反应的影响因素分析课件.ppt

1、化工操作与工艺应用化工系l化学平衡与反应速度l影响因素：温度、浓度、压力、催化剂温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响 对一定的反应来说，呈线性关系，即与TTK1ln RTTHRTSTKmrmrln设某一可逆反应，在温度为T1、T2 时，对应的平衡常数为K1、K2，代入上式中，即得：221115.29815.298ln15.29815.298lnRTKHRKSKRTKHRKSKmrmrmrmr由上两式可得：2112121215.2981115.298lnTTTTRKHTTRKHKKmrmr化工操作与工艺应用化工系可逆反应，平衡常数与温度的关系可逆反应，平衡常数与温度的关系CRTHK)303.

2、2/(log0温度的影响温度的影响 化学平衡化学平衡吸热反应吸热反应H0，K值随着温度升高而增值随着温度升高而增大大,有利于平衡产率增加有利于平衡产率增加放热反应放热反应 H0，K值随着温度升高而减值随着温度升高而减小，降低温度使平衡产率增加小，降低温度使平衡产率增加反应速率的定义反应速率的定义 1.传统的定义反应速率反应速率是指在一定条件下单位时间内反应物转变为生成物的速率。（molL1s1、min1、h1）对于均匀体系的恒容反应，习惯用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，而且为正值。2.用反应进度定义的反应速率 单位体积内反应进行的程度随时间的变化率，即：)1.2.2(1d

3、tdVv式中，V为体系的体积 VdtdnvdtdnvVvBBBB111对于恒容反应，V不变，令dnB/v=dcB 则得：dtdcvvBB1显然，用反应进度定义的反应速率的量值与表示速率物质的选择无关，亦即一个反应就只有一个反应速率值，但与计量数有关，所以在表示反应速率时，必须写明相应的化学计量方程式。化学反应的活化能化学反应的活化能 1.活化分子 分子碰撞理论认为，反应物分子之间必须相互碰撞，才有可能发生化学反应。但是反应物分子之间并不是每一次碰撞都能发生化学反应。对一般的反应来说，事实上只有少数或极少数分子碰撞时能发生反应。能发生反应的碰撞称为有效碰撞。分子发生有效碰撞所必须具备的最底若以E

4、c 表示，则具有等于或超过Ec 的分子称为活化分子活化分子。2.活化能活化分子具有的平均能量与反应物分子的平均能量之差称为反应的活化能（Ea）：EEEa*反应活化能是决定化学反应速率大小的重要因素。反应活化能越小，反应速率越大。碰撞理论较的解释了有效碰撞，但它不能说明反应过程及其能量的化，为此，过渡状态理论应运而生。过渡状态理论认为：化学反应不只是通过反应物分子之间简单碰撞就能完成的，而是在碰撞后先要经过一个中间的过渡状态，即首先形成一种活性集团（活化配合物），然后再分解为产物。NONO2 2与与O O3 3反应的示意图反应的示意图化工操作与工艺应用化工系温度的影响温度的影响 反应速率反应速率

5、总是随温度的升高而增加总是随温度的升高而增加不可逆反应，产物生成速率随温度的升高而加快不可逆反应，产物生成速率随温度的升高而加快DBADBADBADBACCCkCCCkr可逆吸热反应，净速率随温度的升高而增高可逆吸热反应，净速率随温度的升高而增高可逆放热反应，在最佳反应温度下净反应速率最大可逆放热反应，在最佳反应温度下净反应速率最大化工操作与工艺应用化工系l对于本反应，温度应该控制在什么样的范围内？化工操作与工艺应用化工系反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动使廉价易得的反应物过量，提高价贵难得反应物的使廉价易得的反应物过量，提高价贵难得反应物的利

6、用率利用率反应物浓度愈高，反应速率愈快反应物浓度愈高，反应速率愈快化工操作与工艺应用化工系压力的影响压力的影响压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率分子数减少的反应，提高压力可以提高平衡产率分子数减少的反应，提高压力可以提高平衡产率分子数不变的反应，压力对平衡产率无影响分子数不变的反应，压力对平衡产率无影响一定的压力范围内加压，对加快反应速率有一定好一定的压力范围内加压，对加快反应速率有一定好处，但压力过高，反而不经济处，但压力过高，反而不经济惰性气体的存在，降低反应物的分

7、压，对反应速率惰性气体的存在，降低反应物的分压，对反应速率不利，但有利于分子数增加的反应的平衡不利，但有利于分子数增加的反应的平衡l催化过程是两种或更多物质在有催化剂存在下发生化学作用的过程。l很多反应在催化剂作用下才能进行l催化剂又称触媒，不参与反应却能显著的改变化学反应过程的进行。l大多数化学产品是通过催化方法合成的。化工操作与工艺应用化工系l催化剂是参与了反应的，但反应终了催化剂是参与了反应的，但反应终了时，时，催化剂本身未发生化学性质和数催化剂本身未发生化学性质和数量的变化量的变化 l催化剂只能缩短达到化学平衡的时间催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用），但不能改变平衡（即加速

8、作用），但不能改变平衡 l催化剂具有明显的选择性，特定的催催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应化剂只能催化特定的反应 化工操作与工艺应用化工系l 提高反应速率和选择性提高反应速率和选择性 l 改进操作条件改进操作条件 l 催化剂有助于开发新的反应过程，催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术发展新的化工技术l 催化剂在能源开发和消除污染中可催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用发挥重要作用化工操作与工艺应用化工系化工操作与工艺应用化工系l按催化反应体系的物相均一性按催化反应体系的物相均一性 均相催化剂均相催化剂 非均相催化剂非均相催化剂催化剂对反应活化能的影响催化剂

9、对反应活化能的影响活化能降低使活化反应分子数增加活化能降低使活化反应分子数增加l均相催化：起反应的物料与催化剂形成单相即均相的体系，成为均相催化。l均相催化剂虽然具有反应活性高的优点，但分离回收再利用困难。lLewis酸催化：无水AlCl3催化的付克反应。l均相络合催化l非均相催化：起反应的物料与催化剂形成多相即非均相的体系，各自处于不同的聚集状态下，称为非均相催化过程或接触催化过程。l如合成氨催化剂：Fe-Al2O3-K2O。Fe是主催化剂，Al2O3-K2O是助催化剂。lCO用镍催化剂加氢。l按反应类别按反应类别 加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷基

10、化、异构化、芳构化、羰基化、卤烷基化、异构化、芳构化、羰基化、卤化化化工操作与工艺应用化工系l按反应机理按反应机理 氧化还原型催化剂、酸碱催化剂氧化还原型催化剂、酸碱催化剂l按使用条件下的物态按使用条件下的物态 金属催化剂、氧化物催化剂、硫金属催化剂、氧化物催化剂、硫化物催化剂、酸催化剂、碱催化化物催化剂、酸催化剂、碱催化剂、络合物催化剂和生物催化剂剂、络合物催化剂和生物催化剂化工操作与工艺应用化工系l 活性活性 l 选择性选择性l 寿命寿命 寿命的影响因素寿命的影响因素 化学稳定性化学稳定性 热稳定性热稳定性 力学性能稳定性力学性能稳定性 耐毒性耐毒性化工操作与工艺应用化工系失活原因失活原因

11、：l 超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型转变或物相转变；转变或物相转变；l 原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒；有污垢覆盖催化剂表面有污垢覆盖催化剂表面催化剂的失活和再生催化剂的失活和再生化工操作与工艺应用化工系再生再生：l暂时性中毒是可逆的，当原料中除暂时性中毒是可逆的，当原料中除去毒物后，催化剂可逐渐恢复活性去毒物后，催化剂可逐渐恢复活性l永久性中毒则是不可逆的。催化剂永久性中毒则是不可逆的。催化剂积碳可通过烧碳再生积碳可通过烧碳再生无论是暂时性中毒后的再生，还是无论是暂时性中毒后的再生，还是积碳后的再生，均会引起催化

12、剂结积碳后的再生，均会引起催化剂结构的损伤，致使活性下降构的损伤，致使活性下降催化剂的失活和再生催化剂的失活和再生化工操作与工艺应用化工系因素化学平衡K反应速率工艺选择温度升温提高吸热反应平衡转化率，降温提高放热反应平衡转化率大多数反应，升温使速度加快。四种特殊类型。在催化剂适宜范围内，温度低，催化剂活性低，反应速度较慢，副反应少；温度高，催化剂活性高，但易失活，副反应多。对放热反应，升温在热力学上不利。高温要考虑设备材料承受力。压力（气相）降压提高分子数增加反应平衡转化率，升压提高分子数减少反应平衡转化率增加压力会使反应物浓度增大分子数增多反应，减压有利，用惰性气体分压；分子数减少反应，加压

13、有利平衡和反应速度，也能提高设备生产能力，但对设备材质和制造要求高，安全条件要求高。原料配比反应物浓度增高，反应正向移动；及时移出产物，有助正向反应反应物浓度增大，速率增大。可提高价廉反应物浓度提高一反应物浓度提高另一反应物转化率，反应中差距增大，该反应物回收。提高浓度速度增大。如易爆则在爆炸范围外催化剂不改变平衡位置，只改变到达平衡时间合适催化剂在合适温度下使主反应速度大大加快对气固催化，粒度细，选择性和速率都会提高，但阻力增大，传热困难。停留时间短则未远达平衡，转化率低停留时间长，单程转化率高，副反应多，催化剂寿命缩短，循环物料少，生产能力降低。停留时间短，单程转化率低，副反应少，生产能力大，但循环回收物料耗能高。化工操作与工艺应用化工系l影响因素包括哪些？l温度l原料配比l催化剂用量l反应时间