信阳师范大学：《化学反应工程基本原理》课程教学资源（PPT课件）第二章 化学反应动力学 2.2 均相反应动力学

§2.2均相反应动力学 间歇系统(BATCH SYSTEMS)的反应速率表示方法： v dt di dt 连续系统(FLOW SYSTEMS)反应速率的表示方法： dNA 圈 dvR 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 间歇系统（BATCH SYSTEMS）的反应速率表示方法： 1 i i i i dn n dC d r V dt dt V dt = − = − ( ) = − 连续系统（FLOW SYSTEMS）反应速率的表示方法： ＝－ A A R dN r dV §2.2均相反应动力学

§2.2.1均相与预混合 均相反应的前提：参与反应的所有物料达到分子尺 度上的均匀，如：均一的气相或液相（气相均相反应和液 相均相反应) 从工程的观点来看，均相反应的特点是反应系统已经 达到分子尺度的均匀混合，也就意味着排除了反应物和产 物之间的扩散传递问题。在实际反应器中，两种或两种以 上的反应物之间能否均一，是均相反应得以实现的可能性， 这就要求具有充分的预混合过程。 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 §2.2.1均相与预混合 ▪ 均相反应的前提：参与反应的所有物料达到分子尺 度上的均匀，如：均一的气相或液相（气相均相反应和液 相均相反应） ▪ 从工程的观点来看，均相反应的特点是反应系统已经 达到分子尺度的均匀混合，也就意味着排除了反应物和产 物之间的扩散传递问题。在实际反应器中，两种或两种以 上的反应物之间能否均一，是均相反应得以实现的可能性， 这就要求具有充分的预混合过程

§2.2.1均相与预混合 预混合问题：指物料在进行反应之前能否达到分子尺度上 的均匀问题。实现的方法：机械搅拌或者是高速流体造成 的射流混合。原理就是利用湍流将流体破碎成流体微团。 微团之间还要通过分子扩散达到分子尺度的均一。扩散同 时伴有反应的发生。若预混合过程内进行的反应可以忽略， 则为均相反应过程。反之则为非均相反应。 工程上实际的均相反应应当满足的条件为： 。（1)反应系统可以成为均相 黑 (2)预混合过程的时间远小于反应时间 國 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 §2.2.1均相与预混合 ▪ 预混合问题：指物料在进行反应之前能否达到分子尺度上 的均匀问题。实现的方法：机械搅拌或者是高速流体造成 的射流混合。原理就是利用湍流将流体破碎成流体微团。 微团之间还要通过分子扩散达到分子尺度的均一。扩散同 时伴有反应的发生。若预混合过程内进行的反应可以忽略， 则为均相反应过程。反之则为非均相反应。 工程上实际的均相反应应当满足的条件为： （1）反应系统可以成为均相； （2）预混合过程的时间远小于反应时间

§2.2.2 反应动力学表达式 特定反应体系 r=f(p,T,C) 实验测定结果表明，在多数情况下，浓度和温度单独地影 响反应速率，则： 调 r=k(T)f(C) 对于一定温度下的反应为f(T常数，用表示，即： 称为反应速率常数或温度效应 f(T)=k 圈 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 §2.2.2 反应动力学表达式 ▪ 特定反应体系 ▪ 实验测定结果表明，在多数情况下，浓度和温度单独地影 响反应速率，则： 对于一定温度下的反应为 常数，用 表示，即： 称为反应速率常数或温度效应 r f p,T ,C = （ ） r k T f C = ( ) ( ) f T( ) k f T k ( ) =

而《带可以表示成者组分浓度的幂通数死式，即得 f(C)=ΠCa 其中表示组分的反应级数 对于不可逆反应 DA+UgB=vL+UyM ”4=k.CCCC称为反应速率的微分式 其中a,bl,m为各组分的反应级数，a+b++m=n为反应的 总级数. 型 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军     A B L M A B L M + = + a b l m A c A B L M r k C C C C = 而 常可以表示成各组分浓度的幂函数形式，即： 其中 表示组分的反应级数 对于不可逆反应 f C( ) ( ) i f C C =   称为反应速率的微分式 其中a,b,l,m为各组分的反应级数,a+b+l+m=n为反应的 总级数

注意：1、反应级数与化学计量系数的区别以及反应 级数的求解方法（反应级数并不等于化学计量系数，它 的大小需要由实验确定，只有基元反应的反应级数等 于其化学计量系数)： 2、对于气相组分，反应物系的组成不仅可以 用摩尔浓度表示，而且可以用组分的分压、组分的摩 尔分率，加压下可用逸度表示。 和 圈 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 注意：1、反应级数与化学计量系数的区别以及反应 级数的求解方法(反应级数并不等于化学计量系数，它 的大小需要由实验确定，只有基元反应的反应级数等 于其化学计量系数)； 2、对于气相组分，反应物系的组成不仅可以 用摩尔浓度表示，而且可以用组分的分压、组分的摩 尔分率，加压下可用逸度表示

§2.2.3反应速率的温度效应和反应活化能 Arrhenius公式 k=ko exp( Ink lnk=lnk。 E。 dInk E RT dT RT2 ko频率因子和指数因子， 1/T E 活化能 activation energy E物理意义 圈 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 §2.2.3反应速率的温度效应和反应活化能 ▪ Arrhenius公式 ▪ 频率因子和指数因子， ▪ 活化能 activation energy ▪ 物理意义 0 k k exp T = C g E （－ ） R 0 ln k ln k T = C g E － R 1/T lnk 2 d k E ln dT RT = 0 k E E

§2.2.3反应速率的温度效应和反应活化能 活化能指为了使反应物分子激发成活化分子所 需的最小能量，反应物分子必须被激发成活化分 子才能发生化学反应，它是标志化学反应进行难 易程度的标志。 活化能的实验测定方法： lnk=lnk。 活化能与反应热效应的区别 墨 國 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 §2.2.3反应速率的温度效应和反应活化能 ▪ 活化能指为了使反应物分子激发成活化分子所 需的最小能量，反应物分子必须被激发成活化分 子才能发生化学反应，它是标志化学反应进行难 易程度的标志。 ▪ 活化能的实验测定方法： ▪ 活化能与反应热效应的区别 0 ln k ln k T = C g E － R

均相的 活化络合物 Activation energy without catalyst 吸附的 活化络会物 Activation energy with catalyst 反应物 超 程 △H 吸附的 -魅 反应物 产物 吸附 图 的产物 反应路径 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 Activation energy without catalyst Activation energy with catalyst

活化态与反应物能量差值称为活化能；产物 与反应物能量差值为热效应；当产物能位比反应 物能位高时，过程为吸热反应，反之为放热反应。 活化能与热效应之间是相互独立的，没有直 接的关系。 化学反应工程 化工原理教研室 王红军

化学反应工程 化工原理教研室 王红军 活化态与反应物能量差值称为活化能；产物 与反应物能量差值为热效应；当产物能位比反应 物能位高时，过程为吸热反应，反之为放热反应。 活化能与热效应之间是相互独立的，没有直 接的关系