气-固相催化反应本征及宏观动力学.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第五节 气―固相催化反应器概述 (c) 3. 列管式固定床反应器 如图(d)所示。这种反应器由多根管径通常为25~30㎜的反应管并联构成，管数可能多达万根以上。管内（或管间）装催化剂，载热体流经管间（或管内）进行加热或冷却。 (d) 二、流化床反应器 流化床反应器通常为一直立的圆筒型容器，容器下部一般设有分布板，细颗粒状的固体物料装填在容器内，流体向上通过颗粒层，当流速足够大时，颗粒浮起，呈现流化状态。由于流化床内通常出现气泡相和乳化相，状似液体沸腾，因而流化床反应器亦称为沸腾床反应器。 第五节 气―固相催化反应器概述 流化床反应器的优点是： 1. 流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能。 2. 较易实现固体物料的连续输入和输出。 3. 可以使用粒度较小的固体催化剂。 第五节 气―固相催化反应器概述 三、移动床反应器 在移动床反应器中，固体反应物或催化剂自反应器顶部连续加入，在反应过程中逐渐下移，最后自反应器底部连续卸出。气体反应物则自下而上（或自上而下）通过固体颗粒床层进行反应。 反应器中固体颗粒之间基本上没有相对运动，但却有整个颗粒层的下移运动，因此也可将其看成是一种移动的固定反应器。 工业上移动床反应器的主要应用有：石脑油的连续催化重整、二甲苯异构化和连续法离子交换水处理等过程。 第五节 气―固相催化反应器概述 三、移动床的反应器 移动床反应器的主要优点是： 1. 固体物料可以连续进出反应器，而且可以在较大范围内独立改变固体和流体的停留时间，也适用于中等速率变化的反应过程； 2. 固体和流体的运动均接近活塞流，返混较小，可达到较高的单位体积生产能力。 第五节 气―固相催化反应器概述 本章小结 一、基本概念 内扩散有效因子ζ； 分子扩散；努森扩散；综合扩散；有效扩散系数 Deff；曲折因子δ； 西勒模数φ； 外扩散有效因子ζex；Damk?hler准数 二、核心内容 1．气－固相催化反应总体速率方程和控制阶段的判别； 2．Deff 的计算； 3. 等温一级不可逆反应内扩散有效因子； 4．影响内扩散有效因子的基本因素； 5. 气－固相催化反应器的基本形式和特点。 若要求催化剂内扩散对总体速率基本不发生影响，问催化剂粒径如何确定？已知 。 、0.1013MPa和400℃时，其反应速率为 例题2－2：某一级不可逆气固相催化反应，当 解：当ζ＞0.95时，可以忽略内扩散的影响。 由 经试差可知，当φ＜1/3时，可满足ζ＞0.95。 时，催化剂内扩散对总速率基本不发生影响，则 当 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2）高温 3）中温 温度较高时，表观活化能为 温度较低时，表观活化能为 在中温时， 表观活化能在 与 之间变化。 由于传递过程的影响，在一定的温度范围内，活化能在变化。 第四节 内扩散有效因子 四、内扩散影响的判据 1.粒度试验 当反应条件一定时（反应温度、气体组成、空速等），实验测定反应转化率随颗粒粒度的变化关系。 若测定的转化率随粒度减小而提高，说明内扩散的影响不可忽略。 当测定的转化率不随粒度大小而改变时，内扩散的影响可以忽略不计。 第四节 内扩散有效因子 3.转化率 对于n级不可逆反应，根据Kjaer近似法： 1）n=1,Φ与xA无关，ζ不变； 2）n＞1， Φ随 xA增大而减小， ζ增大； 3）n＜1， Φ随 xA增大而增大； ζ减小。 2.总体速率测定 对于n级不可逆反应， 得到 上式中的左端项均为可测项，称为内扩散的判据式。 1）当测定值远小于1时， 内扩散影响可忽略； 2）当测定值远大于1时， 内扩散影响严重。 1.RP→小，T→低，Φ→小，ζ→1, （rA)g→大； 2.RP→大，T→高，Φ→大，ζ→0, （rA)g→小。 第四节 内扩散有效因子 内扩散对多重反应选择率的影响 、平行反应 （目的产物） （副产物） 颗粒内任一点的选择率 当不存在内扩散影响时 n1n2 s s’ 内扩散使选择率降低 n1=n2 s = s’ 内扩散对选择率无影响 n1n2 s s’ 内扩散使选择率升高 第四节 内扩散有效因子 二、连