1、第六章 多相系统中的化学反应与传递现象,本章内容多相催化反应过程步骤流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热 外扩散对多相催化反应的影响 多孔催化剂中的扩散与反应 多相催化反应过程中扩散影响的判定 扩散干扰下的动力学假象,多相催化反应过程步骤,1. 固体催化剂的宏观结构和性质, 孔容：单位质量催化剂颗粒所具有的孔体积。实测方法有压贡仪法（1001010m）、气体吸附法（10nm）和四氯化碳法（总孔容）等。, 平均孔半径：, 比表面积 ：单位质量催化剂颗粒所具有的表面积。与催化剂的孔道尺寸有关。BET法和色谱法是常用的测定方法。,多相催化反应过程步骤,1. 固体催化剂的宏观结构和性质, 孔隙率：,
2、形状系数（球形度，圆球度）：, 催化剂颗粒粒度的表示方法：以筛分或当量直径表示,多相催化反应过程步骤,流体与催化剂外表面间的传质与传热,1. 基本方程：,扩散通量可表示为：,第3节 气固相催化反应宏观动力学,外扩散过程,2. 传递系数,流体与催化剂外表面间的传质与传热,对固定床,外扩散对多相催化反应的影响,1. 外扩散有效因子X的定义：,即：,一级不可逆反应,外扩散对多相催化反应的影响,1. 外扩散有效因子X的定义：, 平行反应,外扩散无影响时的瞬时选择性,外扩散有影响时的瞬时选择性,外扩散对多相催化反应的影响,2. 外扩散对复合反应选择性的影响, 连串反应,外扩散无影响时的瞬时选择性,外扩散
3、有影响时的瞬时选择性,外扩散对多相催化反应的影响,2. 外扩散对复合反应选择性的影响,得外扩散有影响时的瞬时选择性:,又：,推导外扩散有影响时的瞬时选择性,1. 反应物的浓度分布,多孔催化剂中的扩散与反应,1、气体在固体催化剂颗粒内的扩散及其浓度与温度分布,RD,RD,第3节 气固相催化反应宏观动力学,2. 颗粒内反应物浓度分布方程的推导, 薄片催化剂,多孔催化剂中的扩散与反应,基本假设： 催化剂颗粒等温； 孔隙结构均匀，各向同性； 厚度远比长度和宽度小，即反应物A从颗粒外表面向内表面的扩散可按一维扩散问题处理。,单位时间扩散进入A量 单位时间扩散出的A量 = 单位时间反应的A量,多孔催化剂中
4、的扩散与反应, 薄片催化剂,2. 颗粒内反应物浓度分布方程的推导,多孔催化剂中的扩散与反应,3. 内扩散有效因子,对一级不可可逆反应,薄片催化剂, 球形催化剂,多孔催化剂中的扩散与反应,3. 内扩散有效因子,整理，并忽略dr2项，得，,多孔催化剂中的扩散与反应,3. 内扩散有效因子, 球形催化剂,比较,薄片催化剂, 圆柱催化剂,3. 内扩散有效因子,多孔催化剂中的扩散与反应,特别注意：,多孔催化剂中的扩散与反应,3. 内扩散有效因子, 一级可逆反应结果如何？,球形催化剂,4. 内外扩散都有影响时的有效因子,多孔催化剂中的扩散与反应,对薄片催化剂,多孔催化剂中的扩散与反应,4. 内外扩散都有影响
5、时的有效因子,表示外扩散与内扩散阻力的相对大小,多相催化反应过程中扩散影响的判定, 连续流动反应器,在T、cA0、不变的条件下改变G 当GG0, 外扩散无影响,1. 外扩散影响的判定, 间歇反应器,当rpmrpm0 ,外扩散无影响,1. 外扩散影响的判定,多相催化反应过程中扩散影响的判定,浓差判据,温差判据, 工业反应器,1. 外扩散影响的判定,多相催化反应过程中扩散影响的判定,当RpRC,内扩散无影响,2. 内扩散影响的判定,多相催化反应过程中扩散影响的判定, 一级不可逆反应, 非一级反应,2. 内扩散影响的判定,多相催化反应过程中扩散影响的判定,扩散干扰下的动力学假象,R1R2R3,1.
6、外扩散干扰下的动力学假象,扩散干扰下的动力学假象,扩散干扰下的动力学假象,2. 内扩散干扰下的动力学假象, 表观级数, 表观活化能,表观级数的推导,表观活化能的推导,不同温度范围下的反应活化能,cA,a: 表观级数 ka: 表观速率常数,外扩散忽略，内扩散有影响时：,扩散干扰下的动力学假象,2. 内扩散干扰下的动力学假象表观级数的推导,B、D两式联立，得,普遍化,得,2. 内扩散干扰下的动力学假象表观级数的推导,扩散干扰下的动力学假象,C式对1/T求导,2. 内扩散干扰下的动力学假象表观活化能的推导,扩散干扰下的动力学假象,F、G式联立,扩散干扰下的动力学假象,2. 内扩散干扰下的动力学假象表观活化能的推导,
