化学反应工程英文版期末总结【超精简实用】

1第一章概论1.1化学反应的重要性1.2反应的分类1.3影响反应速率方程的变量1.4反应速率的定义iiii1dimoled1dimoledNrVtNrWt基于单位反应液体：组分形成的数液体的体积时间气固体系中基于单位质量的固体：组分形成的数固体的质量时间iisiir1did1ddNrVtNimolerVt气固体系中基于单位体积的固体：组分的生成mole数固体的体积时间基于单位体积的反应器（如果反应速率在单位流体中不一样时）组分的生成数反应器的体积时间iiiiiiiiSirrrrrrorVrWrSrVrVr液体的固体的固体的固体的反应器体积质量外表面体积的体积21.5化学反应的速度第二章均相反应动力学***概念：单一反应类型：间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器速率方程：对于一个单相反应SRBAsrbasrrrbrarSRBA实验表明：速率方程受浓度和物料能量的影响。能量包括温度、磁场强度、光强等等，一般仅考虑温度。2.1浓度主导的速率方程2BBBD2DDBD2TTBDBDTBDTB2D3T11231123-rkCC-rkCCrkCC-r-rrkkk例子：对于反应化学计量数的关系反应平衡常数的关系32.1.1单一和复杂反应2.1.2基元和非基元反应基元反应：反应速率方程与化学计量数有关非基元反应：反应速率方程与化学计量数无关，是一系列基元反应的组合。2.1.3反应级数和反应分子数略2.1.4速率常数K对于dbaCCkCrDBAA......这样的n级反应的速率常数的单位：nCT112.2温度主导的速率方程RTEekk0，=TkTk正常情况，，因为活化能0；当而时，该反应不是基元反应。其活化能0。当E0时，k为常数。讨论：1、对于不可逆反应，温度对反应速率的影响利用Arrhennius关系，可逆反应还要考虑其它因素；2、对于吸热反应，AeKTX随的而，平衡转化率也，所以对于可逆吸热反应，提高T总是有利的；对于放热反应，AeKTX随的而，而平衡转化率，所以对于可逆放热反应，提高T不一定能提高速率，需要寻找最优温度（r-T图是个开口向下的抛物线），注意：放热反应对T的变化较为敏感；3、可逆放热反应的最优温度（仅可逆放热有最优温度）：1lneopTTRTeEEEE，由于()eATfX，则()opATfX；4、对于所有反应（可逆和不可逆的吸热、放热），均有：T一定时，,AXr；对于正逆反应，均有：,TK；对于不可逆反应和可逆吸热反应，,AXTr一定时，；对于可逆放热反应，存在最优温度（略）。5、活化能越大，T对反应速率的影响越大；低温时，T的变化对反应速率影响也很大。42.2.1活化能和浓度决定因素lnk-1/T图讨论1、由阿伦尼乌斯定律得到lnk-1/T图是一条直线，斜率即为E，活化能E越大，其斜率越大；2、高活化能的反应对温度非常敏感；3、低温下的反应对温度非常敏感；4、K0一定时，为使反应速率翻倍：E越大，反应操作起来越困难；5、根据阿伦尼乌斯定律，指前因子K0不会影响温度敏感性，即指数项比指前项对温度更敏感。2.3寻找一个机理步骤：1、化学计量学，2、动力学，3、机理讨论：1、由化学计量数可以知道一个反应是不是基元的简单反应；2、基元反应的分子数不超过3；3、可逆反应中，正反应为基元反应，则逆反应也为基元反应，反之亦然。所以，若正反应不超过3个反应分子数，而逆反应却超过3个分子数时，该反应不是基元反应；4、当浓度较低时，非基元反应也可以视为基元反应处理。5、平行反应的反应速率取决于对温度敏感的那一步。连串反应的反应速取决于对温度不敏感的那一步；6、基元反应的lnk-1/T图是一条直线，如果实验测得的lnk-1/T图不是直线，则该反应不是基元反应；7、对于活化能随温度改变的情况，可见书P31页图2.3，但这种情况很少见。2.4从理论中推导的反应速率和可预言性反应速率r是浓度和温度的函数。T一定时，r=f(C)；T变化时，r=f(C,T)。第三章间歇反应器的实验数据处理,nAAArkCk对于反应速率方程：-是温度项，C是浓度项。53.1恒容的间歇反应器反应物总压和分压之间的关系：，当0n时，π不变，即π-π0=0，即总压不变。注意：如果未知反应的化学计量式，或有多种计量方程可以表示这个反应式，就不能使用“总压”这一概念。3.1.1转化率0AAAA0A0AA0AAA0Add11CCXCCVNVNNNNX，产物没有转化率的说法。3.1.2数据分析的积分方法（先尝试积分法，再尝试微分法，比较实验和理论的C-t图是否一致）1、单分子的一级不可逆反应2、两分子的二级不可逆反应（有两种C-t图）6（1）、令00BACMC，有：当0BC时，反应视为伪一级反应。（2）、当00=1BACMC时，即可以将二级反应写为：3、0级反应（反应速率与反应物的浓度无关）7转化率与时间成正比：讨论：仅在确定的、高浓度的范围内会有0级反应，低浓度时0级反应一般不是基元反应。这是因为在低浓度时，反应速率更加取决于反应物浓度，这让反应级数大于0。4、n级反应的理论速率方程AAAddnCrkCt11AA011nnCCnktn5、不可逆反应的半衰期如果反应物是按它们的计量系数之比加入反应的，则它们会一直保持着计量系数之比的关系反应下去。对于n级反应的半衰期，有：注意：这是化学反应的半衰期，仅在一级反应中，它与放射性物质的衰变是一样的。6、半衰期的扩展对于n级反应的F衰期。令0=AFACtFC时间内有，有：8不同级数下102loglogAtC的关系曲线。注意：n=1时，半衰期与CA,0无关。7、基元一级平行不可逆反应12AA1A2A12ARR1ASS2AAASddddddkkRCrkCkCkkCtCrkCtCrkCt为了得到K值，有以下公式A12A0lnCkktCRR1RR01SS2SS02dC-CdC-CrCkkrCkk由以上的k1+k2和k1/k2关系可以得到K值。基元一级平行不可逆反应的Ct曲线关系（用来得到K）98、均相催化反应12A1A1A2AC2A1A2AC12CAARACRCddddddkkCkCtCkCCtCkCkCCkkCCt即使现在没有催化剂反应也会进行。并且催化反应速率与催化剂浓度成正比。AA12CobservedA0lnln1CXkkCtktC反应的产物的竞争关系注意：如图的情况是000,0,12RSAARSCCCCCCKK对于有着不同催化剂浓度的均相催化反应的速率常数109、自动催化反应（没有R不反应，R太多了也不反应）AAAR0ARA0R0R0AAAA0AARRRddARconstantddCrkCCtCCCCCCCCCrkCCCt和的总mole数不会改变A00ARR00A0R0A0A0AA0lnlnCCCCCCktCCktCCCCC用转化率表示：00000,ln(1)()(1)RAAARAACMXMCMKtCCKtCMX令有自动催化反应的曲线检验一个反应是否为自动催化反应，就画C-t图来看该直线是否通过了O点。1110、连串的不可逆反应121AA1ARR1A2RSS2RAA00S0A1AA0A0ARSdddddd:00lnorkkR-ktCrkCtCrkCkCtCrkCtCC,CCCktCCeC用最初条件，得到积分（R是副产物，S是目的产物，或者R是目的产物，S是副产物，k1和K2的值共同决定着R的最大浓度）A0ARSCCCC1AA0-ktCCe211RA012ktktkCCeekk12SA0211211ktktCCkekekk讨论：（1）、当121SA01ktkkCCe时，类似于一级不可逆反应的11A0AA0A0A01ktktCCCCeCe，这说明反应速率取决于第一步。如果目的产物是R，说明几乎所有的反应物都变成了副产物，产物S多一些。（2）、当212SA01ktkkCCe时，反应速率取决于慢的一步，即取决于K2。所有连串反应的总体反应速率都取决于最慢的那一步。但无论K1值有多大，只要反应时间足够充分，R一定会转化为S。（3）、一级连串反应的C—t图1221221RRmax1A012R211maxRmaxA0logmean212C:dd0ddln1ktktkkkCkCeekkCttkkktCCkkkk取的条件结论：（4）、对于一级连串反应：ARSTU一级连串反应C-t图，只有当最后两种化合物取最大值时同时形成拐点。11、一级可逆反应12ReCAeCARequilibriumconstantCkkKK令R0A0MC/C，ARAA01A2RddddddCCX-CkCkCttt在平衡时，Ad0dCt，所以有：1A0A0AeAe2A0A0AeAe1CkMCCXMXKkCCXX12、对于一个反应0000RSAlnARSGrGsGaGRTKarsr2dlndKHTRT由XAe表示转化率，这可看成一个拟一级不可逆反应13A1A00AeAAeAAAe1AeAeA0Ae1dd1ln1lnXtkMXtXXMXXMCCktXMXCC（1）单分子可逆反应：不可逆反应仅仅是当CAe=0或KC=∞时的可逆反应的特例。R01AeAeAe2Ae1AAeAe1212A0Ae0,110and1lnCMkXMMXXkXkCCXkktkkCC另一特殊的情形是（2）二级可逆反应：14除了一级和二级反应以外，速率方程的积分变得繁琐。最好的寻找一个适当的速率方程方法是微分法。（3）、变级数的反应A1AA2Adwithd1CkCARrtkC在较高的AC下，这个反应是速率常数为12/kk的0级反应；在较低的AC下，这个反应是速率常数为1k的1级反应。151A1AAA2A2Aor11mmnnkCkCrrkCkC可由同样的处理得到。3.1.2数据分析的积分方法（比较难操作，请使用电脑）步骤：（1）、画出ACt图，描出光滑曲线。（2）、确定各浓度处的斜率，这些斜率是该组成下的反应速率。（3）、找到一个速率表达式来表示AArC。改：F3.18intercept=logk3.2可变容积情形的间歇反应器***概念***16AAA10A0000AAAA0A0AAAd1dA4R41A315250%:1.52XXXVVVVVV-VVVVεXXXVεVε膨胀因子，受化学计量数和惰性物质的存在的影响反应的最初体积在t时刻的反应总体积例子：起始时仅有纯的物质：起始时有的惰性物所有情形下都有AA0A1NN-X，0AA1VVεX，AA1ddNrVt。但并不是所有情形下都有AA0A=1CC-X，不恒容时等式不成立。对于等温变容情形，满足0AA1VVεX线性关系时，有转化率和浓度的关系：AAAA0A0AAAAA011-11AC-XCCXCεXCC变容反应器中反应速率与转化率的关系为：A0AA0A0AAAAAAdlndd1dd