《化工反应原理与设备》课件—01绪论.pptVIP

气液相反应宏观动力学 反应类型 3、中速反应 当A与B的反应速率与A在液膜内的传质速接近时，通过相界面溶解到液膜内的组分A在膜内不可能全部与组分B反应，因此，在液相主体内仍然发生化学反应。即反应过程在液膜和液相主体内同时进行。总反应速率既和传质速率有关又和化学反应速率有关。 气液相反应宏观动力学 反应类型 4、慢速反应 当A与B的反应速率小于A与B由液膜两侧向膜内的传质速率时，通过相界面溶解到液膜内的A在液膜中与液相B发生反应，但由于液相主体内的反应速率已大于A在液膜内的传质速率，所以液膜内的传质阻力可以忽略，致使大部分A反应不完而扩散进入液相主体，并在液相主体中与B发生反应。故反应主要在液相主体中进行。宏观动力学方程即为物理吸收过程的规律 气液相反应宏观动力学 反应类型 5、极慢速反应 由于A与B的反应速率远远小于A与B由液膜两侧向膜内进行传质的速率，导致组分A在气膜和液膜内的传质阻力可以忽略。所以组分A在液相主体和相界面上的浓度是相等的，与气相主体中组分A的反应成相平衡。反应速率完全取决于化学反应动力学。 气液相反应过程重要参数 化学增强系数 定义： 物理意义：由于化学反应的发生使得传质系数增加的倍数。也可以认为是表观反应速率与物理传质速率的比值 瞬间反应： 快速反应: 中速反应: 慢速反应: 极慢速反应： 气液相反应过程重要参数 膜内转换系数 定义： 物理意义：液膜内化学反应速率与物理吸收速率的比值，或者说是膜内进行反应的那部分量占总反应量的比例 γ2：液膜内进行的快速反应或瞬间反应。反应速率与kL无关但与单位体积液相具有的表面积有关。 0.02γ2：中速反应，主体内反应的量大于液膜内反应的量，因此需要大量的存液量。 γ 0.02：全部在液相中反应的慢反应。反应速率取决于单位体积反应器内反应相所占有的体积。 气液相反应过程重要参数 效率因子 定义： 物理意义：有效因子的大小也可以表示反应相内部总利用率。 η＝1说明化学反应在整个液相中反应， η1说明液相的利用是不充分的。 因此η又可称为液相利用率。 气固相催化反应本征动力学 双曲线型本征动力学 3、脱附为控制步骤: 反应速率: 其余各步达到平衡: 得： 内扩散控制宏观动力学 气固相催化反应过程中，由于受内、外扩散的影响，颗粒内各处的温度和浓度不同，导致反应速率在床层内各处均不同。即传质过程对气固相催化反应动力学的影响是不能忽略的。考虑了传质过程的动力学方程为宏观动力学。它是以催化剂颗粒体积为基准的平均反应速率 内扩散控制宏观动力学 内扩散是指反应物从催化剂的外表面向催化剂的内表面的扩散。由于内扩散的影响，使催化反应的动力学发生了变化。这种影响可以用效率因子来表示。 即: 内扩散控制宏观动力学 催化剂颗粒内气体扩散 催化剂颗粒是一多孔性的物质，流体要通过催化剂的孔道进行扩散传质。由于孔道的大小、结构均不相同，导致扩散的机理也不同。不论是何种扩散，扩散速率方程均可用费克（Fick）定律来描述： 当扩散机理不同时，扩散速率中的扩散系数是不同的。 内扩散控制宏观动力学 单一孔道的扩散 催化剂颗粒内气体扩散 分子扩散：孔径较大。λ/2ra? 10-2 阻力：分子间碰撞 努森扩散：孔径较小。 λ/2ra ? 10 阻力：分子与孔壁碰撞 内扩散控制宏观动力学 单一孔道的扩散 催化剂颗粒内气体扩散 综合扩散：孔径10-2 ? λ/2ra?10。 阻力：分子间碰撞、分子与孔壁碰撞 均存在。 定态下双组分扩散:NA=-NB 其中: 内扩散控制宏观动力学 多孔颗粒中的扩散 催化剂颗粒内气体扩散 工业上所使用的催化剂，孔隙结构错综复杂。孔道间会有相互交叉，孔径大小不一，各孔道的形状和每根孔道的不同部位的截面积也不相同。导致在催化剂颗粒中的扩散距离与在圆柱形孔道中的扩散距离有所不同。因此需加一校正因子τ，也叫曲折因子。该值一般由实验确定，通常取为3～7。 催化剂的有效扩散系数: 例：镍催化剂在200℃进行苯加氢反应.若催化剂的平均孔径d0=5*10-9m,εp=0.43,τ=4,求系统总压为3039.3kpa时,氢在催化剂内的有效扩散系数De 解：氢A: MA=2，VA=7.07cm3/mol 苯B: MB=78，VB=90.68cm3/mol 氢在苯中的扩散系数: 催化剂颗粒内气体扩散 内扩散控制宏观动力学 等温球形催化剂上进行一级不可逆反应为例 对反应组分A作