文档介绍：5 气固相催化反应宏观动力学
气固相催化反应包括7个步骤、3个过程
(1) 主体外表面; (7) 外表面主体
(2) 外表面内表面; (6) 内表面外表面
(3) 内表面吸附; (5) 内表面脱附
(4) 内表面化学反应
整个过程存在气-固之间和固相内的热、质传递
质量传递:步(1)和步(7)为气-固之间传递,取决于Re(流动状态)。步(2)和步(6)为固相内传递,取决于扩散过程和动力学影响
热量传递:步(1)和步(7)取决于Re和Pr。步(2)~(6)交织在一起,取决于反应热和颗粒导热系数
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表明:单颗粒催化剂上发生的化学反应,取决于本征活性(速率)、流动状态、传热和传质等,过程复杂。一般不进行单点计算,多表示为催化剂颗粒体积为基准的平均反应速率与其影响因素之间的关联式。
本章内容:考察内扩散和本征动力学的综合效应,不考虑外扩散过程。外扩散过程对化学反应速率的影响放在反应器部分(第6章)一并考虑。
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过程描述
不考虑外扩散影响的宏观动力学-讨论内容:
(1) 气体在多孔介质孔道内的扩散规律
(2) 多孔介质内气体浓度和温度的分布规律
(3) 宏观反应速率的关联式
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不同控制步骤示意
气流主体
滞流内层
cA
cAg
cAs
平衡浓度
4
3
2
1
1 外扩散控制 3 内扩散控制
2 内外扩散同时控制 4 动力学控制
4
效率因子的概念
催化剂颗粒内的浓度分布:一般是颗粒外表面处的反应物浓度高于颗粒中心处,因而,外表面处的反应速率要高于中心处的值
效率因子定义:
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催化剂颗粒内的气体扩散
影响因素:催化剂颗粒属于多孔性介质,气体分子在其孔道内的扩散行为受到孔道形状和尺寸的限制
当孔径>>分子平均自由行程时-分子扩散
当孔径<分子平均自由行程时-努森扩散
当孔径与分子直径相当时-构型扩散
孔道内的气体扩散遵从Fick’s Law:
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一、分子扩散
平均分子自由行程(平均自由程)(cm)
判据
双分子扩散
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多分子扩散
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二、努森(Knudsen)扩散
If d0<碰撞主要在分子与孔壁之间进行,这种扩散叫~
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三、综合扩散
If 10-2</do<10 分子扩散和努森扩散同时起作用
-综合扩散
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