首页化学工程化学反应工程化学反应工程 04 第二章 气-固相催化反应.ppt

04 第二章 气-固相催化反应.ppt

页数:13页文件大小:526.5 KB来源: 化学反应工程ppt课件

本课件为第二章气-固相催化反应宏观动力学。先列出从气流主体到颗粒内表面的五步宏观过程与浓度分布,给出内扩散有效因子的定义与宏观速率表达式,再判别本征动力学控制、内扩散影响与外扩散控制三种情形。

第二章气-固相催化反应宏观动力学目录页,列出宏观过程、颗粒内扩散等四节
宏观过程步骤图,列出外扩散、内扩散与表面反应共五个串联步骤
气固相催化反应过程中反应组分浓度分布图,显示气相主体到颗粒内部的梯度
查看本课件的文字版(共 13 页,供检索与复制)

第1页:第二章 气-固相催化反应宏观动力学 目录

本章讨论气-固相催化反应宏观动力学,目录如下。

  • 第一节 气-固相催化反应的宏观过程
  • 第二节 催化剂颗粒内气体的扩散
  • 第三节 内扩散有效因子
  • 第四节 气-固相间热、质传递过程对总体速率的影响

第2页:气-固相催化反应的宏观过程

多孔催化剂上进行的气-固相催化反应包括下列步骤。

  • 反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒的外表面——外扩散
  • 反应物从外表面向催化剂孔道内部扩散——内扩散
  • 在催化剂内部孔道内表面的活性位上进行催化反应——化学反应
  • 产物从催化剂内表面扩散到外表面——内扩散
  • 产物从外表面扩散到气流主体——外扩散

第3页:反应组分的浓度分布

一、气-固相催化反应过程中反应组分的浓度分布

由于外扩散与内扩散阻力的存在,反应组分浓度自气流主体向催化剂颗粒内部逐步降低,形成浓度分布曲线。

浓度分布图示以原课件图片为准。

第4页:内扩散有效因子与总体速率

内扩散有效因子(内表面利用率)η
等温催化剂单位时间内颗粒中的实际反应量,与按外表面反应组分浓度及颗粒内表面积计算的反应速率之比。
  • ks:按单位内表面积计算的速率常数
  • f(cAS):按外表面上反应组分浓度计算的动力学方程浓度函数
  • f(cA):按颗粒内浓度计算的浓度函数

反应物浓度高处与低处的内外反应速率不一致,故有效因子小于 1。

第5页:宏观反应速率的表达式

定态下,单位时间内从催化剂颗粒外表面由扩散进入催化剂内部的反应组分量,与颗粒中实际反应量相等,据此可写出内扩散有效因子的另一表达形式。

  • (rA)g:组分 A 的宏观反应速率
  • Se:单位体积催化剂床层中颗粒的外表面积
  • kG:外扩散传质系数

第6页:推动力与阻力分析

整个宏观过程可看作推动力克服串联阻力的过程,总阻力由三部分构成。

  • 外扩散阻力
  • 内扩散阻力
  • 化学反应阻力

三者串联,总阻力为各项之和;其中最大的一项即为控制步骤,决定总体速率的大小,也是强化过程的着手点。

第7页:本征动力学控制

三、催化反应控制阶段的判别

1. 本征动力学控制
一般发生在外扩散传质系数较大、外表面积相对较大、催化剂颗粒较小的时候,此时过程速率由表面化学反应决定。

第8页:内扩散强烈影响

2. 内扩散强烈影响
此种情况发生在催化剂颗粒相当大,并且外扩散传质系数和反应速率常数都相对较大的时候,颗粒内部浓度梯度显著,有效因子明显小于 1。

第9页:外扩散控制

3. 外扩散控制
此种情况发生在活性组分分布均匀、催化剂颗粒相当小、外扩散传质系数相对较小而反应速率常数又相对较大的时候,过程速率由气相主体到颗粒外表面的传质决定。

第10页:二级不可逆反应的宏观速率

如果反应是二级不可逆反应,则计入内、外扩散影响后的反应宏观速率可表示为相应的表达式,把外扩散传质、颗粒内扩散与表面反应三者的影响合并在一起,便于直接由气相主体浓度计算总体速率。

具体算式以原课件图片为准。

第11页:催化剂颗粒内气体的扩散类型

第二节 催化剂颗粒内气体的扩散:按扩散机理可分为分子扩散、Knudsen 扩散、构型扩散与表面扩散(表面迁移),比较维度包括条件、扩散通量表达式、扩散系数、综合扩散系数与有效扩散系数。

  • 分子扩散:孔径远大于分子平均自由程时发生
  • Knudsen 扩散:孔径小于分子平均自由程、分子与孔壁碰撞为主时发生
  • 构型扩散:孔径与分子大小相当时发生
  • 表面扩散:吸附态分子沿孔壁表面迁移

原课件该页为一张对比表格,各扩散类型的条件、通量表达式与扩散系数均以图片呈现且源文件未提取到文字,未还原为表格,建议对照原图补充。

第12页:

该页在源文件中无对应文字,属于本份课件中的纯图片页区间,请对照原课件补录本页要点。

第13页:

该页在源文件中无对应文字,属于本份课件中的纯图片页区间,请对照原课件补录本页要点。

顶部目录