氣固相催化反應宏觀動力學

1、氣固相催化反應宏觀動力學第1頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程反應物從氣流主體擴散到催化劑顆粒的外表面-外擴散反應物從外表面向催化劑的孔道內(nèi)部擴散-內(nèi)擴散在催化劑內(nèi)部孔道內(nèi)組成的內(nèi)表面上進行催化反應-化學反應產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面擴散到外表面-內(nèi)擴散產(chǎn)物從外表面擴散到氣流主體-外擴散多孔催化劑上進行的氣固相催化反應第2頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程一、氣-固相催化反應過程中反應組分的濃度分布第3頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程二、內(nèi)

2、擴散有效因子與總體速率內(nèi)擴散有效因子（內(nèi)表面利用率）：等溫催化劑單位時間內(nèi)顆粒中的實際反應量與按外表面反應組分濃度及顆粒內(nèi)表面積計算的反應速率之比。用公式表示為：反應物濃度高反應物濃度低內(nèi)外反應速率不一致ks-按單位內(nèi)表面積計算的速率常數(shù)f（cAS）-按外表面上反應組分濃度計算的動力學方程的濃度函數(shù)f（cA）-按催化劑顆粒內(nèi)反應組分濃度計算的動力學方程的濃度函數(shù)Si-單位體積催化劑床層中催化劑的內(nèi)表面積第4頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程在定態(tài)下，單位時間內(nèi)從催化劑顆粒外表面由擴散作用進入催化劑內(nèi)部的反應組分量與單位時間內(nèi)整個催化劑顆粒中

3、實際反應的組分量相等，因此，內(nèi)擴散有效因子也可表示為：對于整個反應過程而言，定態(tài)時單位時間內(nèi)氣相主體擴散至顆粒外表面的反應組分量也等于顆粒內(nèi)的實際反應量，因此：(rA)g-組分A的宏觀反應速率Se-單位體積催化劑床層中顆粒外表面積kG-外擴散傳質(zhì)系數(shù)若在顆粒內(nèi)發(fā)生的是一級可逆反應，則f(cA)= cA- cA*，有：第5頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程推動力阻力外擴散阻力化學反應阻力內(nèi)擴散阻力第6頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程三、催化反應控制階段的判別1、本征動力學控制這種情況一般

4、發(fā)生在外擴散傳質(zhì)系數(shù)較大和外表面積相對較大催化劑顆粒較小的時候。第7頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程2內(nèi)擴散強烈影響此種情況發(fā)生在催化劑顆粒相當大，并且外擴散傳質(zhì)系數(shù)和反應速率常數(shù)都相對較大的時候。第8頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程3外擴散控制此種情況發(fā)生在活性組分分布均勻催化劑顆粒相當小外擴散傳質(zhì)系數(shù)相對較小而反應速率常數(shù)又相對較大的時候。第9頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第一節(jié) 氣-固相催化反應的宏觀過程如果反應是二級不可逆反應，則反應的宏觀速率可表示為：第10頁，共13頁，2022年，5月20日，8點2分，星期四第二節(jié) 催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴散分子擴散Knudsen擴散構(gòu)型擴散表面擴散條件 孔徑與分子大小相當表面遷移擴散通量表達式_擴散系數(shù)_綜合擴散系數(shù)有效擴散系數(shù)第11頁，共13頁，2022年，5月20日