化学反应工程第六章分析报告.ppt

* * 第六章 多相系统中的化学 反应与传递现象 6.1 多相催化反应过程步骤 6.1.1. 固体催化剂的宏观结构与性质 比表面(Sg) 孔隙率，空隙率，密度，形状系数 孔径分布，平均孔径，孔容 空隙 孔隙 例6.1 已知一催化剂颗粒质量为1.08g，体积为1.033 cm3，测得孔容为0.255cm3/g，比表面为100m2/g，试求催化剂的 6.1.2. 多相催化过程步骤 反应产物P的外扩散 反应产物P的内扩散 反应产物P的脱附 表面反应 本征动力学 反应物A的吸附 反应物A的内扩散 反应物A的外扩散 宏 观 动 力 学 7 6 5 4 3 2 1 A P 1 2 3 4 5 6 7 R d A P 外扩散无影响 内扩散无影响 内外扩散均无影响 6.2 流体与催化剂外表面间的传质与传热 J 因子 固定床 6.2.2. 流体与颗粒外表面得温度差与浓度差 P163 例6.2自学 6.2.1传递系数 6.2.3 外扩散对多相催化反应的影响 一级不可逆 忽略 内扩散 1单一反应 等温 -1 1/2 2 1 不同反应级数时外扩散有效因子计算式 图6.2 等温外扩散有效因子 5 . 0 = a 2.0 = a -1.0 = a Da hX 0.01 10.0 1.0 2复合反应 (1)平行反应 外扩散无影响 外扩散有影响 (2) 连串反应（一级） 外扩散无影响 外扩散有影响 例6.3 求反应选择性 外扩散有影响 TS=450K 外扩散无影响 TS=450K TS=460K 6.3 气体在多孔介质中的扩散 1. 正常扩散 2. 努森扩散 3.复合扩散 等分子逆向扩散 6.3.2多孔催化剂中的扩散 6.3.1. 单一孔道内的扩散 复合扩散 例6.4 求噻吩(A)在氢气(B)中的有效扩散系数DeA 反应物浓度分布图 6.4 多孔催化剂中的扩散与反应 CAG CAS CAC RP RP+d 0 cA r 图6.3薄片催化剂 Z A dZ 2L cA - dcA cA 6.4.1. 多孔催化剂内反应组分的浓度分布 输入 反应 输出 一级反应 6.47 f ￥ 5 . 0 1 2 10 0 z x 1.0 0 1.0 6.4.2.内扩散有效因子 6.52 6.54 球形催化剂 r r+dr Rp A A A 圆球 普遍化梯尔模数 h f 0.1 10.0 1.0 3.0 0.4 圆球 长圆柱 薄片 图6.5.不同形状催化剂内扩散有效因子 薄片 圆球 圆柱 例6.5铬铝催化剂上进行丁烷脱氢反应 2L=0.8cm 试计算内扩散有效因子。 例6.6等温球型催化剂上进行一级可逆反应 试推导内扩散有效因子计算式。 r r+dr Rp A A A 6.4.3.非一级反应内扩散有效因子 薄片催化剂 边界条件 内扩散无影响 例6.7 非一级反应内扩散有效因子的计算 (6.66) 6.4.4内外扩散都有影响时的有效因子 一级反应 薄片催化剂 内外扩散阻力 的相对大小 化学反应速率与外扩散速率之比 化学反应速率与内扩散速率之比 传质拜俄特数 6.5 内扩散对复合反应选择性的影响 1. 平行反应 2. 连串反应 内扩散影响严重 无内扩散影响 图6.7 内扩散对连串反应收率的影响 动力学控制 内扩散控制 XA YB k1/k2=4 DeA=DeB 1.0 0 1.0 内扩散影响严重 无内扩散影响 内扩散对连串反应收率的影响 6.6 多相催化反应过程中扩散影响的判定 图6.8 流体质量流速对转化率的影响 G G0 XA 保持T、?、 cA0、不变 6.6.1. 外扩散影响的判定 同一催化剂，反应温度越高，消除外扩散所需的流体质量流速越大； 同一反应，所用催化剂活性越好，消除外扩散所需的流体质量流速越大。 工业反应器 浓差判据 温差判据 保持流型不变 R 6.6.2. 内扩散影响的判定 内扩散影响严重 内扩散 无影响 图6.9 催化剂半径对反应速率的影响 温度、浓度影响？ Rc 无 严 重