化学反应工程总复习.

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一、 一阶线性微分方程及其解法 二、 一阶线性微分方程的简单应用 三、 小结及作业 §6.2 一阶线性微分方程.
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目录 上页 下页 返回 结束 习题课 一、导数和微分的概念及应用 二、导数和微分的求法 导数与微分 第二章.
2.8 函数的微分 1 微分的定义 2 微分的几何意义 3 微分公式与微分运算法则 4 微分在近似计算中的应用.
第八章 第四节 机动 目录 上页 下页 返回 结束 一个方程所确定的隐函数 及其导数 隐函数的微分法.
2.6 隐函数微分法 第二章 第二章 二、高阶导数 一、隐式定义的函数 三、可微函数的有理幂. 一、隐函数的导数 若由方程 可确定 y 是 x 的函数, 由 表示的函数, 称为显函数. 例如, 可确定显函数 可确定 y 是 x 的函数, 但此隐函数不能显化. 函数为隐函数. 则称此 隐函数求导方法.
2.5 函数的微分 一、问题的提出 二、微分的定义 三、可微的条件 四、微分的几何意义 五、微分的求法 六、小结.
全微分 教学目的:全微分的有关概念和意义 教学重点:全微分的计算和应用 教学难点:全微分应用于近似计算.
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第二章 反应动力学基础.
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电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数 ——Rate Constant for the Saponification of Ethyl Acetate by a Conductometric Method 化学系基础实验中心.
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第4章 化学反应速率 第一节 反应速率的定义 一、平均速率 以单位时间内反应物(浓度)的减少量或生成物(浓度)的增大量表示
第三章 函数逼近 — 最佳平方逼近.
第四章 釜式及均相管式反应器.
分式的乘除.
§11.2 速率方程的积分形式 2.2 一级反应 (1)积分形式 (2)动力学特征 (3)应用举例
第七章 化学反应速率 本章主要内容及要求: 1.化学反应速率的概念及其实验测定方法。 2.了解反应速率理论:碰撞理论、过渡状态理论。
第一次世界大战的时候,一位法国飞行员在2 000 m高空飞行的时候,发现脸旁有一个小玩意儿在游动着,飞行员以为这是一只小昆虫,敏捷地把它一把抓了过来,令他吃惊的是,他发现他抓到的竟是一颗德国子弹!     问题:大家都知道,子弹的飞行速度是相当快的,这名法国飞行员为什么会有这么大的本领呢?为什么飞行员能抓到子弹?
第3章 化学动力学基础.
第 5 章 化学反应速率.
第4章 化学反应速率.
化学反应速率 一定条件下单位时间内某化学反应的反应物转变为生成物的速率。
复杂反应的动力学方程 复杂反应的类型 可逆反应 在反应物发生化学反应生成产物的同时,产物之间也在发生化学反应回复成原料。如:
物理化学电子课件-第五章 化学反应速率及温度的选择.
恰当方程(全微分方程) 一、概念 二、全微分方程的解法.
第五节 微积分基本公式 、变速直线运动中位置函数与速度 函数的联系 二、积分上限函数及其导数 三、牛顿—莱布尼茨公式.
一、原函数与不定积分 二、不定积分的几何意义 三、基本积分公式及积分法则 四、牛顿—莱布尼兹公式 五、小结
第二节 微积分基本公式 1、问题的提出 2、积分上限函数及其导数 3、牛顿—莱布尼茨公式 4、小结.
第四章 函数的积分学 第六节 微积分的基本公式 一、变上限定积分 二、微积分的基本公式.
第5章 定积分及其应用 基本要求 5.1 定积分的概念与性质 5.2 微积分基本公式 5.3 定积分的换元积分法与分部积分法
第三章 釜式反应器.
第四节 一阶线性微分方程 线性微分方程 伯努利方程 小结、作业 1/17.
连续操作釜式反应器 单个连续釜 多个串联连续釜.
第三章 多维随机变量及其分布 §2 边缘分布 边缘分布函数 边缘分布律 边缘概率密度.
§3.7 热力学基本方程及麦克斯韦关系式 热力学状态函数 H, A, G 组合辅助函数 U, H → 能量计算
第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量的变化.
2.1.2 空间中直线与直线 之间的位置关系.
基准物质(p382,表1) 1. 组成与化学式相符(H2C2O4·2H2O、NaCl ); 2. 纯度>99.9%; 3. 稳定(Na2CO3、CaCO3、Na2C2O4等) 4. 参与反应时没有副反应.
从物理角度浅谈 集成电路 中的几个最小尺寸 赖凯 电子科学与技术系 本科2001级.
过程自发变化的判据 能否用下列判据来判断? DU≤0 或 DH≤0 DS≥0.
第二十二章 曲面积分 §1 第一型曲面积分 §2 第二型曲面积分 §3 高斯公式与斯托克斯公式.
3.8.1 代数法计算终点误差 终点误差公式和终点误差图及其应用 3.8 酸碱滴定的终点误差
概 率 统 计 主讲教师 叶宏 山东大学数学院.
§1体积求法 一、旋转体的体积 二、平行截面面积为已知的立体的体积 三、小结.
第15章 量子力学(quantum mechanics) 初步
3.1 变化率与导数   3.1.1 变化率问题 3.1.2 导数的概念.
第三章 化学动力学基础 §3.1 化学反应速率的概念 §3.2 浓度对反应速率的影响 —速率方程式 §3.3 温度对反应速率的影响
第五节 缓冲溶液pH值的计算 两种物质的性质 浓度 pH值 共轭酸碱对间的质子传递平衡 可用通式表示如下: HB+H2O ⇌ H3O++B-
第一节 不定积分的概念与性质 一、原函数与不定积分的概念 二、不定积分的几何意义 三、基本积分表 四、不定积分的性质 五、小结 思考题.
第三章 函数的微分学 第二节 导数的四则运算法则 一、导数的四则运算 二、偏导数的求法.
第15讲 特征值与特征向量的性质 主要内容:特征值与特征向量的性质.
第四节 第七章 一阶线性微分方程 一、一阶线性微分方程 *二、伯努利方程.
热力学第一定律的应用 --理想气体等容过程、定容摩尔热容 --理想气体等压过程 、定压摩尔热容.
§2 方阵的特征值与特征向量.
直线的倾斜角与斜率.
第五章 反应动力学和反应器 5.1 反应动力学 反应的分类 按化学反应特性分类
定义5 把矩阵 A 的行换成同序数的列得到的矩阵,
第四节 向量的乘积 一、两向量的数量积 二、两向量的向量积.
第四章 函数的 积分学 第七节 定积分的换元积分法     与分部积分法 一、定积分的换元积分法 二、定积分的分部积分法.
第六章 化学反应工程学 6.1 概述 化学反应器的作用 1. 化学反应器:化工生产中用于进行化学反应的设备。
第三节 数量积 向量积 混合积 一、向量的数量积 二、向量的向量积 三、向量的混合积 四、小结 思考题.
实验八 化学反应速率和活化能 v = k ·cm (S2O82-)·cn(I-) 实验原理: 在水溶液中S2O82-与I-发生如下反应:
专题2 化学反应速率和化学平衡 化学平衡常数.
§3.1.2 两条直线平行与垂直的判定 l1 // l2 l1 ⊥ l2 k1与k2 满足什么关系?
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化学反应工程总复习

第二章 均相反应动力学 一、主要基本概念、基本理论 ⒈化学计量方程 第二章 均相反应动力学 一、主要基本概念、基本理论 ⒈化学计量方程 表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系,如方程:aA+bB=pP+sS 表明每反应掉a个摩尔的A,将同时反应掉b个摩尔的B,并生成p个摩尔的P和s个摩尔的S。 物料衡算:

⒉化学反应速率  定义:化学反应速率为单位时间、单位体积内关键组分的质量摩尔数的变化量 公式:ri=± ⒊反应转化率、收率、选择性 ①.转化率 ②.收 率 Yp = ③.选择性 Sp = ④.转化率、收率、选择性三者之间的关系 Yp= x·Sp

⒋动力学方程 ⑴.反应速度常数 .Arrhenius方程 ⑵.简单不可逆反应动力学方程 ①.一级反应 ②.二级反应

⑶.简单可逆反应动力学方程 ①.一级反应 ②.一、二级反应 ⑷.复杂反应动力学方程 ①.一级平行反应

②.一级连串反应 ⑸.其它反应 均相自催化反应 ⒌恒温变容过程 ⑴.定义 ①.膨胀因子δi: δi表示关键组分i每消耗(或生成)一摩尔时,整个物系摩尔数的变化值。 例

②.膨胀率εA:εA表示当关键组分i全部转化后系统体积的变化分率 二、例题部分 【例1-1】 实验测得五氧化二氮在不同温度下分解反应的速度常数如下: 温度 K 288.1 298.1 313.1 323.1 338.1 k s -1 1.04×10 -5 3.38×10 -5 2.47×10 - 4 7.59×10 - 4 4.87×10 - 3 求反应速度常数的频率因子和活化能。

【解】由Arrheniuus方程可得:lnk=lnk0-E/(RT) 3.74×10 - 3 3.35×10 - 3 3.19×10 - 3 3.10×10 - 3 2.96×10 - 3 lnk -11.47 -10. 30 -8. 31 -7.18 -5. 32 以lnk对1/T作图得到一条直线由直线的斜率和截距即可求得E和k0: k0=1.59×1013 S -1 E=100.48 kJ/mol 【例1-2】某反应的化学计量方程式为 A+B=2R,问此反应的级数是多少? 【解】反应级数不一定要与化学计量系数相符,而且反应级数与化学计量系数常常是不相符的,因为没有反应速率的数据,所以不能确反应级数。

【例1-3】反应A→B为n级不可逆反应。已知在300K时,要使A的转化率达到20%需 12. 6分钟,而在340K达到同样的转化率仅需要3 【解】 反应速度为: 当n ≠1时 由此可得: 式中 因此有 k 300=M÷12.6 k340=M÷3.2 解得: E=29.06 (kJ/mol)

【例1-4】假如CA=1mol/l时 , 问CA=10 mol/l时的反应速率是多少? 【解】 题中没有给反应级数,也就是反应速率的浓度属性不知道, 因为没有给出求取高浓度下反应速率的足够资料,所以不能回答这个问题。

【例1-5 】在一均相等温液相聚合反应中,单体的初始浓度为0. 04mol/l和0 【例1-5 】在一均相等温液相聚合反应中,单体的初始浓度为0.04mol/l和0.8mol/l时,在34分钟内单体均消失20%,问单体的消失速率是多少? 【解】 因为消失速率与初始浓度无关,所以此反应是一级反应,即: 式中:C0为单体初始浓度,C为单体浓度。 代入已知值可求出速率常数 所以单体的消失速率为:

【例1-6】液体A按二级不可逆反应动力学式分解,在间歇反应器中5分钟时转化50%,问转化75 %的A需要增加多少时间? 【解】对二级反应 对于50%转化率 对于75%转化率 所以需要增加10分钟。

【例1-7 】在间歇反应器中进行一级可逆反应 ,CA0=0.5mol/l,CR0= 0,8分钟时A的转化率为33.3%,而平衡转化率为66.7%,求此反应的速率式。 【解】 积分得 (1) 反应平衡rA=0 ∴ (2) 代入(1)得 所以 (3) 联立(2)式和(3)式得 k2 = 0.0866÷3 = 0.02887  min-1 k1 = 2k2 = 2×0.02887 = 0.05774 min-1 所以的消失速率式为rA=0.05774CA-0.02887CR mol/(min·l)

第三章 均相反应器 一、主要基本概念、基本理论 ⒈物料衡算:以质量守恒定律为基准,是计算反应器体积的基本方程。以反应物A为例: 第三章 均相反应器 一、主要基本概念、基本理论 ⒈物料衡算:以质量守恒定律为基准,是计算反应器体积的基本方程。以反应物A为例: (A的流入量)=(A的流出量)+(A的反应量)+(A的累积量) 1 2 3 4 ⑴ 连续系统:① 稳态时第4项等于零。② 非稳态时4项都存在。 ⑵ 间歇系统:第1、2项等于零。

(带入的热量)=(带出的热量)+(反应吸热量)+(热量的累积)+(传向环境的热量) ⒉热量衡算:以能量守恒定律为基准,是计算反应器中温度变化的基本方程。  (带入的热量)=(带出的热量)+(反应吸热量)+(热量的累积)+(传向环境的热量) 1 2 3 4 5 ⑴ 连续系统:① 稳态时第4项等于零。 ② 绝热时第5项等于零。 ③ 非稳态、非绝热时5项都存在。 ⑵ 间歇系统:① 非绝热时第1、2项等于零。 ② 绝热时第1、2、5项等于零。

⒊间歇反应器:物料按一定配比一次加入进反应器,反应终了时,产物一次取出。 ⑴ 特点: ① 任一瞬间,在反应器内各点的物料浓度相同、温度相同。 ② 在反应器内各点的物料浓度、温度随反应时间变化。 ⑵ 设 计 式: ① 基础设计式: ② 恒 容 时: ⑶ 变温过程: 式中: U ─ 给热系数 A h─ 与单位物料体积相当的传热面积 Tm─ 传热介质温度 ρ─ 物料密度

⒋平推流反应器:物料连续流入、流出反应器。 ⑴特点:① 稳态时,所有物料在反应器中的停留时间都相同。 ② 稳态时,同一截面上的物料组成、温度不随时间变化。 ③ 在流动方向上没有物料返混,反应物的浓度、温度沿反应器管长连续变化。 ⑵ 设 计 式: ① 基础设计式 ② 恒 容 时 ⑶ 变温过程:

⒌全混流反应器:物料连续流入、流出反应器。 ⑴ 特点: ① 稳态时,釜内各空间位置上的物料浓度、温度都相同,且不随时间变化。 ② 稳态时,釜内的物料组成、温度与反应器出口处的物料组成、温度相同。 ⑵ 设计式: ① 基础设计式: ② 恒 容 时: ⑶ 热量衡算: ⑷ 热稳定判据: ① QT = Qg ② 式中: QT ─ 移热速率   Qg─ 放热速率

【解】 对于全混流反应器 故反应器的体积为: VR = Q0τ= 0.5×24.28 = 12.14 (m3) 【例题2-1】考虑在全混流反应器中进行的丁二烯和丙烯酸甲酯的缩合反应:CH2=CH─CH=CH2+CH2=CH─COOCH3─→ C6H9COOCH3(简写为A+B─→C),以AlCl3为催化剂,反应温度为 20℃,液料的体积流速为0.5m3/h,丁二烯和丙烯酸甲酯的浓度为CA0=96.5mol/m3,CB0=184mol/m3,催化剂AlCl3的浓CD= 6.63 mol/m3。实验测得该反应的速度方程为:      rA=kCACD      k =1.15×10-3 m3/(mol·ks) 若要求丁二烯的转化率为40%,试求反应器的体积。 【解】 对于全混流反应器 故反应器的体积为: VR = Q0τ= 0.5×24.28 = 12.14 (m3)

【例题2- 2】一混合物含90%(mol比)A(45mol /l)和10%(mol比)杂质B(5mol/l),为使产品质量令人满意,反应终了时,混合物中的A和B的分子比必须等于或高于100:1,D、A和B均可以反应,反应式如下: A+D─→R    rA = 21CACD B+D─→S    rB = 147CBCD 假设D反应完全,为获得所希望的质量每批混合物中需加多少D?

【解】 已知  -dCA/dt = 21CACD ① -dCB/dt = 147CBCD ② ①、②两式相除,分离变量并积分 ③ 题意要求最终混合物中 CAf≥100CBf ④ 将④式代入③式: 所以 CBf = 0.3 mol/l CAf = 30 mol/l 因此需加入的D为:50-0.3-30 = 19.7 (mol/l) 即每升混合物必须加入和反应掉19.7molD。 (反应掉的A:45-30=15;反应掉的B:5-0.3=4.7 消耗掉的D:15+4.7=19.7)

【例题2- 3】某液相反应 A+B→P 在两个串联的全混釜中进行,已知反应为二级, 速率常k=0 【例题2- 3】某液相反应 A+B→P 在两个串联的全混釜中进行,已知反应为二级, 速率常k=0.8m3/(kmol·s),进液流量、料液浓度及限制反应物的转化率均标于图中,试分别求出两个反应器体积VR1和VR2(假定反应过程中物料的密度衡定)。

【解】 FAO= Q 01CA0 = 0.004×0.02 = 0.00008 kmol/s FB0= Q 02CB0 = 0.001×1.00 = 0.001 kmol/s 因此A为限制性反应物 CA0'= 0.00008÷(0.004+0.001) = 0.016 kmol/m3 CB0'= 0.001÷(0.004+0.001 ) = 0.2 kmol/m3

【例题2-4】在一定空时(空时=体积/流量)的全混釜中进行如下反应,求R产量最大时的反应温度(注意和活化能联系起来)。 【解】(1)若E1>E2 、E3,应采用尽可能高温; (2)若E1<E2 、E3,应采用尽可能低温; (3)若E1介于E2 、E3之间, 对A: 对R:

对上式求导并令其为零: 得 满足此式的T使CR最大。

【例题3.1】在两个串联的温度相同的全混流釜式反应器中进行一级液相反应(如附图所示),试证明当反应器大小相同时,两个反应器的总容积最小。 C0 C1 C2 证明:总容积最小,相当于总的空时最小。 (1) 对第一个反应器: (2) 对第二个反应器: 上两式相加得: 为使总空时最小: 即: 代入VR公式得出V1=V2

【例题3.2】两种反应液依次进入一个全混流釜式反应器和一个平推流管式反应器内进行基元反应A+B→ R+S。其中B大大过量。现在提出了各种提高产量的方法,其一是调换两个反应器的次序,试问这样做对转化率有何影响? 解: C0 C1 C2 C0 C1‘ C2‘ 因B是大大过量的,所以对A是一级反应。对于原方案: 对全混流釜式反应器: 对平推流管式反应器: 由上两式得:

对于新方案: C0 C1‘ C2‘ 对平推流管式反应器: 对全混流釜式反应器: 由上两式得: 可以看出两种方案的出口浓度相同,所以调换两个反应器的次序不影响转化率。不过上述结论仅仅适用于等容一级反应,其他则不能得到上述结论。

【例题3.3】在液体中,反应物A按下式生成R和S: k1 R 一级反应 A k2 S 二级反应 原料(CA0=1、CR0=CS0=0)进入两个串联的全混流釜式反应器中(τ1=2.5min,τ2=5min ),已知第一个反应器中的组成(CA1=0.4,CR1=0.4,CS1=0.2)试求第二个反应器出口的组成。 CA0=1.0 CA1=0.4 CA2 CR1=0.4 CR0=0 CR2 CS1=0.2 CS0=0 CS2 τ1=2.5min τ2=5min 解:利用全混流釜式反应器的设计方程求解:

对第二只反应器中A的消失而言: 解得: CA2=0.1 因两个反应器的级数相同,而k1=2k2,且CR2+CS2=0.9则得: 即: 所以: CR2=0.6, CS2=0.3