有机催化反应工程6.ppt

第四章 气固相非催化反应 应用领域： 煤气化 矿石的煅烧处理 结焦催化剂的再生 催化剂的还原与再氧化 气固相非催化反应的特点 气固相反应 颗粒随时间变化 非稳态过程 粒度 气固相非催化反应器 在固体连续进料反应中，出口物料由不同RTD、不同x的各种颗粒组成。 在反应条件下单颗粒的反应速率 在反应器中固体颗粒的RTD 固体颗粒的转化 连续转化模型：颗粒内部无梯度 缩核模型：shrinking－core model 催化剂颗粒内的积炭燃烧 SiO2-Al2O3催化剂 在高折射率的CCl4溶液中 连续反应模型 固体颗粒不变 气体g扩散速度快，有利于在颗粒各部位与s参与反应 缩核模型（固粒不变） 反应前沿由外表面进入固体内部，留下一层完全转化的惰性固体，称为“灰层”或“产物层”。 外扩散 灰层扩散 反应 灰层扩散 外扩散 缩核模型（固粒不变） 反应不可逆，粒子为球型，与粒径相比，反应区的厚度很小 气相的浓度均匀 固粒为球型 固产物F与反应物S密度相同（粒径不随反应变化） 反应界面的移动速度相对于g的扩散速度很小 缩核模型 外扩散：g通过边界层扩散（对流扩散） g在产物层扩散（Fick扩散） 在rC面上的反应 产物层中微元体的物料衡算 单颗粒反应速率 表面积 体积 缩核模型 Shrinking-Core Model 气膜扩散控制 总速率=外扩散速率 气膜扩散控制 气膜扩散控制 粒子完全反应时间 转化率 灰层扩散控制 外扩散≥反应＞＞灰层扩散 灰层扩散控制 灰层扩散控制 表面反应控制 传质速率＞＞反应 表面反应控制 当化学反应和灰层扩散阻力相近时，代表反应速度的总速率常数 可用下式表达 变径模型（粒径缩小） 灰层脱落 不生成固体产物，产物为气体 反应控制 变径模型（粒径缩小） 气膜扩散控制 总结 整体连续反应模型：与rS无关 缩核模型 长大：原油在碳粒床中的热裂化 变小：煤气化 不变：矿石煅烧、木炭的活化 平均转化率 低温 中温 高温 与一级反应相似 0 rC rS Cgb CgS CgC 0 rC rS Cgb CgS CgC 反应物g和未反应界面都在向球粒中心移动，但与g的传递速率相比，界面的移动速度要小得多，可看成相对静止 0 rC rS Cgb CgS CgC