第第二章_气固相催化反应宏观动力学.ppt

第二章　气－固相催化反应宏观动力学 多相催化化学反应过程步骤 ζ的数值大小代表什么？ ζ的数值一般在（0,1）之间。 ζ的数值越接近于1，说明颗粒内部反应物浓度越接近外表面浓度，内扩散影响因素越小。这时，催化剂颗粒越有“效率”。 ζ的数值越接近0，则正相反。 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 在定态下，单位时间内从催化剂颗粒外表面由扩散作用进入催化剂内部的反应组分量与单位时间内整个催化剂颗粒中实际反应的组分量相等。 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 三、催化反应控制阶段的判别 1、本征动力学控制 如果反应是二级不可逆反应，反应的宏观速率可表示： 2－4　催化剂中气体扩散的形式 构型扩散 表面扩散 Knudsen扩散系数 2-5 气体中的分子扩散 对于不流动双组分气体，相对于体质中心的扩散通量（单位时间，单位截面积上通过的物质量）其规律可以用Fick’s law来表达：（扩散通量与浓度梯度成正比） NA 的引入 分子扩散系数 催化剂颗粒内气体的扩散总结 不同基准下反应速率常数的关系式： 以反应体积为基准，称为体积速率常数kv 以反应面积为基准，称为表面速率常数ks 两者关系的推导： kv：浓度为1时，单位时间单位体积的反应量 ks：浓度为1时，单位时间单位面积的反应量 假如单位体积里包含的表面积为Si,由述结论，则显然有：kv ＝ks Si 不同基准下反应速率常数的关系式： 以床层体积为基准，速率常数记为kv 以颗粒体积为基准，速率常数记为kv＇ 两者关系的推导：浓度为1时 kv： 单位时间单位床层体积的反应量 kv＇ ：单位时间单位颗粒体积的反应量 因为单位床层体积里包含的颗粒体积为1-ε, 于是： 第三节　内扩散有效因子 2－10 球形催化剂颗粒内组分的浓度分布及温度分布微分方程 一、浓度分布微分方程 一、浓度分布微分方程 薄片状催化剂颗粒内组分的浓度分布微分方程 圆柱状催化剂颗粒内组分的浓度分布微分方程 圆柱状催化剂颗粒内组分的浓度分布微分方程 圆柱状催化剂颗粒内组分的浓度分布微分方程 三种颗粒催化剂浓度分布微分方程 内扩散有效因子的解析解 Thiele modulus的物理意义 2、不同形状催化剂 薄片催化剂内扩散有效因子的解析解 一、Satterfield 近似解 二、Kjaer近似解 四、粒度、温度和转化率对内扩散有效因子的影响 2－16内扩散对多重反应选择率的影响 一、平行反应 2－16 内扩散对多重反应选择率的影响 二、连串反应（以一级不可逆反应为例） 2－18　活性组分不均匀分布催化剂　　　及异形催化剂 　由各种因素对颗粒催化剂内扩散有效因子的影响的讨论可知，催化剂的本征活性越大，反应温度越高，颗粒越大，内扩散有效因子越低，即催化剂的有效活性层愈薄，催化剂中的死区越大，大部分催化剂未得到充分利用。 外表型：（1）单反应——减少活性组分的用量 　　　 　（2）多重反应——提高选择率 　　　　　　　　　　　 内部型：（1）单反应——减少活性组分的用量　 　　　　　　　　　　 （负级数反应） 　　　　 （2）颗粒外层易中毒 中间型：，用于上述各种情况的综合 二、异形催化剂 各种不同形状 的催化剂 第四节　气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 2－20　外扩散（External diffusion）有效因子 Damk?hler准数:反应速率与外扩散速率之比 内扩散无影响时，一级不可逆反应 达姆堪勒准数越大，则反应物在主流体与颗粒外表面处的浓度差越大。——外扩散影响越严重 n级不可逆反应 一、活性不均匀分布催化剂 六筋舵轮 七　孔　形 外扩散无影响时按催化剂外表面组成计算的反应速率 外扩散有影响时按催化剂外表面组成计算的反应速率 CAg CAs 2－20　外扩散（External diffusion）有效因子 ξ 2－20　外扩散有效因子 ξ 不同反应级数的不可逆反应的外扩散有效因子　　对Da准数的关系图示 2 n n n n 最大值为2 滞流流动通量 “尘气”模型 2－7 催化剂孔内组分的综合扩散系数 对于双组分系统： 2－8 催化剂孔内组分的有效扩散系数 或 ya甚小，aya1时 A B a=1+NB/NA 在高压下，库森扩散忽略不计 有效扩散系数 或 ya甚小，aya1时 综合扩散系数 _________ ________ 扩散系数 _________ ___________ 扩散通量表达式 表面迁移 孔径与分子大小相当 条件 表面扩散 构型扩