2H3Cl其動力學(xué)方程有以下幾種可能的形式:(1) r=k(pApB-pc/K)/(1+KApA+KBpB+KcPc)2(2)

3、 r=kKAKBpApB/(1+KApA)(1+kBpB+kcPc) (3) r=kKApApB/(1+KApA+kBpB) (4) r=kKBpApB/(1+kBpB+kcPc)試根據(jù)理想表面假設(shè)說明各式對應(yīng)的機理假設(shè)及其控制步驟42習(xí)題2.10(1) 機理:A+A B+B A+BC+ (控制步驟) CC+ kaApAv-kdAA=0 A=KApAV B=KBpBV C=KCpCV A+B+C+V=1 v=1/(1+KApA+KBpB+KCpC) r=k+AB-k-CV r=k(pApB-pc/K)/(1+KApA+KBpB+KcPc)2 k=k+KAKB K=k+KAKB/(k-KC)43

4、(2) 機理:A+1A B+2B2 A1+B2C2+2 (控制步驟) C2C+2 kaApAv1-kdAA=0 A=KApAV1 A+V1=1 V1 =1/(1+KApA) B=KBpBV2 C=KCpCV 2 B+C+V2=1 v2=1/(1+KBpB+KCpC) r=k+AB r=kpApB/(1+KApA)(1+KBpB+KcPc) k=k+KAKB44(3) 機理:A+A B+BA+BC+ (控制步驟) kaApAv-kdAA=0 A=KApAV B=KBpBV B+A+V=1 v=1/(1+KBpB+KApA) r=k+ApB r=k+KApApB/(1+KBpB+KAPA)45(4

5、) 機理: B+B CC+A+B C (控制步驟) kaBpBv-kdBB=0 B=KBpBV C=KCpCV C+B+V=1 v=1/(1+KBpB+KCpC) r=k+pAB r=k+KBpApB/(1+KBpB+KCPC)46解題要點:nkr)()(吸附項推動力項 根據(jù)吸附項的冪可以確定有幾個活性點參加此控制反應(yīng) 根據(jù)吸附項中是否出現(xiàn)開根號,可以判斷是否有物質(zhì)解離 根據(jù)推動力項中是否出現(xiàn)減號,可以判斷是否是可逆反應(yīng) 根據(jù)推動力項中反應(yīng)物出現(xiàn)的冪數(shù)可以確定參加反應(yīng)的物質(zhì)的數(shù)量47習(xí)題2.11水蒸汽和一氧化碳變換反應(yīng)CO+H2O=CO2+H2在以Fe3O4為主劑的催化劑上進行的Redox反應(yīng)

6、.該反應(yīng)的機理為:氧化過程: H2O+=O+H2還原過程: CO+O=CO2+在不同的溫區(qū),反應(yīng)的控制步驟可能發(fā)生變化.試分別推導(dǎo):(1) 過程為氧化步驟控制時的動力學(xué)方程(2) 過程為還原步驟控制時的動力學(xué)方程48習(xí)題2.11(1)氧化步驟控制 還原反應(yīng)采用擬穩(wěn)態(tài): k2+pCOO-k2-pCO2V=0 V=KpCO/(pCO2+KpCO) K=k2+/k2-O=pCO2/(pCO2+KpCO) r=k1+pH2OV-k1-pH2 O =(k1+KpH2OpCO-k1-pH2pCO2)/ (pCO2+KpCO) 49習(xí)題2.11(2)還原步驟控制 氧化反應(yīng)采用擬穩(wěn)態(tài): k1+pH2OV-k1

7、-pH2O=0 V=pH2/(K1pH2O+pH2) K1=k1+/k1-O=K1pH2O/(K1pH2O+pH2) r=k2+pCOO-k2-pCO2 v =(k2+K1pCOpH2O-k2-pCO2pH2)/ (K1pH2O+pH2) 50習(xí)題2.12在氧化鉭催化劑上進行乙醇氧化反應(yīng)：C2H5OH (A) + 0.5O2 (B) CH3CHO (L) + H2O (M)乙醇和氧分別在兩類活性中心1和2上離解吸附，反應(yīng)機理為：C2H5OH + 21 = C2H5O1 + H1O2 + 22 = 2O2C2H5O1 + O2 - C2H4O + OH2 + 1OH2 + H1 = H2O2 +

8、 1H2O2 = H2O + 2試推導(dǎo)該反應(yīng)的動力學(xué)方程式。51習(xí)題2.12Kapv-kd=0 + + v =111112vAk P22222223213214242aOvdOaOHHdMvaMdMvk Pkkkkkp222434111vMMOAPPk Pkk kk P2211224341121OAMMAOAk Pk prkPPk pk Pkk kk P52習(xí)題課習(xí)題課p補充作業(yè)1： 在Pt催化劑上進行異丙烯分解反應(yīng):以A、B及R分別表示異丙烯、苯和丙烯，反應(yīng)步驟如下：若表面反應(yīng)為速率控制步驟，試推導(dǎo)異丙烯分解的速率方程BBRBAAA63662356)(HCHCCHCHHC53各步驟速率方程式

9、如下： 表面反應(yīng)是速率控制步驟:由上面方程得：V=1kAPA+ kBPB+1 A= kAPAkAPA+kBPB+ 1 B=kBPBkAPA+ kBPB+1 r =k2,+kAPA k2,kBPBPRkAPA+kBPB+ 1 r1= k1,+ PA Vk1,A r2 = k2,+A k2,BPR r3= k3,B k3,+PBV r1= 0, A= kAPAV r3= 0, B= kBPBV A+ B+ V=1 54p 補充作業(yè)2： 在Ag催化劑上進行乙烯氧化反應(yīng)其反應(yīng)步驟如下：若第三步為速率控制步驟，試推導(dǎo)動力學(xué)方程)()()(2242242RBAOHCOHCRRRBABBAA)4()3(22)2() 1 (255r2= k2,+,BPB2V2k2,BB 2 r3= k3,+AB k3,RV r4= k4,R k4,+PRV 第三步為速率控制步驟r1= 0, A= kAPAV A+ B+ R+V=1 56由上面方程得：57 若第一步為控制步驟，試推導(dǎo)其動力學(xué)方程 設(shè)有反應(yīng) ，其反應(yīng)步驟如下：DBABBDBA