第11章-反应动力学基础(环境工程原理)课件

第III篇,反应工程原理,第一页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,利用化学和生物反应，使污染物转化成为无毒无害或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化的技术，即转化技术是去除污染物和净化环境的重要手段。,沉淀反应：,水中重金属的沉淀分离,氧化反应：,还原性无机污染物和有机污染物氧化分解,生物降解：,反应常用于有机废水、挥发性有机废气、恶臭气体和有机固体废弃物的处理,生物硝化反硝化：,水中硝酸氮的生物去除,第III篇 反应工程原理,第二页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,将化学和生物反应原理应用于污染控制工程，需要借助适宜的装置，即反应器来实现。,系统掌握,反应器的基本类型,及其,操作原理,和,设计计算方法,，对于优化反应器的结构型式、操作方式和工艺条件，提高污染物去除效率有重要意义。,第III篇 反应工程原理,本篇主要阐述化学与生物反应的计量学、动力学及其研究方法，环境工程中常用的各类化学和生物反应器及其基本设计计算方法等。,第三页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,相同的环境条件（温度、压力）,相同的反应器体积,同一反应,相同的反应物料组成和浓度,反应结果（反应速率、反应进度）是否相同？,不同的反应器结构,不同的操作方式,影响反应结果（反应速率、反应进度）的主要因素,第III篇 反应工程原理,利用“转化原理,”,高效、快速去除污染物的关键是什么？,第四页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,反应本身特性：反应热力学、动力学,反应器的特性：质量传递、混合状态等,反应工程的主要研究内容,主要研究内容：,反应动力学和反应器。,反应动力学：,从工程应用的角度阐明反应速率与各项物理因素（温度、浓度、压力、催化剂）之间的关系。,反应器：,在反应动力学的基础上，论述反应器的设计和操作的优化等问题。,影响反应速率和转化率的主要因素是什么？,第III篇 反应工程原理,第五页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,研究对象：,工程应用中的反应过程,研究目的：,工程应用中反应过程的优化,优化对象：,反应器的型式、结构、操作方式、工艺条件等,目标函数：,反应速率、转化率、,能量消耗、设备费用、运行费用等。,第III篇 反应工程原理,反应工程的主要研究内容,第六页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第十一章,反应动力学基础,第十二章,均相化学反应器,第十三章,非均相化学反应器,第十四章,微生物反应器,第十五章,反应动力学的解析方法,第III篇 反应工程原理,本篇的主要内容,第七页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第十一章,反应动力学基础,第八页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第十一章,反应动力学基础,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,本章主要内容,第九页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第一节 反应器与反应操作,一、反应操作,二、反应器,三、反应器的操作方式,四、反应器内物料的流动与混合状态,五、反应器的类型,六、反应器的设计,七、反应器的放大,本节的主要内容,第十页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第一节 反应器与反应操作,一、反应操作,利用化学或生物反应进行工业生产或污染物处理时，需要,通过反应条件等的控制，使反应向有利的方向进行,。,为达到这种目的而采取的一系列工程措施通称为反应操作(,operation of reaction,)。,二、反应器,反应器 (reactor) ：进行化学或生物反应的容器的总称。,化学反应器 (chemical reactor),生物反应器 (bioreactor/biological reactor),反应器是实现反应的外部条件，,同一反应在具有不同特性的反应器内进行，也会产生不同的反应结果。,第十一页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,反应器研究开发的主要目的：,选择合适的反应器型式；,反应器的设计计算（确定反应器的尺寸）；,确定操作方式和优化操作条件；,反应器性能的评价。,反应器内反应物的,流动状态、混合状态、浓度与温度分布、质量和能量传递性能,等,反应器的特性及其决定因素,反应器的结构型式、操作方式、操作条件等,第一节 反应器与反应操作,第十二页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,三、反应器的操作方式,间歇操作（分批操作）(batch operation),充/排式操作 (fill and draw operation),连续操作 (continuous operation),半间歇操作 (semi-batch operation),半连续操作 (semi-continuous operation),第一节 反应器与反应操作,第十三页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（一）间歇操作（分批操作）,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。,浓度,c,A,物质的量,n,A,体积,V,第一节 反应器与反应操作,第十四页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,操作特点：,反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，,不存在物料的进与出,。,基本特征：,间歇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,。,反应时间,浓度,间歇反,应器,反应物,反应产物,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。,间歇操作的主要特点,第一节 反应器与反应操作,第十五页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,充/排式操作,(fill and draw),应用：,微生物的培养、驯化；污水处理特性的研究,操作：,将废水或培养液一次加入反应器(培养器)，同时添加微生物菌种。培养一定时间后，取出部分培养液，并加入新鲜的废水或培养液，进入下一批培养，如此反复。,第一节 反应器与反应操作,进水工序,反应工序,沉淀工序,排水工序,静置工序,污水,处理水,空气,充,/,排式操作的应用,序批式活性污泥法(,Sequencing Batch Reactor,，简称SBR),第十六页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器,（二）连续操作,处理水,污水,曝气池,二沉池,回流污泥,剩余污泥,初沉池,连续操作的应用（污水的活性污泥处理系统）,第一节 反应器与反应操作,反应量,-,r,A,V,浓度,c,A,体积,V,A的流入量,A的流出量,第十七页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,操作特点,物料连续输入，产物连续输出，,时刻伴随着物料的流动,。,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,。（反应组分、浓度可能随位置变化而变化。）,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。,连续操作的主要特点,第一节 反应器与反应操作,第十八页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,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。,（三）半间歇操作/半连续操作,主要特点：,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。,反应量,-,r,A,V,浓度,c,A,，,c,B,体积,V,A的流入量,应用：,生物反应器的分批补料操作,(fedbatch operation)，,又称“补料分批操作”，俗称“流加操作”,第一节 反应器与反应操作,第十九页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,简称反应时间，,主要用于间歇反应器,，指达到一定反应程度所需的时间。,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。,反应持续时间,(reaction time),：,（四）有关反应器操作的几个工程概念,停留时间,(retention time)：,第一节 反应器与反应操作,第二十页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,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(,q,v,)之比值。,空间时间,(11.1.1),注意：,具有时间的单位，但不是反应时间也不是接触时间,可视为处理与反应器体积相同的物料所需要的时间。,30s 表示了什么？,每,30,s处理与反应器有效体积相等的流体,第一节 反应器与反应操作,第二十一页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,空间速度（空速）(,space velocity,),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。,第一节 反应器与反应操作,(11.1.2),第二十二页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,四、反应器内反应物的流动与混合状态,在实际的反应器中，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。,(例子：同时进场以班为单位顺序出场；跳球抽号机),返混,(back mixing),：,处于不同,年龄,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，,这将,影响整个反应器的反应特性。,（,年龄,：,“流团”在反应器中已停留的时间。）,第一节 反应器与反应操作,第二十三页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,完全混合流（亦称全混流、理想混合）(,complete mixing,)：,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,。,（平）推流（亦称活塞流、挤出流）(,plug/ piston flow,)：,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。,理想流动状态：,全混流和推流是两种极端的流动状态，通称为理想流。介于全混流和推流之间的流态为非理想流态。,第一节 反应器与反应操作,第二十四页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,五、反应器的类型,（一）按反应器的结构分类：,釜（槽）式(tank)反应器、管式(tubular)反应器、塔式(column/tower)反应器、固定床(fixed bed reactor)、膨胀床 (expanded bed reactor)、流化床(fluidized bed reactor)等。,（二）按反应物的聚集状态分类：,均相反应器、非均相反应器（如气,-,液反应器等）,（三）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。,（四）按流态分类,：理想流反应器和非理想流反应器。前者又分为完全混合流（全混流）反应器和推流反应器。,第一节 反应器与反应操作,第二十五页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第二十六页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,六、反应器的设计,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,七、反应器的放大,从实验室到实际规模应用：逐级经验放大、数学模型设计,第一节 反应器与反应操作,第二十七页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第一节 反应器与反应操作,(1) 快速去除污染物的关键是什么？,(2) 反应器的一般特性主要指哪几个方面？,(3) 反应器研究开发的主要任务是什么？,(4) 什么是间歇操作、连续操作和半连续操作？它们一般各有哪些主要特点？,(5) 什么是空间时间和空间速度？它们所表达的物理意义分别是什么？,本节思考题,第二十八页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第一节 反应器与反应操作,(6) 一般情况下，反应器内的流体流动状态会对反应结果产生影响，为什么？,(7) 根据反应物料的流动与混合状态，反应器可分为哪些类型。,(8) 反应器设计的基本内容包括哪几个方面？它通常用到哪几类基本方程？,本节思考题,第二十九页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,一、反应式与计量方程,二、反应的分类,三、反应进度与转化率,第二节 反应的计量关系,本节的主要内容,第三十页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,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,)：,参与反应的物质的总称,反应式：,描述反应物经过反应生成产物(products)的过程的关系式,注意：,反应式表示反应,历程，并非方程式，不能按方程式的运算规则将等式一侧的项移到另一侧。,一、反应式与计量方程,第二节 反应的计量关系,第三十一页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,计量方程,(stoichiometric equation)：,描述各反应物、生成物在反应过程中的量的关系的方程。,A,M,A,+,B,M,B,=,P,M,P,+,Q,M,Q,(-,A,),M,A,+ (-,B,),M,B,+,P,M,P,+,Q,M,Q,=0,方程中,M,A,、,M,B,、,M,P,和,M,Q,的物理,意义是什么？,表示各组分的摩尔质量。,第二节 反应的计量关系,第三十二页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,等分子反应：,计量方程中计量系数的代数和等于零,非等分子反应：,计量系数的代数和非为零（可正、可负）,膨胀因子：,每消耗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”与“非等分子反应”,第二节 反应的计量关系,(11.2.4),(11.2.5),第三十三页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,【例题11.2.1】,丙烷在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,。,第二节 反应的计量关系,第三十四页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（一）根据独立的计量方程的个数分类：,简单反应（单一反应）,(single reaction),包括可逆反应 (reversible reaction ),复杂反应（复合反应）,(multiple reaction),平行反应 (parallel reaction)、,串联反应 (consecutive reaction),平行,-,串联反应 (consecutive-parallel reaction),等。,掌握各反应的特征,二、反应的分类,第二节 反应的计量关系,第三十五页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（二）根据反应系统中反应物的相态及其数量分类：,均相反应,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),第二节 反应的计量关系,第三十六页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,三、反应进度与转化率,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）,第二节 反应的计量关系,第三十七页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（一）反应进度,A,A +,B,B =,P,P +,Q,Q,(,n,A0,n,A,)(,n,B0,n,B,)(,n,P,n,P0,)(,n,Q,-,n,Q0,),i,：反应组分,i,的计量系数,反应进度,定义为：,在没有特别说明的情况下指右侧的定义式,第二节 反应的计量关系,(11.2.17),第三十八页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,间歇反应器的转化率的定义:,x,A,=(,n,A0,n,A,)/,n,A0,=1,n,A,/,n,A0,在环境工程中，污染物的转化率称去除率(removal efficiency， fractional removal),转化率与反应进度的关系：,x,A,=,(,A,/,n,A0,),（二）转化率,(conversion，fractional conversion),连续反应器的转化率的定义：,x,A,=(,q,nA0,q,nA,)/,q,nA0,=1,q,nA,/,q,nA0,式中,q,nA0,和,q,nA,分别为流入和排出反应器的A组分的量。,第二节 反应的计量关系,(11.2.20),(11.2.21),(11.2.23),第三十九页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,转化率的应用：,关键组分的转化率其它任一反应组分在反应体系中的量的计算,质量分数,摩尔分数,浓 度,如何求转化率：,关键组分的转化率(,x,A,),反应组分（反应前后）,任一反应物的量的计算,第二节 反应的计量关系,第四十页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,转化率与质量分数(,x,m,)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）,转化率与浓度的关系,（,适用于恒容体系,）,(表）,x,m,A,=,x,m,A0,(1,x,A,),c,A,=,c,A0,(1 ,x,A,),(),x,A,= (,x,m,A0,x,m,A,)/,x,m,A0,x,A,= (,c,A0,c,A,)/,c,A0,非恒容体系？,第二节 反应的计量关系,第四十一页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,【,例题,】,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1.0 mol。若反应按2A+BP的反应式进行，且反应开始时A和B的物质的量比为5:3。试分别计算A和B转化率。,根据反应式，,故,故A和B的转化率分别为90%和75%。,解：,第二节 反应的计量关系,第四十二页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(1),什么是膨胀因子？膨胀因子为1的反应体系，反应后系统的物质的量将如何变化？若是膨胀因子为0.5的反应体系，则如何变化？,(2),什么是简单反应和复杂反应？可逆反应属于哪一类反应？为什么？,(3),什么是均相内反应和界面反应？,本节思考题,第二节 反应的计量关系,第四十三页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(4),对于连续反应器，某一关键组分的转化率的一般定义是什么？,(5) 对于实际规模的化学反应器，影响某一关键组分的转化率的主要因素是什么？,本节思考题,第二节 反应的计量关系,第四十四页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,一、反应速率的定义及表示方法,二、反应速率方程,三、均相反应动力学,第三节 反应动力学,本节的主要内容,第四十五页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,一、反应速率的定义及表示方法,（一）一般定义,单位时间,单位体积,反应层,中,某组分的反应量或生成量。,第三节 反应动力学,(11.3.1),第四十六页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（二）气,-,固相反应的反应速率表示方法,以固体催化剂的,质量(,m,)、表面积(,S,)、颗粒体积(,V,p,)为基准的反应速率,(,r,A,),V,=(,r,A,m,),m,= (,r,A,s,),S,= (,r,A,V,p,),V,p,m,、,S,、,V,p,第三节 反应动力学,(11.3.2),第四十七页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,【例题】,某气固相催化反应在一定温度和浓度条件原料A,的反应速率为 。已知催化剂,填,充层的填充密度为,，填充层空隙率 。试分别计算以反应层体积和催化剂颗粒体积为基准的A的反应速率,-,r,A,和-,r,AV,p,.,解：,又,式中,V,空隙,为填充层空隙的体积,故：,因为：,第三节 反应动力学,第四十八页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（三）,气,-,液相反应的反应速率表示方法,以液相界面积,(,S,)、液相体积为基准的反应速率,S,、,V,L,(,r,A,),V,= (,r,A,S,),S,= (,r,AV,L,),V,L,第三节 反应动力学,V,L,V,G,V=V,L,+,V,G,第四十九页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(四)反应速率与反应程度和转化率的关系,1反应速率与反应进度的关系,反应的反应速率,各组分的反应速率不尽相同,同一组分的反应速率与计量方程的书写形式无关,反应的反应速率随计量方程的书写形式变化而变化,注意：,第三节 反应动力学,r,A,/,A,=,r,B,/,B,=,r,P,/,P,=,r,Q,/,Q,=,r,第五十页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,【例题11.3.2】在一定条件下，二氧化硫氧化反应在计量式为(1)时的反应速率,r,6.36 kmol/(m,3,h)，试计算SO,2,、O,2,和SO,3,的反应速率。若反应计量式改写成计量式(2)的形式，试求出所对应的反应速率,r,。,2SO,2,O,2,2SO,3,(1),SO,2,1/2O,2,SO,3,(2),r,2,r,第三节 反应动力学,第五十一页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,2反应速率与浓度的关系,对于,恒容,反应,，,d,V,/d,t,=0,r,A,d,c,A,/d,t,4反应速率与半衰期,x,A,(,n,A0,n,A,)/,n,A0, 故 d,n,A,n,A0,d,x,A,3反应速率与转化率的关系,注意：,x,A,的式前没有负号,第三节 反应动力学,(11.3.19),第五十二页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,二、反应速率方程,（一）反应速率方程与反应级数,r,k,(,T,),f,(,c,A,，,c,B,，,c,P,),r,k,(,T,),g,(,x,A,，,x,B,),r,A,kc,A,a,c,B,b,注意点,反应级数不能独立地预示反应速率的大小，只表明反应速率对浓度变化的敏感程度。,反应级数是由实验获得的经验值，只有基元反应时，才与计量系数相等。,反应级数可以是整数，也可以是分数和负数。但在一般情况下反应级数为正值且小于3。,反应级数会随实验条件的变化而变化。为什么？,第三节 反应动力学,(11.3.23a),第五十三页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（二）反应速率常数,（,比反应速率，,specific reaction rate,）,对于化学反应：,k,的大小与温度和催化剂等有关,与反应物浓度无关,对于生物化学和微生物：温度、酶、基质浓度,第三节 反应动力学,(11.3.30),(11.3.31),第五十四页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,k,与温度的关系,1/,T,ln,k,E,a,大,E,a,小,1/,T,ln,k,c,d,第三节 反应动力学,(11.3.31),第五十五页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,温度/ K,610,620,630,640,650,3.05,6.12,8.20,11.5,25.1,【例题11.3.3】,气,-,固相反应 A P 的反应速率在常压条件下可表示为A的摩尔分数,z,A,的一次函数：,在不同温度下测得,k,的值如下表所示，试求出该反应的活化能：,解：根据表中数据求出1/,T,和ln,k,列表如下：,1/,T,/K,-1,0.00164,0.00161,0.00159,0.00156,0.00154,ln,k,10.33,11.02,11.31,11.65,12.43,以1/,T,-,ln,k,作图可得一直线：,第三节 反应动力学,第五十六页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,由直线斜率可得,故,第三节 反应动力学,第五十七页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,三、均相反应动力学,求出浓度、转化率随时间的变化式（反应速率方程的积分形式）,核心,微分形式的速率方程,各组分间的计量及平衡关系,反应条件（温度、压力、体积）,掌握不同类型反应的特征,第三节 反应动力学,第五十八页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（一）不可逆单一反应,1,单组分反应,（,n,1）,kt,ln,(,c,A0,/,c,A,),= ln,c,A0,ln,c,A,（,n,1）,第三节 反应动力学,(11.3.34),第五十九页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(1),零级反应,(,n,=0),c,A,=,c,A0,kt,反应速率与反应物的浓度无关。,半衰期为,t,1/2,=,c,A0,/(2,k,)，,即与初始浓度成正比。,在生物化学以及微生物反应中，当基质浓度足够高时往往属于零级反应。,零级反应的特点,c,t,第三节 反应动力学,第六十页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(2)一级反应(,n,1,),c,A,c,A0,e,kt,反应物浓度与反应时间成指数关系，只有,t,时，反应物浓度才趋近于零。,反应物浓度的对数与反应时间成直线关系，以ln,k,对,t,作图可得一直线，其斜率为,k,。,半衰期与,k,成反比，与反应物的初始浓度无关。,一级反应的特点,k,t,c,t,ln,c,A,第三节 反应动力学,第六十一页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(3)二级反应(,n,2),反应物浓度的倒数与反应时间成直线关系，直线的斜率为,k,。,达到一定的转化率所需的时间与反应物初始浓度有关，反应物的初始浓度越大，达到一定的转化率所需的时间越短。,半衰期与,k,和,c,A0,的积成反比,二级反应的特点,k,t,t,c,第三节 反应动力学,第六十二页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,第三节 反应动力学,表单一反应（恒温恒容）的速率方程,第六十三页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,【例题11.3.4】,在湿热灭菌过程中，细菌的死亡速率-,r,A,和活菌,数,c,A,之间的关系可近似认为：,。（式中,k,为死亡速率,常数）,某细菌在392.4K时加热1min，活菌数减少到加热前的十分之一。试计算该细菌的死亡速率常数.,若保证杀菌率为90，加热时间浓缩到0.1min时，灭菌温度不能低于多少度？（设杀菌的活化能约为200 kJ/mol）,解：灭菌反应近似为一级反应,由题意：,t,=1min,c,A,/,c,A0,=1/10,同理，,k,=23.0min,-1,时，由,k,，,k,和,E,a,求得,T,=409.7K。,所以,k,=2.30min,-1,第三节 反应动力学,第六十四页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（二）可逆单一反应,A,P,P,A,t,c,c,Pe,c,Ae,第三节 反应动力学,在恒温恒容条件下有：,-d,c,A,/d,t,k,1,c,A,-,k,2,c,P,(11.3.51),(11.3.60),第六十五页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（三）平行反应,A,P,P；A,Q,Q,c,P,c,Q,t,c,c,A0,c,A,第三节 反应动力学,同时存在2个以上反应的复合反应，将同时产生多种产物。,产物P:,产物Q:,第六十六页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,（四）一级串联反应,A,P,Q,c,Q,c,P,c,A,t,c,c,A0,第三节 反应动力学,在恒温恒容条件下有：,(11.3.73),(11.3.75),第六十七页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(1),若将反应速率的定义写成,r,A,d,c,A,/dt，该定义式成立的条件是什么？说明理由。,(2),气固相反应的反应速率有哪几种表达方式？气液相反应情况又如何？,(3),什么是反应级数？它的大小能否反映反应速率的大小？为什么？,(4),对于某一化学反应，它的速率常数是否与反应物的浓度有关？催化剂能否改变速率常数的大小？,(5),零级不可逆单一反应有哪些主要特点？,本节思考题,第三节 反应动力学,第六十八页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,(6),一级不可逆单一反应有哪些主要特点？,(7),二级不可逆单一反应有哪些主要特点？,(8),对于可逆单一反应，反应物的浓度能减少到零吗？为什么？,(9),在平行反应中，什么是主反应？什么是副反应和副产物？,(10),对于串联反应，其中间产物的浓度随反应时间如何变化？在实际操作中能否将中间产物的浓度控制到最大值？如何控制？,本节思考题,第三节 反应动力学,第六十九页，编辑于星期五：十四点 四十八分。,