二章气-固相催化反应宏观动力学.ppt

第二章 气-固相催化反应宏观动力学 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 第二节 催化剂颗粒内气体的扩散 第三节 内扩散有效因子 第四节 气-固相间热、质传递过程对总体速率的影响 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒的外表面----外扩散 反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散----内扩散 在催化剂内部孔道内组成的内表面上进行催化反应----化学反应 产物从催化剂内表面扩散到外表面----内扩散 产物从外表面扩散到气流主体----外扩散 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 一、气-固相催化反应过程中反应组分的浓度分布 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 在定态下，单位时间内从催化剂颗粒外表面由扩散作用进入催化剂内部的反应组分量与单位时间内整个催化剂颗粒中实际反应的组分量相等，因此，内扩散有效因子也可表示为： 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 三、催化反应控制阶段的判别 1、本征动力学控制 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 第一节 气-固相催化反应的宏观过程 如果反应是二级不可逆反应，则反应的宏观速率可表示为： 第二节 催化剂颗粒内气体的扩散 * * 多孔催化剂上进行的气固相催化反应 二、内扩散有效因子与总体速率内扩散有效因子（内表面利用率）：等温催化剂单位时间内颗粒中的实际反应量与按外表面反应组分浓度及颗粒内表面积计算的反应速率之比。用公式表示为： 反应物浓度高 反应物浓度低 内外反应速率不一致 ks-按单位内表面积计算的速率常数 f（cAS）-按外表面上反应组分浓度计算的动力学方程的浓度函数 f（cA）-按催化剂颗粒内反应组分浓度计算的动力学方程的浓度函数 Si-单位体积催化剂床层中催化剂的内表面积 对于整个反应过程而言，定态时单位时间内气相主体扩散至颗粒外表面的反应组分量也等于颗粒内的实际反应量，因此： (rA)g-组分A的宏观反应速率 Se-单位体积催化剂床层中颗粒外表面积 kG-外扩散传质系数 若在颗粒内发生的是一级可逆反应，则f(cA)= cA- cA*，有： 推动力 阻力 外扩散阻力 化学反应阻力 内扩散阻力 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。 2．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。 3．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。 有效扩散系数 综合扩散系数 _________ ________ 扩散系数 _________ ___________ 扩散通量表达式 表面迁移 孔径与分子大小相当 条件 表面扩散 构型扩散 Knudsen扩散 分子扩散 *