試驗三積分反應器測定一氧化碳變換反應速度常數

1、化學反應工程實驗河北科技大學化學與制藥工程學院化學反應工程課程組實驗 1 二氧化碳甲烷化反應動力學的測定一、實驗目的測定催化劑的反應動力學數據及確定動力學方程中各參數值是化學動力學研究的重要內容， 也是工業(yè)反應器設計的基礎。 本實驗通過測定不同溫度下、 不同初始組成的二氧化碳甲烷化反應的轉化率，掌握一種獲得氣固相催化反應速度常數以及吸附平衡常數的定方法。二、實驗原理二氧化碳與水蒸汽在鎳催化劑存在下，進行如下甲烷化反應：CO2 +4H 2 =CH 4 +2H 2OH 2980165.08kJ/mol催化劑以氧化鎳為主要成分，三氧化二鋁為載體， 氧化鎂或三氧化二鉻為促進劑，在使用前，需將氧化鎳還原

2、成具有催化活性的金屬鎳。反應的動力學方程為：dN CO21/ 3rCO2kpCO2 pH 2mol CO 2 /(s g cat.)dW1 KCO2pCO2KH 2pH2K H2 O pH 2OdNCO2V0 yCO02 dxdW22.4dWdx22.4kpCO1/32pH 2dW V0 yCO021 KCO2 pCO2K H2 pH2K H 2O pH 2O分離變量并積分得 ：V y0x 1 K CO pCO2K HpH2KHO pHO0CO22222dxWpCO1/32 pH 222.4k0因為二氧化碳甲烷化反應為變體積的反應， 各組分分壓可表示為 （假設混合氣體在低壓下符合道爾頓分壓定律

3、） ：pCO2pyCO2pyCO02 (1x)(1CO2 yCO02 x)pH 2OpyH2 O2pyCO02 x (1CO2yCO02 x)pH 2pyH 2 p(yH0 24yCO02 x)(1CO2 yCO02 x)以上各式中，k 為反應速度常數；K i (i =CO2, H2O, H2 ) 為各組分的吸附平衡常數；yCO,yH O ,yH為反應物瞬時摩爾分率；yCO0,y H0O,y H0為初始反應物摩爾分率；V0 為進口222222混合氣體流量， Nm 3/h； W 為催化劑質量， g； CO2為該反應的化學膨脹因子，這里為-2。反應速度常數和各組分的吸附平衡常數分別滿足阿累尼烏斯方

4、程和范特霍夫方程，即：k k0e E / RTK iK i,0 eEai / RT因此，動力學方程中共有8 個待定參數。利用積分反應器測定不同溫度、不同入口初始組成時二氧化碳的出口轉化率x，以 k0 , E , K i , Eai 為變量，轉化率x 的計算值與實驗值相對誤差的平方和為目標函數，用參數估值的方法可得出各待定參數k0 , E , K i , Eai 的值。三、實驗裝置及流程實驗流程見圖 1，反應管為 20 3 不銹鋼管，內徑 14，內裝催化劑 0.5g 左右（以實際稱量值為準） ，催化劑粒度 0.2 0.3mm ，催化床中部插有熱電偶，并與測溫儀表相連測定反應溫度。來自鋼瓶的氮氣、

5、 氫氣和二氧化碳， 分別經減壓閥和過濾器后，用質量流量計調節(jié)流量。三股氣體經過混合器進入預熱器。 經過預熱的混合氣體再進入反應器中反應， 反應后的氣體經冷卻除去冷凝水后去氣相色譜進行分析或放空。圖 1 實驗流程圖四、實驗步驟1啟動按實驗流程將反應管接入體系中，打開氮氣、 氫氣和二氧化碳鋼瓶的總閥門，用減壓閥調節(jié)出口壓力至0.1MPa。將控制柜各調節(jié)旋扭回零后，再按下控制柜開關，檢查各儀表顯示是否正常。2系統試漏將系統用氮氣充壓400mm水柱，封閉體系，若十分鐘內壓差不變，證明系統不漏氣。否則，應仔細檢查，消除漏點，重新試驗，直到合格為止。3催化劑升溫還原準確稱取催化劑 0.5g（精確到小數點后

6、三位） ，在教師指導下，將催化劑裝入催化床，然后將反應管接入系統。經再次試漏后，準備升溫還原。用質量流量計調節(jié)氮氣流量為50 ml/min ，置換系統 2 min ，除去殘余的空氣。在氮氣的吹掃下，通過調節(jié)溫控儀表將預熱器和反應器在 15 min 升溫至 300 。然后，配入氫氣，使反應器溫度在 1 h 升溫至 400，再恒溫 1 h，還原結束。4不同溫度下二氧化碳轉化率的測定還原結束后將反應器溫度降至240，調節(jié)氫氣、二氧化碳和氮氣流量，恒定15分鐘后測定二氧化碳的轉化率。改變組成或空速，繼續(xù)測定， 要求每一溫度至少測定四點。在測定過程中，反應器溫度必須恒定，溫度波動不大于0.5，各氣體流量

7、必須穩(wěn)定不變。同時要選擇合適的空速或組成，使所測各點變換率在30 70%之間。將爐溫升高 20左右，重復上述過程。要求至少測定四個溫度下的數據。并按表1 記錄格式詳細記錄所需數據。表 1數據記錄表室溫反應床溫度CO2 流量H2流量N2流量反應后 CO2實驗號/ /NmLmin-1/NmLmin-1/NmLmin-1干基摩爾分率/ 123（ 1）原料氣中各組分摩爾分率的計算0Vi 0(i =H2, N2, CO2)yiVi0式中： Vi0為各氣體體積流量 (mL/min) 。（ 2）計算二氧化碳轉化率xyCO02yCO2100%yCO02 ( 1 4 yCO2)式中： y0為反應原料氣中CO2

8、的摩爾分率，yCO為反應器出口體中的CO2 的干基摩CO22爾分率。將以上計算結果記錄于表2 中用于模型參數的估值。表 2數據處理表反應床溫度CO2 摩爾分H2 摩爾分率反應后 CO2 轉化實驗號/ 率N2 摩爾分率率1235編出模型參數估值的源程序，并在計算機上計算出不同溫度下的反應速率常數和吸附平衡常數。實驗 2 多釜串聯反應器停留時間分布的測定一、實驗目的1. 通過實驗了解停留時間分布測定的基本原理和實驗方法。2. 掌握停留時間分布的統計特征值的計算方法。3. 學會用理想反應器的串聯模型來描述實驗系統的流動特性。二、實驗原理停留時間分布測定所采用的方法主要是示蹤響應法。它的基本思路是：在

9、反應器入口以一定的方式加入示蹤劑，然后通過測量反應器出口處示蹤劑濃度的變化，間接地描述反應器內流體的停留時間。常用的示蹤劑加入方式有脈沖輸入、階躍輸入和周期輸入等。本實驗選用的是脈沖輸入法。脈沖輸入法是在極短的時間內，將示蹤劑從系統的入口處注入注流體，在不影響主流體原有流動特性的情況下隨之進入反應器。與此同時，在反應器出口檢測示蹤劑濃度c(t)隨時間的變化。整個過程可以用圖2 形象地描述。圖 2 脈沖法測定停留時間分布示意圖由概率論知識可知，概率分布密度函數E(t) 就是系統的停留時間分布密度函數。因此，E（ t） dt 就代表了流體粒子在反應器內停留時間介于t 到 t+dt 之間的概率。在反

10、應器出口處測得的示蹤劑濃度c(t) 與時間 t 的關系曲線叫響應曲線。由響應曲線就可以計算出 E（ t）與時間 t 的關系，并繪出 E（ t） t 關系曲線。計算方法是對反應器作示蹤劑的物料衡算，即Qc(t)dt=mE(t)dt（ 1）式中 Q 表示主流體的流量，m 為示蹤劑的加入量。示蹤劑的加入量可以用下式計算m=Qc(t)dt（ 2）0在 Q 值不變的情況下，由（1）式和（ 2）式求出：E（1）c(t )（ 3）c(t )dt0關于停留時間分布的另一個統計函數是停留時間分布函數F(t),即F（t）E(t)dt（ 4）0用停留時間分布密度函數E（ t）和停留時間分布函數F（ t）來描述系統的

11、停留時間，給出了很好的統計分布規(guī)律。但是為了比較不同停留時間分布之間的差異，還需要引入另外兩個統計特征值，即數學期望和方差。數學期望對停留時間分布而言就是平均停留時間t ,即ttE (t )dttE (t )dt（ 5）0E (t )dt00方差是和理想反應器模型關系密切的參數。它的定義是：20 t2E(t )dt t2t（ 6）20 ；而對全混流反應器2t2對活塞流反應器tt；對介于上述兩種理想反應器之間的非理想反應器可以用多釜串聯模型描述。多釜串聯模型中的模型參數N 可以由實驗數2據處理得到的t 來計算。N t2（ 7）23當 N 為整數時，代表該非理想流動反應器可以用N 個等體積的全混流

12、反應器的串聯來建立模型。當N 為非整數時，可以用四舍五入的方法近似處理，也可以用不等體積的全混流反應器串聯模型。三、流程示意圖圖 3 多釜串聯實驗流程圖1-水箱 ;2-水泵 ;3-轉子流量計 ;4- 電磁閥 ;5-KCL 罐 ;6,7,8,9,10,.11-截止閥 ;12-攪拌電機 ;13-電導電極 ;14-溢流口 ;15-管式反應器 ;16-釜式反應器釜式反應器1.5L ，直徑110mm ，高120mm ，有機玻璃制成，3 個。釜式反應器直徑160mm，高 120mm ，有機玻璃制成，1 個。攪拌馬達25W，轉數 90 1400 轉 /分，無級變速調節(jié)，液體 (水 )流量 0-100 升 /

13、時。電磁閥控制示蹤劑進入量5-10 毫升 /次。四、操作步驟1. 準備工作(1)將飽和 KCL 液體注入標有KCL 的儲瓶內。(2)連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水。(3)檢查電極導線連接是否正確。2. 操作(1) 打開總電源開關，開啟入水閥門，向水槽內注水，啟動水泵，慢慢打開進水轉子流量計的閥門 (注意 !初次通水必須排凈管路中的所有氣泡，特別是死角處 ) 。調節(jié)水流量維持在20-30 升 /時之間某值，直至各釜充滿水，并能正常地從最后一級流出。(2)分別開啟釜 1、釜 2、釜 3、釜 4 攪拌馬達開關，后再調節(jié)馬達轉速的旋鈕，使四釜攪拌程度在 200 轉 -250 轉。開啟電磁

14、閥開關和電導儀總開關，按電導率儀使用說明書分別調節(jié)“調零” 、調溫度和電極常數等。調整完畢，備用。 ( 電導儀的使用方法見該儀器使用說明書 )(3)開啟計算機電源，按計算機提示要求操作。(4)按下“趨勢圖”按鈕，調節(jié)“實驗周期” 、“閥開時間” ，使顯示值為實驗所需值 (推薦實驗周期 25-30 分鐘，閥開時間 1 3 秒，按下開始按鈕，開始采集數據。(5)待測試結束，按下“結束”按鈕后，按下“保存數據”按鈕保存數據文件。3. 停車(1)實驗完畢，將實驗柜上三通閥轉至“H20 ”位置，將程序中“閥開時間”調到20 秒左右，按“開始”按鈕，沖洗電磁閥及管路。反復三、四次。(2)關閉各水閥門。電源

15、開關，打開釜底排水閥，將水排空。(3)退出實驗程序，關閉計算機。實驗 3 反應精餾法制醋酸乙酯一、實驗目的1. 掌握反應精餾的原理及特點。2. 掌握反應精餾的操作。3. 學會塔操作過程分析。4. 掌握用氣相色譜分析有機混合物料組成。二、實驗原理精餾是化工生產過程中重要的單元操作，是化工生產中不可缺少的手段，反應精餾是精餾技術中的一個特殊領域。 在操作過程中， 化學反應與分離同時進行，故能顯著提高總體轉化率。此法在酯化、 醚化、酯交換、 水解等化工生產中得到應用，而且越來越顯示其優(yōu)越性。反應精餾過程不同于一般精餾，它既有精餾的物理相變之傳遞現象，又有物質變性的化學反應現象。兩者同時存在，相互影響

16、，使過程更加復雜。因此，反應精餾對下列兩種情況特別適用：（ 1）可逆反應。一般情況下，反應受平衡影響，轉化率只能維持在平衡轉化的水平；但是， 若生成物中有低沸點或高沸點物存在，則精餾過程可使其連續(xù)地從系統中排出，結果超過平衡轉化率，大大提了效率。（ 2）異構體混合物分離。通常它們的沸點接近，靠精餾方法不易分離提純， 若異構體混合中某組分能發(fā)生化學反應并能生成沸點不同的物質，這時可在反應過程中得以分離。對醇酸酯化反應來說， 適于第一種情況。 但該反應若無催化劑存在， 單獨采用反應精餾操作也達不到高效分離的目的。這是因為反應速度非常緩慢， 故一般都用催化反應方式，酸是有效的催化劑，常用硫酸。反應隨

17、濃度增高而加快，濃度在0.21.0%（ wt ）。此外，還可用離子交換樹脂、重金屬鹽類和絲光沸石分子篩等固體催化劑。反應精餾的催化劑用硫酸，是由于其催化作用不受塔溫度限制，在全塔內都能進行催化反應，而應用固體催化劑則由于存在一個最適宜的溫度，精餾塔本身難以達到此條件，故很難實現最佳化操作。本實驗是以醋酸和乙醇為原料、在酸催化劑作用下生成醋酸乙酯的可逆反應。反應的化學方程式為：CH 3 COOHC2H5 OHH 2SO4CH3CO O 2CH5 H2O實驗的進料有兩種方式： 一是直接從塔釜進料； 另一種是在塔的某處進料。 前者有間歇和連續(xù)式操作； 后者只有連續(xù)式。 本實驗用后一種方式進料， 即在

18、塔上部某處加帶有酸催化劑的醋酸， 塔下部某處加乙醇。 塔釜呈沸騰狀態(tài)時，塔內輕組分逐漸向上移動，重組分向下移動， 具體地說，醋酸從上段向下段移動，與向塔上段移動的乙醇接觸，在不同填料高度上均發(fā)生反應，生成酯和水。塔內此時有4 組元。由于醋酸在氣相中有締合作用，除醋酸外，其他三個組分形成三元或二元共沸物。水 酯，水 醇共沸物沸點較低，醇和酯能不斷的從塔頂排出。 若控制反應原料比例，可使某組分全部轉化。因此，可認為反應精餾的分離塔也是反應器。全過程可用物料衡算和熱量衡算式及反應速率方程描述。三、實驗裝置實驗裝置如圖4 所示。圖 4 反應精餾實驗示意圖反應精餾塔用玻璃制成，直徑20mm,塔高 150

19、0mm ，塔內填裝 3 3mm 不銹鋼 網環(huán)型填料（ 316L ）。塔釜為四口燒杯，容積 500ml ，塔外壁鍍有金屬膜，通電流使塔身加熱保溫。塔釜置于 500W 電熱包中。采用 XCT 191， ZK 50 可控硅電壓控制器控制釜溫。塔頂冷凝液體的回流采用擺動式回流比控制器操作。此控制系統由塔頭上擺錘、電磁鐵線圈、回流比計數撥碼電子儀表組成。四、實驗步驟（ 1）開塔頂冷卻水。（ 2）向釜內填加 200ml 已知組成的釜殘液。（ 3）開始升溫。升溫時，先開啟總電源開關，開啟測溫開關，溫度顯示儀表有數值出現，開啟釜熱控溫開關， 儀表有顯示。 順時針方向調節(jié)電流給定旋鈕， 使電流表讀數為 0.5A

20、 ，調節(jié)釜熱溫度控制儀到 150。當釜開始沸騰時，打開上下段保溫電源，順時針方向調節(jié)保溫電流給定旋鈕，使電流維持在0.2A 。升溫后觀察塔釜和塔頂溫度變化，直至塔頂有蒸汽并有回流液體出現。（ 4） 15 分鐘全回流后，分析塔頂組成。（ 5）從塔的上部側口以 40ml/h 的速度加入已配制好的含 0.3% 硫酸的冰醋酸原料。（ 6）從塔的下部側口以 40ml/h 的速度加入無水乙醇原料。（ 7）塔頂以回流比為 4:1 維持出料，塔釜同時出料。有回流比操作時，應開啟回流比控制器給定比例 （通電時間與停電時間的比值， 通常使以秒計， 此比例即采出量與回流量之比。（ 8）測量進料量與出料量，調節(jié)出料量

21、使其維持物料平衡。（ 9）隔 15 分鐘從塔頂取樣分析一次。（ 10）塔頂、塔釜溫度，及塔頂濃度均穩(wěn)定，維持30 分鐘后取樣分析塔頂及塔釜出料的流量和組成，以及入料量。（ 11）改變回流比，重復以上操作。（ 12）根據所記錄的數據，計算醋酸的轉化率和乙酸乙酯收率。五、實驗數據處理自行設計實驗數據記錄表格。根據實驗測得數據，寫出實驗報告。可根據下式計算反應轉化率和收率。轉化率 = （醋酸加料量）-（塔頂餾出物醋酸量+塔釜液醋酸量）/ 醋酸加料量收率 =（塔頂餾出物乙酸乙酯量+塔釜液乙酸乙酯量）/理論生成乙酸乙酯量六、注意事項（ 1）必須先通冷卻水，以防止塔頭炸裂（ 2）不要隨意動操作面板上的按扭

22、。（ 3）上下段保溫電流不能過大，維持在0.2-0.3A 之處。過大會使加熱膜受到損壞。實驗四流化床基本特性的測定流化床是利用氣體或液體通過顆粒狀固體床層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài)，并使固體顆粒具有某些流體特征的一種床型。它是流態(tài)現象的具體應用，已在化工、煉油、動力、冶金、能源、輕工、環(huán)保、核工業(yè)中得到廣泛使用。例如煤的燃燒和轉化、金屬的提取、廢物焚燒等。 化工領域中， 加氫、 丙烯氨氧化、 費托合成以及石油的催化裂化等均采用了該技術。因此，它是極為重要的一種操作過程。采用流化床的操作技術有著物料連續(xù)、溫度均勻、 結構緊湊、 氣固傳質速度快和傳熱效率高等優(yōu)點，但操作中會造成固體摩損、床層粒子

23、返混嚴重、反應中轉化率不高等現象。本實驗是在鼓泡床內進行流態(tài)化的基本特性測定。一、實驗目的1.了解流化床的基本特性，掌握流化床的操作方法。2.學會用光導纖維測定技術測量流化床的顆粒密度。3.了解流化床顆粒特性、流體特性及流化速度與壓降關系。二、實驗原理將固體顆粒堆放在多孔的分布板上形成一個床層，當流體自下而上地流過顆粒物料層時，在低流速范圍內，床層的壓降隨流速的增加而增加，當流速不超過某值時，流體只能從顆粒間隙中通過，粒子仍然相互接觸并處于靜止狀態(tài)，屬于固定床范圍。當流體流速增大至某值后床層內粒子開始松動，流速再增加則床層膨脹，空隙率增大， 粒子懸浮而不再相互支撐并且處于運動狀態(tài)，此時容器內床

24、層有明顯的界面。床內壓降在開始流化后隨流速增加而減小， 此后再加大流速時壓降也基本上不改變。當流體速度增大至粒子能自由沉降時，粒子就會被帶出， 流速越大帶走的越多， 流速提高到一定數值則會將床內所有粒子帶走形成空床，相應的流速為終端速度。其關系如圖九所示。500300固定床pmax流化床2000夾帶開始mf100123510203050空床流速圖九均勻砂粒的壓降與氣速的關系圖中 umf 是臨界流化速度，空床線速超過該值后才能開始流化，亦稱最小流化速度。在臨界流化時，床層所受氣體向上的曳力與重力相等。即p AtW(1)以 Lmf 表示起始流化時的床高，mf表示床層空隙率，則（）式可寫成：p At

25、( AtLmf )( 1mf )( sg )( 2 )p)( sg )( 3 )( 1mfLmf對于不同尺寸的顆粒，臨界流化速度由下式算出：d p2sgumf1650d psgumf24.5ggRep20( 4 )gRep1000( 5 )在流化床操作的上限，氣速近似于顆粒的速度，其值由流體力學估算：14 gdpsg2ut( 6 )3gcd1對于球形顆粒， cd24 / Rep ,Re p0.4,cd20.4 Rep 500代入 (5) 式得p10/ Re,214 sg 22gd p0.4Rep500 (7)ut225 gg sg d p2utRep 0.4 (8)18ut / umf 之值與

26、氣固特性有關，一般在 10:1 和 90:1 之間， 它是操作能否機動靈活的一項指標。光導探針是由多股光導纖維整齊排列而成的傳感器，尾端把光導纖維按奇偶分為兩束，分別輸入和接受反射光信號。無固體粒子存在時，反射光信號微弱，并定為零。光線照射到固體粒子上時， 反射光經光電變換為電信號并由積分儀積分。 在一定時間內的積分值反映了測量點的床層密度相對值。三、實驗裝置與流程實驗裝置和流程見圖十。主要由流化床、空壓機、穩(wěn)壓系統和光導纖維探針等測定系統和進料系統組成。固體物料為銅粉，其主要參數為：dp=0.215mm ， =5.33g/cm 3， 堆mf =5.05g/cm183， umf=0.15m/s

27、。12111614815917137排空10645321出料圖十流化床實驗流程圖1、空壓機；2、穩(wěn)壓罐；3、減壓閥；4、壓力表；5、調節(jié)閥；6、轉子流量計；7、截止閥；8、壓力計；9、流化床；10、過濾器；11、進料絞龍； 12、料罐；13、出料絞龍；14、光導探針；15、光電源；16、定時數字積分儀；17、 SC16 光線示波器；18、穩(wěn)壓電源四、實驗步驟1.檢查實驗設備，將壓差計與床層連接閥斷開。2.打開壓差計床層連接閥和供氣減壓閥，使空氣緩慢流入床層。注意觀察床層從固定床流化床流體輸送階段的變化。3.當流速穩(wěn)定在某一值u0 時，用光導纖維測定床層內某點的密度。儀器使用見本書附錄十二。4.

28、將氣體流速從大到小再按步驟2 做一遍。觀察床層的變化，記錄u0 與對應的床層壓降 p。五、數據處理1.以 lgu 為橫坐標，以lg p 為縱坐標，作圖得到lgu lg p 曲線，由曲線求出臨界流化速度 umf。2.將測得點密度積分值按(9) 式算出點密度。= mfN/N mf (9)六、符號說明 p床層壓降， KPa/m W 固體粒子質量 ,KgA t床層截面積 ,m2 g氣體密度 , kg/m 3 s固體粒子密度 ,kg/m 3L mf 臨界流化床高度 ,m 床層空隙率N操作條件下點密度相對值N mf起始流化條件下點密度相對值 mf臨界流化床層空隙率dp顆粒直徑 ,mumf 床層臨界流化速度

29、,m/sut床層帶出速度,m/s參考文獻1 李紹芬 .反應工程 .北京：化學工業(yè)出版社， 19902 盧天雄 .流化床反應器 .北京：化學工業(yè)出版出版 1986實驗五多孔催化劑內氣體擴散系數的測定在氣固催化反應系統中， 有效擴散系數反映氣體通過催化劑孔道的能力， 由于內擴散不僅直接影響其故催化反應的速度和選擇性，而且還對催化劑中毒與再生有重要影響，此外，內擴散系數還是建立氣固催化反應器數學模型的重要參數。 通過對催化劑顆粒內擴散的研究可為制備和改善催化劑結構等提供依據。一、 實驗目的(1) 在常溫常壓下，測定 H 2，N2 在多孔催化劑微孔中的氣體擴散系數D N2 -H2 ，D H2- N2

30、。(2) 了解擴散系數測定方法的選擇依據，學習和掌握非穩(wěn)態(tài)法測定擴散系數的方法。二、實驗原理測定催化劑微孔內氣體擴散系數由定常態(tài)和非定常態(tài)法兩種方法。兩者測定的基本形式是將單顆粒柱型催化劑置于圖所示的擴散元件中，催化劑與擴散元件接觸面用密封材料緊密固定，上、下室與外界密封，不能漏氣。定常態(tài)法測定原理是：在擴散元的上下室通入不同的氣體 A 和，保持催化劑兩端壓力相等。由于物質在多孔催化劑中的傳遞屬于分子擴散和努森（ Knudsen）擴散，按費克 (Fick) 定律，其擴散通量：N A( DeA p / RTL)(YALYAO )由物料衡算可得NAVB pYAL / FRT結合式 (1)與式 (2

31、)可得擴散系數DeA LVBYAL / F (YAO YAL )只要測出擴散組分A 再下室的摩爾分率Y AL 和通過下室的氣體體積流量V B，就可計算出擴散系數 D eA。非定常態(tài)法測定原理是：在擴散元的上、下室通入同一種氣體B ，某時刻 t，自上室脈沖加入氣體 A ，同時檢測上、下室出口處氣體A 的濃度。依據擴散機理，對不吸附的氣體A ，通過催化劑單顆粒的擴散方程是：cA (x,t )2 cA (x, t)pD eA Btx2初始條件： t=0cA =0,0xL邊界條件： x=0cAM(t)xL, FDeA B (cA ( x, t) )x LV2 cALVB cALtt對方程（ 4）可以在

32、拉普拉斯定義域內解出，其通解：cA (x, p) B1e p p / DeA B xB2ep p/ DeA B x其中：B1cA( L , p) (V2 p VB ) FD eA B Mp p/ DeA B ep p /DeA B LMp p / DeA B x ( ep p /DeA B Lp p/ DeA B L )FDeA BeB2cA ( L , p ) (V2 p VB ) FDeA B Mp p /DeA B ep p/ DeA B LFD eA Bp p/ DeA B x (ep p/ DeA BLep p /DeA B L )式（ 5）中 p 為引進的拉氏變量。如果要獲得（4）

33、式的解，必須對式（5）進行演算。式（ 5）中 cA (x, p) 與 p 是一個非常復雜的函數關系，雖然該方程演算極其困難，但存在如下關系：mntnj ( )d( 1)n d n cA (L, p)np 00dpm1L2p3( F / L) DeA BVB m06DeA B ( F / L) DeA BVB 實驗測得的響應峰曲線的一次絕對矩為：10tj ( )d/j ( )d0 1 包括系統的整個時間，而 (7)式定義在催化劑 0-L 處的時間。需要扣去系統死時間和脈沖加入時間 0/2(用熱導池檢測 )。即：10/2由 (7)式和 (9) 式可求得擴散系數D eA-B 。三、預習與思考(1)

34、測定催化劑微孔內氣體擴散系數的定常態(tài)法和非定常態(tài)法各有什么特點？非定常態(tài)法是一種間接測定孔內擴散系數的方法，以引入誤差，如何克服誤差？(2) 內擴散對反應速率及選擇性有什么影響，試舉例分析討論。(3) 測定孔內擴散系數對制備和改善催化劑孔結構有什么作用？四、實驗裝置及流程實驗裝置及流程如圖2-18 所示。擴散原中裝入催化劑，用膠質管緊密固定。在氣自鋼瓶出來，由下室針型法進入熱導池參考臂，再如擴散元下室，又回到熱導池測量臂，計量后放空。 另一路在氣由上室針型閥經六通閥進入擴散元上室，計量后放空， 示蹤劑經六通閥脈沖進入系統中，由熱導池檢測出口處(下室 )示蹤劑濃度。用記錄儀記錄測定結果。五、實驗步驟(1) 開載氣鋼瓶總閥，緩緩調節(jié)減壓閥至 0.1-0.15MPa 。細心調節(jié)針型閥，并調節(jié)到預定的流量 (由轉子流量計讀