第2章节气-固相催化反应本征及宏观动力学幻灯片.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第*页 1 3 2.4 内扩散有效因子 第*页 1 3 2 )连串反应 2.4 内扩散有效因子 第*页 1 3 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 外扩散有效因子 对于气固相催化反应，总体速率方程为 由于外扩散，使A的浓度从 外扩散阻力越大，A的浓度变化越大， 对总体速率的影响就越大。 本节讨论外扩散过程对总体速率影响的判据。 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 外扩散有效因子的定义 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 1 等温、ζ＝1条件下外扩散过程对总体速率的影响  当ζ＝1时，总体速率为： 若不存在外扩散阻力时， 理论总体速率为： 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 2.一级不可逆反应 (Da－Damk?hler 准数) 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 3.n级不可逆反应 n级不可逆反应的总体反应速率方程为 定义 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 1）当n＞1时，外扩散有效因子随Da增加而降低。 2）当n=－1时，外扩散有效因子总是大于1,表示外扩散过程总是加速总体速率。 2.5 气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第*页 1 3 小 结 气固相催化反应本征及宏观动力学 宏观动力学 本征动力学 脱附 反应 吸附 外扩散 内扩散 化学反应 第*页 1 3 小 结 本征动力学 净吸附速率 理想吸附方程 第*页 1 3 小 结 1 过程为单组分反应物的化学吸附控制 2 过程为表面化学反应控制 第*页 1 3 小 结 3 过程为单组分产物的脱附控制 第*页 1 3 小 结 宏观动力学 总体速率方程 一级可逆反应速率方程 第*页 1 3 小 结 内扩散有效因子的求解 第*页 1 3 小 结 单直园孔 催化剂颗粒 第*页 1 3 小 结 第*页 1 3 小 结 第*页 1 3 小 结 第*页 1 3 小 结 第*页 1 3 例1 理想吸附模型的动力学方程 在Ni催化剂上的混合异辛烯加氢生成异辛烷 假设反应机理是分子态吸附的氢和吸附的异辛烯反应，按均匀表面吸附模型对不同控制步骤到处相应的动力学方程式。 已知反应机理如下： 小 结 第*页 1 3 对于上述四个过程，可分别写出速率方程： 当反应过程属于表面反应控制时，其他三步非速率控制步骤均达到平衡，既rA=rB=rR=0,可得： 小 结 第*页 1 3 小 结 第*页 1 3 将上述式代入速率方程得，化学反应速率为： 小 结 化学反应控制速率为： 第*页 1 3 小 结 * * * * 第*页 1 3 2.3 气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散 (2) Knudsen扩散 单直圆孔，一维扩散，努森扩散系数Dk为： 式中：ra为孔半径； 为平均分子运动速度。 式中 M为扩散组分的分子质量。 第*页 1 3 2.3 气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散 (3) 催化剂孔内组分的综合扩散 在工业催化剂颗粒内，既有分子扩散，又有努森扩散，称之为综合扩散，综合扩散系数记作DAe。 对于单直圆孔，等压，流动系统，一维扩散。综合扩散系数计算如下。 A.多组分系统组分A的综合扩散系数 （2－48） （2－41） 第*页 1 3 2.3 气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散 B.双组分系统A的综合扩散系数 2.等摩尔逆向扩散： （2－49） （2－51） 第*页 1 3 2.3 气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散 (4) 催化剂颗粒内组分的有效扩散系数 综合扩散包括了分子扩散和努森扩散，对于直圆孔可以计算综合扩散系数。 催化剂颗粒内的微孔结构是相当复杂的： 1.不可能是直孔和圆孔，孔径随机而变； 2.孔与孔之间相互交叉、相截； 3.孔结构无法描述。 基于孔结构的随机性，只能以整个催化剂颗粒为考察对象，考虑催化剂颗粒的扩散系数，即有效扩散系数Deff。 Deff是催化剂颗粒的一个表观参数。 第*页 1 3 2.3 气－固相