气固相催化反应本征及宏观动力学.ppt

133.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133页,共150页，星期六，2024年，5月132.5气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响第134页,共150页，星期六，2024年，5月132.5气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响第135页,共150页，星期六，2024年，5月131）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136页,共150页，星期六，2024年，5月13例2－3一级不可逆反应A→B在装有球形催化剂的等温微分固定床反应器中进行，温度为400oC，测得反应物浓度为0.05kmol/m3时的反应速率为2.5kmol/(m3·min)，该温度下以单位体积床层计的本征速率常数为kV=50s-1，床层空隙率为0.3，反应物A的有效扩散系数为0.03cm2/s，假定外扩散阻力可不计，试求：（1）反应条件下催化剂的内扩散有效因子；（2）反应器中催化剂颗粒的半径。2.5气－固相间热、质传递过程对总体速率的影响第137页,共150页，星期六，2024年，5月13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138页,共150页，星期六，2024年，5月13小结本征动力学净吸附速率理想吸附方程第139页,共150页，星期六，2024年，5月13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140页,共150页，星期六，2024年，5月13小结3过程为单组分产物的脱附控制第141页,共150页，星期六，2024年，5月13小结宏观动力学总体速率方程一级可逆反应速率方程第142页,共150页，星期六，2024年，5月13小结内扩散有效因子的求解第143页,共150页，星期六，2024年，5月13小结单直园孔催化剂颗粒第144页,共150页，星期六，2024年，5月13小结第145页,共150页，星期六，2024年，5月13小结第146页,共150页，星期六，2024年，5月13小结第147页,共150页，星期六，2024年，5月132.3气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散总体速率方程包含有外扩散阻力、内扩散和化学反应的阻力。这三部份阻力客观存在，但它们之间的相对大小可能是不相上下，也可能是差别很大。如果它们的相对大小不相上下，则不能忽略各部分阻力。如果它们的相对差别很大，则就可以忽略某一部分阻力，简化总体速率方程。第101页,共150页，星期六，2024年，5月13这种情况一般发生在外扩散传质系数较大和外表面积相对较大．催化剂颗粒较小的时候。1)本征动力学控制气相主体滞流边界层球形催化剂0RpCAg≈CAs≈CAc2.3气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散第102页,共150页，星期六，2024年，5月132)内扩散强烈影响此种情况发生在催化剂颗粒相当大，并且外扩散传质系数和反应速率常数都相对较大的时候。气相主体滞流边界层球形催化剂0RpCAg≈CAsCAc2.3气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散第103页,共150页，星期六，2024年，5月133)外扩散控制此种情况发生在活性组分分布均匀．催化剂颗粒相当小．外扩散传质系数相对较小而反应速率常数又相对较大的时候。气相主体滞流边界层球形催化剂0RpCAgCAs≈CAc≈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第104页,共150页，星期六，2024年，5月132.3气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散如果反应是二级不可逆反应，则反应的宏观速率可表示为：第105页,共150页，星期六，2024年，5月132.3气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散第106页,共150页，星期六，2024年，5月13内扩散有效因子的求解过程催化剂内浓度分布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第107页,共150页，星期六，2024年，5月132.3气－固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散RPdRR单位时间内通过扩散