氣-固相催化反應宏觀動力學.ppt

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1、第二章氣-固相催化反應宏觀動力學第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程第二節(jié)催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴散第三節(jié)內(nèi)擴散有效因子第四節(jié)氣-固相間熱、質(zhì)傳遞過程對總體速率的影響第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程反應物從氣流主體擴散到催化劑顆粒的外表面----外擴散反應物從外表面向催化劑的孔道內(nèi)部擴散----內(nèi)擴散在催化劑內(nèi)部孔道內(nèi)組成的內(nèi)表面上進行催化反應----化學反應產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面擴散到外表面----內(nèi)擴散產(chǎn)物從外表面擴散到氣流主體----外擴散多孔催化劑上進行的氣固相催化反應第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程一、氣-固相催化反應過程中反應組分的濃度分布第一節(jié)氣-固相

2、催化反應的宏觀過程二、內(nèi)擴散有效因子與總體速率內(nèi)擴散有效因子（內(nèi)表面利用率）：等溫催化劑單位時間內(nèi)顆粒中的實際反應量與按外表面反應組分濃度及顆粒內(nèi)表面積計算的反應速率之比。用公式表示為：反應物濃度高反應物濃度低內(nèi)外反應速率不一致ks-按單位內(nèi)表面積計算的速率常數(shù)f（cAS）-按外表面上反應組分濃度計算的動力學方程的濃度函數(shù)f（cA）-按催化劑顆粒內(nèi)反應組分濃度計算的動力學方程的濃度函數(shù)Si-單位體積催化劑床層中催化劑的內(nèi)表面積第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程在定態(tài)下，單位時間內(nèi)從催化劑顆粒外表面由擴散作用進入催化劑內(nèi)部的反應組分量與單位時間內(nèi)整個催化

3、劑顆粒中實際反應的組分量相等，因此，內(nèi)擴散有效因子也可表示為：對于整個反應過程而言，定態(tài)時單位時間內(nèi)氣相主體擴散至顆粒外表面的反應組分量也等于顆粒內(nèi)的實際反應量，因此：(rA)g-組分A的宏觀反應速率Se-單位體積催化劑床層中顆粒外表面積kG-外擴散傳質(zhì)系數(shù)若在顆粒內(nèi)發(fā)生的是一級可逆反應，則f(cA)=cA-cA*，有：第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程推動力阻力外擴散阻力化學反應阻力內(nèi)擴散阻力第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程三、催化反應控制階段的判別1、本征動力學控制這種情況一般發(fā)生在外擴散傳質(zhì)系數(shù)較大和外表面積相對較大．催化劑顆粒較小的時候。第一節(jié)氣-

4、固相催化反應的宏觀過程2．內(nèi)擴散強烈影響此種情況發(fā)生在催化劑顆粒相當大，并且外擴散傳質(zhì)系數(shù)和反應速率常數(shù)都相對較大的時候。第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程3．外擴散控制此種情況發(fā)生在活性組分分布均勻．催化劑顆粒相當小．外擴散傳質(zhì)系數(shù)相對較小而反應速率常數(shù)又相對較大的時候。第一節(jié)氣-固相催化反應的宏觀過程如果反應是二級不可逆反應，則反應的宏觀速率可表示為：第二節(jié)催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴散分子擴散Knudsen擴散構型擴散表面擴散條件孔徑與分子大小相當表面遷移擴散通量表達式____________________擴散系數(shù)_________________綜合擴散

5、系數(shù)有效擴散系數(shù)