第三章非均相反應(yīng)

1、精選ppt1第三章第三章 非均相反應(yīng)與傳遞非均相反應(yīng)與傳遞流固催化反應(yīng)流固催化反應(yīng)( (氣固氣固/ /液固液固/ /氣液固氣液固) )流固非催化反應(yīng)流固非催化反應(yīng)( (氣固氣固/ /液固液固/ /氣液固氣液固) )流流非均相反應(yīng)流流非均相反應(yīng)( (氣液氣液/ /液液液液) )精選ppt23.13.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)方程式反應(yīng)方程式催化劑催化劑反應(yīng)條件反應(yīng)條件合成氨合成氨N2+3H2=2NH3FeO+Fe2O3400500 300kgf/cm2水煤氣變換水煤氣變換CO+H2O=CO2+H2Fe2O3-Cr2O3500氨的氧化氨的

2、氧化4NH3+5O2=4NO+6H2OPt-Rh絲網(wǎng)絲網(wǎng)1025SO2氧化氧化2SO2+O2=2SO3V2O5-K2O400600合成甲醇合成甲醇CO+2H2=CH3OHZnO+Cr2O3300400 200400kgf/cm2乙烯法合成乙烯法合成醋酸乙烯醋酸乙烯C2H4+CH3COOH+0.5O2=CH3COOCH(CH2)Pd負(fù)載于氧負(fù)載于氧化鋁上化鋁上150200 510kgf/cm2催化裂化催化裂化油裂解成小分子的產(chǎn)品油裂解成小分子的產(chǎn)品硅酸鋁硅酸鋁,分子分子篩篩450500 12atm工業(yè)氣工業(yè)氣-固相催化反應(yīng)舉例固相催化反應(yīng)舉例:精選ppt3固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器徑向混合充分徑向

3、混合充分,當(dāng)反應(yīng)器尺寸當(dāng)反應(yīng)器尺寸催化劑顆粒尺催化劑顆粒尺寸時(shí)寸時(shí),近似為平推流近似為平推流3.13.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程精選ppt4流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器宏觀上近似為一全混流反應(yīng)器宏觀上近似為一全混流反應(yīng)器3.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程精選ppt5AfAxxAAAAdxxrvcV0)(10 需解決的問題需解決的問題反應(yīng)器設(shè)計(jì)反應(yīng)器設(shè)計(jì) 固定床反應(yīng)器體積計(jì)算固定床反應(yīng)器體積計(jì)算 固定床反應(yīng)器的平推流性質(zhì)固定床反應(yīng)器的平推流性質(zhì) 流化床反應(yīng)器體積計(jì)算流化床反應(yīng)器體積計(jì)算 流化床反應(yīng)器的全混釜性

4、質(zhì)流化床反應(yīng)器的全混釜性質(zhì) 重點(diǎn)討論的問題重點(diǎn)討論的問題 氣固反應(yīng)器內(nèi)的動(dòng)力學(xué)問題氣固反應(yīng)器內(nèi)的動(dòng)力學(xué)問題)(00AAAAfAxrxxvcVAfAxxAAAAdxxrvcV0)(103.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程精選ppt6cA0cAfcA固定床：近似平推流反應(yīng)器；固定床：近似平推流反應(yīng)器；流化床：近似全混流反應(yīng)器；流化床：近似全混流反應(yīng)器；床層固體顆粒床層固體顆粒3.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程精選ppt73.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程氣固催化反應(yīng)過程

5、可描述為：氣固催化反應(yīng)過程可描述為：外擴(kuò)散外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散吸附吸附反應(yīng)反應(yīng)脫附脫附外擴(kuò)散外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散氣相反應(yīng)物由氣相主體擴(kuò)散至催化劑外表面氣相反應(yīng)物由氣相主體擴(kuò)散至催化劑外表面反應(yīng)物由催化劑外表面擴(kuò)散至內(nèi)表面反應(yīng)物由催化劑外表面擴(kuò)散至內(nèi)表面反應(yīng)物在催化劑內(nèi)表面發(fā)生吸附反應(yīng)物在催化劑內(nèi)表面發(fā)生吸附反應(yīng)物在活性中心上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物反應(yīng)物在活性中心上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面發(fā)生脫附產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面發(fā)生脫附產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散至氣相主體產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散至氣相主體精選ppt83.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟

6、氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程總體歸結(jié)為：總體歸結(jié)為：擴(kuò)散擴(kuò)散吸附吸附表面表面反應(yīng)反應(yīng)脫附脫附擴(kuò)散擴(kuò)散核心核心包含擴(kuò)散、吸脫附、表包含擴(kuò)散、吸脫附、表面反應(yīng)三大過程，即物面反應(yīng)三大過程，即物理和化學(xué)過程理和化學(xué)過程精選ppt9濃濃度度CAgCAsCAcCAe徑向位置徑向位置RpRp0氣氣相相主主體體層流區(qū)層流區(qū)球形催化劑顆粒球形催化劑顆粒球形催化劑顆粒內(nèi)反應(yīng)物球形催化劑顆粒內(nèi)反應(yīng)物A的濃度分布曲線的濃度分布曲線穩(wěn)定條件下：穩(wěn)定條件下：CAgCAsCAcCAe3.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程主氣流微孔固相催化劑粒子示意圖精選ppt10

7、3.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程外擴(kuò)散外擴(kuò)散控制：控制：CAgCAsCAc CAerA=kga（CAg-CAs） kga（CAg-CAe）反應(yīng)速度快，如：反應(yīng)速度快，如：Pt催化劑上的催化劑上的NH3氧化反應(yīng)、氧化反應(yīng)、催化燃燒反應(yīng)等，過程阻力取決于外擴(kuò)散。催化燃燒反應(yīng)等，過程阻力取決于外擴(kuò)散。精選ppt113.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程表面反應(yīng)表面反應(yīng)控制：控制：CAg CAs CAcCAerA=AprAs（CA）=AprAs（CAg）反應(yīng)速度慢，如鐵生銹反應(yīng)、或者流態(tài)化下顆粒內(nèi)反應(yīng)速度慢，如鐵生銹

8、反應(yīng)、或者流態(tài)化下顆粒內(nèi)部反應(yīng)。過程阻力取決于表面化學(xué)反應(yīng)。此時(shí)反應(yīng)部反應(yīng)。過程阻力取決于表面化學(xué)反應(yīng)。此時(shí)反應(yīng)速率稱之為本證反應(yīng)速率或稱微觀反應(yīng)速率。速率稱之為本證反應(yīng)速率或稱微觀反應(yīng)速率。精選ppt123.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程方程AsAsppVAAspACrAdVCrVrp1應(yīng)速率按本征速率式計(jì)算的反以顆粒外表面反應(yīng)條件反應(yīng)速率有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)的實(shí)際內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散控制：控制：CAg CAsCAc CAe3.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程反應(yīng)速度快，而且流體流速較高，過程阻反應(yīng)速度快，而且流體流速較高，

9、過程阻力取決于顆粒內(nèi)部的傳遞。力取決于顆粒內(nèi)部的傳遞。：內(nèi)表面利用率、效率因子或有效因子：內(nèi)表面利用率、效率因子或有效因子AsAspVpAAspACrAdVCrVrp1精選ppt133.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)：對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)：=有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)的實(shí)際反應(yīng)速率有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)的實(shí)際反應(yīng)速率/ /以顆粒外以顆粒外表面反應(yīng)條件按本征速率式計(jì)算的反應(yīng)速率。表面反應(yīng)條件按本征速率式計(jì)算的反應(yīng)速率。表明內(nèi)擴(kuò)散表明內(nèi)擴(kuò)散對(duì)化學(xué)反應(yīng)的對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響程度影響程度 1 11，溫度影響，溫度影響精選ppt143.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速

10、率氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程方程當(dāng)內(nèi)外擴(kuò)散影響均當(dāng)內(nèi)外擴(kuò)散影響均無法忽略時(shí)，對(duì)于穩(wěn)無法忽略時(shí)，對(duì)于穩(wěn)態(tài)過程，依據(jù)物料平態(tài)過程，依據(jù)物料平衡，有：衡，有：rA=kGa（CAg-CAs）rA=kCAs一一級(jí)級(jí)不不可可逆逆反反應(yīng)應(yīng)kakCrGAgA/1/13.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程氣固催化一級(jí)不可逆反應(yīng)氣固催化一級(jí)不可逆反應(yīng)的宏觀速率方程的宏觀速率方程精選ppt153.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程u 等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)等溫一級(jí)不可逆反應(yīng) 平板：平板： = th( ) / ; = L 圓柱：圓柱

11、： ； c = R/2 球形：球形： ；=R/3 任意形狀：任意形狀： = （VP/SP) (kv/De)1/2 內(nèi)擴(kuò)散嚴(yán)重時(shí)內(nèi)擴(kuò)散嚴(yán)重時(shí) = 1/ 10(2)1(2)cccJJ111(3 )3sssth不同催化劑條件下的有效因子不同催化劑條件下的有效因子精選ppt16 非一級(jí)反應(yīng)：非一級(jí)反應(yīng)： 令令 y=dcA /dl實(shí)際宏觀反應(yīng)速度實(shí)際宏觀反應(yīng)速度 RAs=2SLrAsn級(jí)反應(yīng)：級(jí)反應(yīng)： = 1/ 3.1氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟氣固催化反應(yīng)過程的控制步驟與速率方程與速率方程AeAdcdDrdldlAAeeeeAAAdcdcddydydyDDdD yrdldldldcdldc1/22AAe

12、cAAAcedcrydcdlD1/2222AsAccAAeeAAcdcRSDLSDr dcdl1/ 22AsAccAeAAcAsAsRD r dcRLr0.51122AsAccppnAsve AAAscppeVVrknD r dccSSD不同催化劑條件下的有效因子不同催化劑條件下的有效因子精選ppt173.2氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱3.2.1傳質(zhì)和傳熱速率傳質(zhì)和傳熱速率由前述，外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)過程有顯著影響，其大小由由前述，外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)過程有顯著影響，其大小由反應(yīng)氣體傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)面積的大小而決定。反應(yīng)氣體傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)面積的大小而決定。外擴(kuò)散（外擴(kuò)散（ex

13、ternal transfer)的速率：的速率： NA = kGa(cAg-cAs) NA = kga(pAg-pAs)傳質(zhì)系數(shù)確定傳質(zhì)系數(shù)確定 傳質(zhì)因子：傳質(zhì)因子：jD=(kG /G)Sc2/3 Schmidt準(zhǔn)數(shù)：準(zhǔn)數(shù)：Sc = / D Reynolds準(zhǔn)數(shù)：準(zhǔn)數(shù)：Re=dsG/ jD=0.725/(Re0.41-0.15) 使用條件：使用條件：Re 0.8-2130; Sc 0.6-1300catalystzdc0cs精選ppt18 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散費(fèi)克定律費(fèi)克定律 N1= -D12dc1/dz N1= -D12 c1 多元組分多元組分0.51.75121221/31/3120.0011

14、/1/TMMDPVVNjkjkkjjmDyyD111123.2氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱氣體擴(kuò)散氣體擴(kuò)散精選ppt193.2氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱和傳熱傳質(zhì)速率方程：傳質(zhì)速率方程：AsAgGACCakrAsAggAppakr傳熱速率方程：傳熱速率方程：)(gsTThaQArrHQ)( 穩(wěn)態(tài)條件下穩(wěn)態(tài)條件下精選ppt203.2氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱和傳熱3.2.2顆粒表面滯留層傳遞對(duì)氣固催化反應(yīng)過程的影響顆粒表面滯留層傳遞對(duì)氣固催化反應(yīng)過程的影響存在氣膜傳遞阻力則存在氣膜傳遞阻力則:)(

15、)(AsAgGrgsCChkHTT顆粒與氣流主體的溫差大小顆粒與氣流主體的溫差大小與反應(yīng)熱效應(yīng)成正比；與反應(yīng)熱效應(yīng)成正比；傳質(zhì)阻力越小或者傳熱阻力傳質(zhì)阻力越小或者傳熱阻力越大，溫差越大。越大，溫差越大。最大溫差：最大溫差：)()()(maxAeAgGrgsCChkHTT擴(kuò)散控制，反應(yīng)極快，顆粒擴(kuò)散控制，反應(yīng)極快，顆粒表面濃度接近平衡濃度。表面濃度接近平衡濃度。精選ppt213.3氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散3.3.1孔內(nèi)擴(kuò)散孔內(nèi)擴(kuò)散多孔介質(zhì)擴(kuò)散多孔介質(zhì)擴(kuò)散 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散 分子平均自由程分子平均自由程: 分子在運(yùn)動(dòng)中從上一次碰撞到下一分子在運(yùn)動(dòng)中從上一次碰撞到下一次碰撞所

16、經(jīng)過的平均距次碰撞所經(jīng)過的平均距分子自由程：分子自由程： =3.66T/P 微孔微孔(Knudson)擴(kuò)散擴(kuò)散 DKj=9.7 103r(T/Mj)1/2 r=2Vg/Sg 表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散 構(gòu)型擴(kuò)散構(gòu)型擴(kuò)散精選ppt223.3氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散精選ppt233.3氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散 普通擴(kuò)散（分子擴(kuò)散）普通擴(kuò)散（分子擴(kuò)散） 分子擴(kuò)散的阻力來自分子間的碰撞，通常在大孔（孔徑大于分子擴(kuò)散的阻力來自分子間的碰撞，通常在大孔（孔徑大于100nm）或者壓力較高的條件下發(fā)生的擴(kuò)散多為分子擴(kuò)散?；蛘邏毫^高的條件下發(fā)生的擴(kuò)散多為分子擴(kuò)散。 DBT

17、 3 /2 PT 微孔擴(kuò)散（努森擴(kuò)散微孔擴(kuò)散（努森擴(kuò)散Kundsen） 微孔擴(kuò)散的阻力重要來自分子與孔壁的碰撞，因?yàn)楫?dāng)氣體濃微孔擴(kuò)散的阻力重要來自分子與孔壁的碰撞，因?yàn)楫?dāng)氣體濃度較低或者顆?？讖胶苄r(shí)，分子與孔壁的碰撞幾率遠(yuǎn)比分子間度較低或者顆粒孔徑很小時(shí)，分子與孔壁的碰撞幾率遠(yuǎn)比分子間碰撞的幾率高。碰撞的幾率高。 DK9700r（T/M）1/2 過渡區(qū)擴(kuò)散過渡區(qū)擴(kuò)散 所謂過渡區(qū)擴(kuò)散是指介于分子擴(kuò)散與微孔擴(kuò)散之間的過渡區(qū)。所謂過渡區(qū)擴(kuò)散是指介于分子擴(kuò)散與微孔擴(kuò)散之間的過渡區(qū)。即分子間碰撞和分子與孔壁間的碰撞均起到擴(kuò)散阻力的作用，都即分子間碰撞和分子與孔壁間的碰撞均起到擴(kuò)散阻力的作用，都不能忽略

18、。不能忽略。精選ppt243.3氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散 構(gòu)型擴(kuò)散構(gòu)型擴(kuò)散 當(dāng)顆?？讖匠叽绱笮〗咏肿拥拇笮r(shí)，且與反應(yīng)物或產(chǎn)物分子的當(dāng)顆?？讖匠叽绱笮〗咏肿拥拇笮r(shí)，且與反應(yīng)物或產(chǎn)物分子的大小處于同一數(shù)量級(jí)，在同一孔隙中擴(kuò)散，由于分子構(gòu)型不同，而擴(kuò)散大小處于同一數(shù)量級(jí)，在同一孔隙中擴(kuò)散，由于分子構(gòu)型不同，而擴(kuò)散系數(shù)相差很大的擴(kuò)散，稱為構(gòu)型擴(kuò)散。系數(shù)相差很大的擴(kuò)散，稱為構(gòu)型擴(kuò)散。 表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散 由于吸附在固體顆粒表面上的分子具有很大移動(dòng)性，因此由于表面由于吸附在固體顆粒表面上的分子具有很大移動(dòng)性，因此由于表面上分子的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的傳質(zhì)過程，稱為表面擴(kuò)散，其擴(kuò)散方向是

19、表面濃上分子的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的傳質(zhì)過程，稱為表面擴(kuò)散，其擴(kuò)散方向是表面濃度減小的方向，因而表面擴(kuò)散和氣體擴(kuò)散過程是平行的度減小的方向，因而表面擴(kuò)散和氣體擴(kuò)散過程是平行的。擴(kuò)散類型示意圖：擴(kuò)散類型示意圖：構(gòu)構(gòu)型型擴(kuò)擴(kuò)散散體相體相擴(kuò)散擴(kuò)散Kundsen擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)擴(kuò)散散系系數(shù)數(shù)孔徑孔徑精選ppt253.3氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散孔內(nèi)擴(kuò)散除了分子擴(kuò)散和孔內(nèi)擴(kuò)散除了分子擴(kuò)散和Knudson擴(kuò)散外擴(kuò)散外,還存在還存在由于濃度影響的表面擴(kuò)散。一般地，表面擴(kuò)散影由于濃度影響的表面擴(kuò)散。一般地，表面擴(kuò)散影響不顯著。前兩種擴(kuò)散影響：響不顯著。前兩種擴(kuò)散影響： jkjmjDDD,111r，1/D

20、jm1/Dk,j，DjDjm，分子擴(kuò)散占主導(dǎo)地位；分子擴(kuò)散占主導(dǎo)地位；r ， 1/Djm1/Dk,j，D jDk,j， Knudson擴(kuò)散占主導(dǎo)地位；擴(kuò)散占主導(dǎo)地位；當(dāng)當(dāng)r r與與接近時(shí)，兩者均不能忽略。接近時(shí)，兩者均不能忽略。平均孔半徑：平均孔半徑：ggSVr2精選ppt263.3氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散3.3.2粒子內(nèi)擴(kuò)散粒子內(nèi)擴(kuò)散等分子逆向擴(kuò)散時(shí)等分子逆向擴(kuò)散時(shí),總擴(kuò)散系數(shù)：總擴(kuò)散系數(shù)： Dj-1 = Djm-1+DKj-1孔徑遠(yuǎn)小于分子平均自由程時(shí)孔徑遠(yuǎn)小于分子平均自由程時(shí),主要為主要為努森擴(kuò)散努森擴(kuò)散實(shí)際擴(kuò)散路徑實(shí)際擴(kuò)散路徑: l=z 彎曲因子彎曲因子t而傳質(zhì)

21、面積僅為孔隙率而傳質(zhì)面積僅為孔隙率 ,則則有效擴(kuò)散系數(shù)：有效擴(kuò)散系數(shù)：Dej = ( / t) Dj1111jjejDdCdCdCNDDdzdldl Z精選ppt273.3氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散3.3.2粒子內(nèi)擴(kuò)散粒子內(nèi)擴(kuò)散氣體有效擴(kuò)散系數(shù)的測定：氣體有效擴(kuò)散系數(shù)的測定：111ejejdCdyPNDDdlRT dl 101()ejiLN RTLDP yyjejDD有效擴(kuò)散系數(shù)及彎曲因子測試裝置L L精選ppt283.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)3.4.1等溫條件下催化劑顆粒內(nèi)反應(yīng)的有效因子等溫條件下催化劑顆粒內(nèi)反應(yīng)的有效因子一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)微元質(zhì)量衡算：

22、微元質(zhì)量衡算：AAeevAllldcdcD SD Sk c S ldldl220vAAekd ccdlD -L 0 dl L擴(kuò)散方向精選ppt29邊界條件邊界條件: l=0, dcA/dl=0 l=L, cA=cAs()()AAschlccchL0()22LAvAvAsthLRk c SdlSk c()()ALAsLRththLRL/LveLL kD3.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)精選ppt30同樣的，對(duì)于等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)同樣的，對(duì)于等溫一級(jí)不可逆反應(yīng) 圓柱：圓柱： ； c = R/2 球形：球形： ；=R/3 任意形狀：任意形狀： = （VP/SP) (kv/De)1/2 內(nèi)

23、擴(kuò)散嚴(yán)重時(shí)內(nèi)擴(kuò)散嚴(yán)重時(shí) = 1/ 3.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)10(2)1(2)cccJJ111(3 )3sssth精選ppt31Thiele模數(shù)的物理意義模數(shù)的物理意義:表示表面反應(yīng)速率表示表面反應(yīng)速率kv與內(nèi)擴(kuò)與內(nèi)擴(kuò)散速率散速率De的相對(duì)大小的相對(duì)大小對(duì)球形催化劑對(duì)球形催化劑:球徑球徑、反應(yīng)速度、反應(yīng)速度、擴(kuò)散、擴(kuò)散則則通常：通常：1時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散的影響可忽略時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散的影響可忽略3, =1/3.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)22(0)/vvAsLeeAskaLk CLDD CL表面反應(yīng)速率內(nèi)擴(kuò)散速率/LveL kDThiele模數(shù)：模數(shù)：精選ppt323.4內(nèi)擴(kuò)

24、散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)對(duì)表面反應(yīng)級(jí)數(shù)的影響：對(duì)表面反應(yīng)級(jí)數(shù)的影響：nAAsvAsrrk c12121npeAspvSDcVnk112221nnpAve Asm AspSrk Dck cVn3.4.3內(nèi)擴(kuò)散對(duì)氣固催化反應(yīng)的影響內(nèi)擴(kuò)散對(duì)氣固催化反應(yīng)的影響對(duì)于對(duì)于n級(jí)不可逆反應(yīng)，若本證動(dòng)力學(xué)方程為：級(jí)不可逆反應(yīng)，若本證動(dòng)力學(xué)方程為：nAsvAsCkr則宏觀動(dòng)力學(xué)方程為：則宏觀動(dòng)力學(xué)方程為：當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散嚴(yán)重時(shí)，則當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散嚴(yán)重時(shí)，則：精選ppt333.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)對(duì)表觀活化能的影響對(duì)表觀活化能的影響:21pmvepSkk DVn000expexpexpmmmVVD

25、eeEkkRTEkkRTEDDRTEm=(E+ED)/2假設(shè)表觀反應(yīng)速率常數(shù)也符合假設(shè)表觀反應(yīng)速率常數(shù)也符合Arrhenius定律，則：定律，則：算術(shù)平均值算術(shù)平均值精選ppt343.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)平行反應(yīng)：平行反應(yīng)：AP AS1212AsvAsvAsrk ck c212111vAsvskck12112212AmAsmAsrk ckc本證動(dòng)力學(xué)方程為：本證動(dòng)力學(xué)方程為：P為目的產(chǎn)物為目的產(chǎn)物則目的產(chǎn)物的選擇性為：則目的產(chǎn)物的選擇性為：由前述可得宏觀反由前述可得宏觀反應(yīng)速率方程：應(yīng)速率方程：精選ppt35若兩反應(yīng)級(jí)數(shù)不同，則內(nèi)擴(kuò)散將降低反應(yīng)級(jí)數(shù)高的反若兩反應(yīng)級(jí)數(shù)不同，

26、則內(nèi)擴(kuò)散將降低反應(yīng)級(jí)數(shù)高的反應(yīng)的選擇性，（為何？）應(yīng)的選擇性，（為何？）112vvvkskk2111mvvskk主副反應(yīng)級(jí)數(shù)相同，則選擇性只與本征速率常數(shù)有關(guān)主副反應(yīng)級(jí)數(shù)相同，則選擇性只與本征速率常數(shù)有關(guān)21212212121111111mmvAsAsmvskkcckk則，目的產(chǎn)物的選擇性為：則，目的產(chǎn)物的選擇性為：3.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)精選ppt363.4內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散過程與化學(xué)反應(yīng)21212212121111111mmvAsAsmvskkcckkKv1=kv2，sm=s內(nèi)擴(kuò)散對(duì)目的產(chǎn)物選擇性無內(nèi)擴(kuò)散對(duì)目的產(chǎn)物選擇性無影響；影響；kv1kv2，sms，內(nèi)擴(kuò)散存在不利于目的產(chǎn)，內(nèi)擴(kuò)散存在不利于目的產(chǎn)物選擇性提高；物選擇性提高；kv1s，內(nèi)擴(kuò)散存在對(duì)于提高目的，內(nèi)擴(kuò)散存在對(duì)于提高目的產(chǎn)物選擇性有利。產(chǎn)物選擇性有利。精選ppt37 串聯(lián)反應(yīng)串聯(lián)反應(yīng) AP