反应工程课件第六章-课件.ppt

不同温度范围下的反应活化能 cA 外扩散、强内扩散、动力学控制 4-12 E/2 E T的变化，过程从一个区转变到另一个区 T降低 扩散影响小 流体 催化剂 催化剂中心 ?a: 表观级数 ka: 表观速率常数 外扩散忽略，内扩散有影响时： 扩散干扰下的动力学假象 2. 内扩散干扰下的动力学假象—表观级数的推导 B、D两式联立，得 普遍化? 得 2. 内扩散干扰下的动力学假象—表观级数的推导 扩散干扰下的动力学假象 ? C’式对1/T求导 2. 内扩散干扰下的动力学假象—表观活化能的推导 扩散干扰下的动力学假象 F、G式联立 扩散干扰下的动力学假象 2. 内扩散干扰下的动力学假象—表观活化能的推导 ? 气体在多孔气体中的扩散 1. 孔扩散（正常扩散） 2. 努森扩散（Knudsen扩散） 3.复合扩散 气体在多孔气体中的扩散 等摩尔二组分逆向扩散 有效扩散系数 扩散距离和扩散面积的校正 多孔介质中的扩散 1. 反应物的浓度分布 距离 0 cA cAG cAS cAC RP 多孔催化剂中的扩散与反应 内扩散：催化剂外表面、内表面 与外扩散不同 反应速率慢、扩散快 CAS与CAC的关系（均一） 反应速率快、扩散慢 CAS与CAC的关系（壳层） * 不同控制步骤示意 气流主体 滞流内层 cA cAg cAs 平衡浓度 4 3 2 1 1 外扩散控制 3 内扩散控制 2 内外扩散同时控制 4 动力学控制 2. 颗粒内反应物浓度分布方程的推导 ? 薄片催化剂 dZ Z cA - dcA cA 2L A A 多孔催化剂中的扩散与反应 基本假设： ? 催化剂颗粒等温； ? 孔隙结构均匀，各向同性； ? 厚度远比长度和宽度小，即反应物A从颗粒外表面向内表面的扩散可按一维扩散问题处理。 单位时间扩散进入A量 – 单位时间扩散出的A量 = 单位时间反应的A量 多孔催化剂中的扩散与反应 ? 薄片催化剂 a：扩散面积 kp: 按催化剂体积计 dZ Z cA - dcA cA 2L A A 2. 颗粒内反应物浓度分布方程的推导 多孔催化剂中的扩散与反应 3. 内扩散有效因子 对一级不可可逆反应 薄片催化剂 ? 球形催化剂 R dr r 多孔催化剂中的扩散与反应 3. 内扩散有效因子 整理，并忽略dr2项，得， 多孔催化剂中的扩散与反应 3. 内扩散有效因子 ? 球形催化剂 比较 薄片催化剂 ? 圆柱催化剂 3. 内扩散有效因子 多孔催化剂中的扩散与反应 特别注意： 多孔催化剂中的扩散与反应 3. 内扩散有效因子 ? 一级可逆反应结果如何？？ 球形催化剂 3.非一级反应内扩散有效因子 薄片 催化剂 内扩散影响可以忽略时 CAC？ =0 =CAe 4. 内外扩散都有影响时的有效因子 多孔催化剂中的扩散与反应 对薄片催化剂 多孔催化剂中的扩散与反应 4. 内外扩散都有影响时的有效因子 表示外扩散与内扩散阻力的相对大小 薄片催化剂 外扩散与内扩散 阻力的相对大小 反应速率与外 扩散速率之比 表面反应速率与 内扩散速率之比 6.5 内扩散对复合反应选择性的影响 1. 平行反应 2. 连串反应 结论：内扩散存在时，连串反应中间产物仍然存在最 大收率，但此时的最大收率低于无内扩散影响时的收 率，且随内扩散影响增大而降低。 多相催化反应过程中扩散影响的判定 ? 连续流动反应器 G G0 XA 在T、cA0、?不变的条件下改变G 当G≥G0, 外扩散无影响 1. 外扩散影响的判定 ? 间歇反应器 r. p. m 0 XA 搅拌速度 当rpm≥rpm0 ,外扩散无影响 1. 外扩散影响的判定 多相催化反应过程中扩散影响的判定 同一催化剂，反应温度越高，消除外扩散所需的流体质量流速越大； 同一反应，所用催化剂活性越好，消除外扩散所需的流体质量流速越大； 浓差判据 温差判据 ? 工业反应器 1. 外扩散影响的判定 多相催化反应过程中扩散影响的判定 Rp XA RC 当Rp≤RC,内扩散无影响 2. 内扩散影响的判定 多相催化反应过程中扩散影响的判定 ? 一级不可逆反应 ? 非一级反应 2. 内扩散影响的判定 多相催化反应过程中扩散影响的判定 扩散干扰下的动力学假象 R1＜R2＜R3 (1/T)×103 R1 R2 R3 1. 外扩散干扰下的动力学假象 扩散干扰下的动力学假象 扩散干扰下的动力学假象 2. 内扩散干扰下的动力学假象 ? 表观级数 ? 表观活化能 ?表观级数的推导 ?表观活化能的推导 对一级反应：反应级数不变 对二级反应：为1.5级 对0.5级反应：为0.75级 结论：在内扩散影响严重的情况下，表观反应级数都向一级靠拢。 原因：扩散过程为线性关系，相当于一级反应。 多相系统中的化学反应与传递