气-固相催化反应宏观动力学讲义.ppt

上式中的左端项均为可测项，称为内扩散的判据式。 2）当测定值远大于1时， 内扩散影响严重。 1）当测定值远小于1时， 内扩散影响可忽略； 2－3内扩散对多重反应选择率的影响 一、平行反应 内扩散使选择率升高 s s n1n2 内扩散对选择率无影响 s = s n1=n2 内扩散使选择率降低 s s n1n2 ˊ ˊ ˊ 2－13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） 反应越深入颗粒中心，内扩散使选择率越低 vs 2－3　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。 一、活性不均匀分布催化剂 (a)均匀分布　　(b)外表型　　　(c)内部型　　　(d)中间型 　 蛋壳型　　　　 蛋黄型　　 蛋白型 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 　　　　　　　　　　　　　（连串反应及部分平行反应） 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：内部型的外表型，用于上述各种情况的综合 一、活性不均匀分布催化剂 各种不同形状 的催化剂 二、异形催化剂 六筋舵轮 七　孔　形 第四节　气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响 2－4　外扩散（External diffusion）有效因子 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 Damk?hler准数（Damk?hler number） ： 　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 2－4　外扩散（External diffusion）有效因子 α级不可逆 丹克莱尔准数越大，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 丹克莱尔准数 vs 西勒模数 α级不可逆反应 2－4　外扩散有效因子 Da趋近于0时， 　　趋近于1。 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 α0时，二者负相关； α0时，二者正相关； 内外扩散都有影响时的总有效因子 = 内外扩散均有影响时的反应速率 内外扩散均无影响时的反应速率 相互关系（一级反应） 本章小结 一、基本概念 　催化剂的物理参数；速率控制步骤（拟平衡态法）；拟定常态法；分子扩散；努森扩散；综合扩散；曲折因子δ；有效扩散系数 Deff；内扩散有效因子η；西勒模数φ；外扩散有效因子ηex；Damk?hler准数；本征动力学与宏观动力学。 二、核心内容 1. 气－固相催化反应的步骤及其本征动力学方程的建立； 2. 气－固相催化反应总体速率方程和控制阶段的判别； 3. Deff 的计算； 4. 内扩散有效因子的计算； 5. 影响内扩散有效因子的基本因素。 例2-2 某催化反应在500℃条件下进行，已知反应速率为： rA=3.8×10-9pA mol· s gcat 式中pA的单位为kPa，颗粒为圆柱形，高与直径为5×5cm，颗粒密度 ρp=0.8g·cm-3，粒子表面分压为10.133kPa，粒子内A组分的有效扩散系数为 De=0.025cm2s-1，试计算催化剂的效率因子。 2 -1 -1 解： 圆柱状催化剂颗粒内组分的浓度分布微分方程 R R+dR 进入＝离开＋反应 三种颗粒催化剂浓度分布微分方程 1－（扩散）梯度差；2－面积差；3－反应项 二、温度分布微分方程 有效导热系数 进入焓＝离开焓＋反应吸热 R R+dR 二、温度分布微分方程 二、温度分布微分方程 2－3　等温催化剂一级反应内扩散有效因子的解析解 一、球形催化剂内扩散有效因子的解析解 球形催化剂上进行一级不可逆反应 ？ 内扩散有效因子的解析解 η＝ ＝ 球形催化剂内扩散有效因子的解析解 ？ 无限长的圆柱形催化剂内扩散有效因子的解析解 I0为零阶第一类修正Bessel function ,I1为一阶第一类Bessel function。 η＝ ＝ 薄片形催化剂内扩散有效因子的解析解 η＝ ＝ 等温催化剂一级反应内扩散有效因子的解析解 球形催化剂 2－3　等温催化剂一级反应内扩散有效因子的解析解 Effectiveness factor versus Thiele modulus for a first-order reaction in a sphere. Dimensionle