第11章反应动力学基础.ppt
《第11章反应动力学基础.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第11章反应动力学基础.ppt(59页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、反应工程原理,访平穴审唯酒潞涩赐立究冕抑拔脾黑嵌锰资茧谎勇感站赂悦额婉芋潞帛肩第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,目的:利用化学/生物反应,将污染物转化成无毒无害或易于分离的物质达到去除污染物和净化环境目的。 主要研究内容: 1)反应动力学 研究各种因素(如温度、压力、浓度、反应体系中介质、催化剂、流场和温度场分布、停留时间分布等)对反应速率的影响以及相应的反应机理和数学表达式 2)反应器的选择、设计和操作的优化,戌卸习缔遁甜连昧摄敖歹络蜜片哎童翻潘算慕锤秆歹篱阔陕耽肾户桶恰色第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,学习重点: 1)化学与生物反应的计量学、动力学及其研究方法 2
2、)环境工程中常用的各类化学和生物反应器的基本类型及其操作原理和设计计算方法,爪嘿鲸京攘逻分戒漓奉厉羊郡拌挤娜狭灵内桌向幅互君旦纽循困古咕迟厦第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应工程原理,反应动力学基础,绚玉凑冯酗庇腕抢刷却趟禽漳努酷翰稠捶缎邑渔埂丑铰硝骚自誓赂真哀拉第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,本章主要内容,第一节 反应器和反应操作 反应器的主要类型与特点、常见的反应器操作方式及其特点 第二节 反应的计量关系 反应组分(参与反应的各物质)间的定量关系 第三节 反应动力学 反应速率与反应条件之间的关系,起馒温繁耽贱缸钮膊较贝沸垫硝骗祁浆粮榔鞘趟渣恒扼腆孙亡陈甥希苹娶
3、第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,第一节 反应器和反应操作,反应器 (reactor) :进行化学或生物反应的容器的总称。 反应器:实现反应的外部条件。 反应器的操作方式和反应器的结构决定反应器的特性(包括反应器内物料的流动状态、混合状态以及质量和能量传递特性)。 同一反应在具有不同特性的反应器内进行,会产生不同的反应结果。,料醛导赊囚县坏股酋封伶橙暴人日沂仰盆厂颓工桂迪采搪锣出沏莱播吮堡第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器的操作方式(间歇操作),将反应原料一次加入反应器,反应一段时间或达到一定的反应程度后一次取出全部的反应物料,然后进入下一轮操作。 基本特征:间歇
4、反应过程是一个非稳态的过程,反应器内组成随时间变化而变化。,浓度 cA,物质的量 nA,体积V,浓度 cA,物质的量 nA,反应时间,浓度,完全混合流反应器,反应物,反应产物,哉式牵树枫夫所少胳迢棵氨密钝致太醛钦公纺洛妒殃嘎廉蛛诲淘莆喧窑诸第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器的操作方式(间歇操作),主要优点:操作灵活,设备费低,适用于小批量生产或小规模废水的处理。 主要缺点:设备利用率低,劳动强度大,每批的操作条件不易相同,不便自动控制。 常见的间歇反应器: 高压锅、序列间歇式活性污泥法,傲湍宋叫峨燎枚挥氨凸闯绝巾紧扳抬俺央吾投谤幕掳覆匝币灵疹阻斌凳锰第11章反应动力学基础第1
5、1章反应动力学基础,反应器的操作方式(连续操作),原料连续输入反应器,反应产物也连续地流出反应器 基本特征连续反应过程是一个稳态过程,反应器内各处的组成不随时间变化,反应量 -rAV,浓度cA 体积V,A的流入量,A的流出量,趁兰老侠裂拱失卤劝滋什啥湖轩沈持璃釜西稳外出拈饿襟狐隆硝桶鼻损酥第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器的操作方式(连续操作),主要优点便于自动化,劳动生产率高,反应程度与产品质量较稳定。规模大或要求严格控制反应条件的场合,多采用连续操作。 主要缺点灵活性小,设备投资高。 常见的连续操作反应器,污水的活性污泥处理系统,拎腾颐类恐吸村涛氧辱谦词航举用汪孜灭苍秉仑
6、酋诡稀略齐锅捉苹街办希第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器的操作方式(半间歇操作/半连续操作),原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或输出,而其它成分分批加入或取出的操作称为半间歇操作或半连续操作。 半间歇操作具有间歇操作和连续操作的某些特点。反应器内的组成随时间变化而变化。 采用半间歇操作/半连续操作主要是为了消除反应过程中某物质的抑制或提高某类物质的得率或收率,洋重跪良逸箕拇肥拿盗轩师虐宏竿诌险材掖呜春肇升厦初曹仕隔个博禽趁第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器操作的工程概念,反应持续时间 (reaction time):简称反应时间,主要用于间歇反应器,指
7、达到一定反应程度所需的时间。 停留时间 (retention time):亦称接触时间,指连续操作中一物料“微元”从反应器入口到出口经历的实际时间。 平均停留时间:在实际的反应器中,各物料“微元”的停留时间不尽相同,存在一个分布,即停留时间分布。各“微元”的停留时间的平均称平均停留时间。,受符淀羌仍褂唉猎决司览桌讲儿多巴分浴巷购奸艾膏影眯锑臻掷绅鳃兽爹第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器操作的工程概念,空间时间(空时、空塔接触时间)(space time, ) 反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。 空间时间 注意: 具有时间的单位,但和反应时间、接触时间不同 处理
8、与反应器等体积的物料所需要的时间。 例:30s 表示了每30s处理与反应器有效体积相等的流体,忻暗晦掘制早健始咆富声炉衬姑韧遵淤膛柬莽顷天聘佣加巴散悟择钓笼何第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器操作的工程概念,空间速度(空速)(space velocity,SV) 单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量。 空间速度 注意: 单位为时间的倒数。 表示单位时间内能处理几倍于反应器体积的物料,反映了一个反应器的强度。(SV2 h-1表示1h处理2倍于反应体积的流体。) 空速越大,反应器的负荷越大。,盆臼等我松拜俭颠件罗绽那茸绝负容扫翘际宝统紫尉遍往蛇肺壮国言诧黄第11章反应动力学
9、基础第11章反应动力学基础,反应器内反应物流动与混合状态,理想状态下两种流动状态 1)完全混合流 (complete mixing):亦称全混流、理想混合,反应物进入反应器后,能瞬间达到完全混合,反应器内的浓度、温度等处处相同。全混流可以认为返混为无限大。 2)(平)推流 (plug/ piston flow):亦称活塞流、挤出流,反应物以相同的流速和一致的方向移动,即反应物在反应器内齐头并进。在径向充分混合,但不存在轴向混合,即返混为零。,愧彦还租串损馆丘摹钵醚惑酗盟酥少牡勒慨榨殴疚谨珊夯廊詹棒忘蕴显苍第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器内反应物流动与混合状态,非理想流态:介
10、于全混流和推流之间的流态 实际的反应器中,一般存在浓度、温度和流速的分布,从而可能造成不同的“流团”间有不同的停留时间、组分、浓度和反应速率。 返混(back mixing): 处于不同停留时间的“流团”间的混合称返混。 混合后形成的新“流团”的组分和浓度与原来的“流团” 不同,反应速率亦可能随之发生变化,影响了整个反应器的反应特性。,茅剑工侣并诺峨契复菲兜丝秆猩刮湖割锥琴岸靴决熟旺愧鹤具炕馈绣福底第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器的类型,按反应器的结构分类:釜(槽)式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床、膨胀床 、流化床等。塔式反应器又分为鼓泡塔和填料塔 按反应物的聚集状
11、态分类:均相反应器、非均相反应器(如气-液反应器等) 按反应操作分类:间歇反应器(分批反应器)、连续反应器和半连续反应器以及恒温反应器、非恒温反应器等。 按流态分类:理想流反应器和非理想流反应器。理想流反应器又分为完全混合流(全混流)反应器和推流反应器。,斡翱暇假氟篇议势向暗羔捎零炎霞绊贞惮掀但剔壳椿凛饺樟蚌鲸酝萤娩恤第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应器的设计和放大,设计过程 选择合适的反应器型式; 确定最佳的操作条件; 计算达到规定的目标所需要的反应体积,确定反应器的主要尺寸。 反应器设计用到的基本方程: 反应动力学方程、物料/能量/动量衡算式 放大步骤 从实验室到实际规模应
12、用:逐级经验放大、数学模型设计,甄法仍饶条闹欢怜徊孤具息困妇摩升严铝戳瓣姓色侩相辨屑锰呕职试浇疫第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,第二节 反应的计量关系,反应物 (reactants):反应的出发物质 产物 (products):反应中产生的物质 反应组分 (reaction mixture):参与反应的物质总称 反应式:描述反应物经过反应生成产物的过程关系式 计量方程:表示参与反应的各组分量的变化,与反应历程无关。 计量方程中M表示各组分的摩尔质量,阂碗惟兵短旗贬熔挥洪沽哪植岿颂列他洋猖扎唆储枣够扭红豹柳奥炎霜广第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,膨胀因子的计算,每消耗
13、1mol的某反应物所引起的反应系统总物质的量的变化量()称为该反应物的膨胀因子。 等分子反应:计量方程中计量系数的代数和等于零,膨胀因子为0。 非等分子反应:计量系数的代数和非为零(可正、可负),A物质膨胀因子如下,哎揣宴萍染沉赶露斋擂奋秘坯意读贺嗜膀缺岭曼枫皑萄淤勺素哪埔镊芋岛第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,膨胀因子的计算,例题:已知某反应反应计量式如下:A+2B=3C+4D B物质的膨胀系数 D物质的膨胀系数 计算膨胀因子的意义,脉将张帧吴斧跌较臆哲乳肺艳绎颤仔违獭迁短却喉鲸俯猫盼蔡结婉杭默株第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,膨胀因子的计算,【例题11.2.1】丙
14、烷在870K附近时的热分解反应的计量方程为: 试计算1摩尔的丙烷分解后反应体系的总摩尔数将增加多少? 解:丙烷的膨胀系数为: 故每分解1 mol的丙烷反应体系的总物质的量将增加0.968 mol。,提姜箍蚤锰扒拿甸灵军列媒刷讳旭障雇脆同爷堕渍柳堵拖益锡酱筏来背舟第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反 应 的 分 类,根据独立的计量方程的个数分类: 简单反应(单一反应)基元反应 包括可逆反应 复杂反应(复合反应) 平行反应 串联反应 平行-串联反应,蚕隧觅辱授范灵铺噶姓锑缨咱哗恃载仰室旷凹最渊篮侦支逃仓婆熔域佳疮第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反 应 的 分 类,根据反应
15、系统中反应物的相态及其数量分类: 均相反应:反应组分处于同一相 非均相反应:反应组分处于不同相 两类特殊的非均相反应 均相内反应(如反应只发生在液相的气液相反应) 界面反应(反应只发生在相界面上的反应:如固相催化反应),囊钉菏苯猿羞孽诣痒捉撞坦吊勉踢贷心馋萎臣抡炎粪碳遁经篙煽婿悦挚歉第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,反应过程中系统内各物理量的变化,不发生变化的物理量:反应组分的总质量 可能发生变化的物理量: 总物质的量 体积(不变时称恒容反应) 压力(不变时称恒压反应) 温度(不变时称恒温反应),特坑触簿佳骑戊受讼地忻暮焦澡桩资舞快悠琐酌刚揍呻止额垦嚼铂否到急第11章反应动力学基础
16、第11章反应动力学基础,反 应 进 度,为了准确表达反应进行的程度,引入“反应进度” 对计量方程 反应进度 表示为 或,仇椰漾走锈疑井乘烦浓积童玩瘩瑰疆渍每凶碌蛇家喜诌烟烽舷知淬开循漏第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,转 化 率,某组分k的转化率Xk也可用来表示反应的程度 环境工程中,污染物的转化率称去除率 间歇反应的转化率的定义: xA=(nA0nA)/nA0=1nA/nA0 连续反应的转化率 xA=(qnA0qnA)/qnA0=1qnA/qnA0 qnA0和qnA分别为流入和排出反应器的A组分的量,俱麻社少途淋说菊鲜遍耪轿善斧嘎狙返定统哀炎蔽簿吏巾记炽彭军蹈叛颗第11章反应动力
17、学基础第11章反应动力学基础,转化率与质量分数(xm)的关系(反应前后总质量不变),转化率与摩尔分数(z)的关系(反应前后摩尔总数可能变化) (表11.2.1),转化率与浓度的关系(适用于恒容体系) (表11.2.2),(11.2.28),非恒容体系?,xmA = xmA0(1xA),xA = (xmA0 xmA)/ xmA0,xA = (cA0 cA)/ cA0,cA = cA0(1 xA),阉烟盗隧寡帽匿淆四崔毙你决砒膜求续蹭祝抗睫撒臃勘竹壤镍靠债吹需即第11章反应动力学基础第11章反应动力学基础,【例题11.2.2】一间歇反应器中含有10.0 mol的反应原料A,反应结束后,A的剩余量为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 11 反应 动力学 基础
链接地址:https://www.31doc.com/p-5912323.html