气－固相催化反应宏观动力学课件.PPTVIP

0 CA CAg CAS CAC Rp 3。外扩散控制 0 CA Rp 3。外扩散控制 0 CA Rp 3。外扩散控制 0 CA Rp 3。外扩散控制 0 CA Rp 3。外扩散控制 0 CA Rp 3。外扩散控制 不可逆反应外扩散控制若本征动力学方程为二级不可逆反应，则有： 所以： 若为外扩散控制，则CAs=0，则有： 测定气固催化本征动力学时，必须消除内、外扩散的影响，使过程属于动力学控制。 原因：仅在这种情况下的宏观动力学与本征动力学相同 措施：增大外扩散传质质数（增强对流）及催化剂颗粒的外表面积；减小催化剂颗粒 　　　　 测定本征动力学的基本要求： 第二节　催化剂颗粒内气体的扩散 2－4　催化剂中气体扩散的形式 分子扩散（λ/2ra≤10－2）λ＝10－100nm 　Molecular diffusion Knudsen扩散（λ/2ra≥10） 　Knudsen diffusion 构型扩散　（0.5－1.0nm） 　configurational diffusion 表面扩散 　surface diffusion 2－4　催化剂中气体扩散的形式 扩散系数代表（单位浓度梯度时的）扩散的强度 构型扩散 表面扩散 Favoured in micropores, by high temperatures, at low partial-/ total-pressure and a high degree of coverage Knudsen扩散系数 2-5 气体中的分子扩散 对于双组分气体，相对于体质mol中心的扩散通量（单位时间，单位截面积上通过的物质量）其规律可以用Fick’s law来表达：（扩散通量与浓度梯度成正比） 在多孔固体催化剂中气体的扩散，也可以用上述Fick’s law来表达，其比例常数称为“有效扩散系数” 一般催化剂中，只考虑分子扩散和努森扩散 综合 扩散系数 有效扩散系数 分子扩散系数 努森扩散系数 有效 扩散系数 曲节固子 第三节　催化剂有效因子 2－10　球形催化剂颗粒内组分的浓度分布及温度分布微分方程 一、浓度分布微分方程 进入＝离开＋反应 联系p18,(1-38)式不同基准下反应速率常数的关系式 R R+dR 一、浓度分布微分方程 Pellet 小球　颗粒 Overall progression of heterogeneously catalysed reaction Reaction steps 1. External film diffusion 2. Internal pore diffusion 3. Adsorption on active sites 4. Surface reaction to products 5. Desorption of products 6. Internal diffusion of products 7. External diffusion of products A （g） B（g） A B ⑴ ⑹ ⑵ ⑺ ⑶ ⑷ ⑸ cAG cAS 多相催化化学反应过程步骤 第二章　气－固相催化反应宏观动力学 宏观动力学 macrokinetics 包括了物理因素的反应速率 又称为总体速率　global rate—— 指单位（床层）体积、单位时间的反应物消耗量 单位（床层）体积、单位时间的反应物消耗量 第一节　气－固相催化反应的宏观过程 2－1　气－固相催化反应过程中反应组分的浓度分布 从流体主体到颗粒中心，形成了反应物（产物）浓度由高（　　）到低（　　）的连续分布。 由于不断地反应消耗，颗粒内的反应物浓度低于流体主体处的反应物浓度； 由于不断地反应生成，颗粒内的产物浓度高于流体主体处的产物浓度。 距离 0 CA CAg CAS CAC Rp 毛泽东 （1893－1976） 2-2 内扩散有效因子与总体速率Effetiveness factor 由于内扩散阻力的影响，越靠近中心，反应物浓度越低，因而反应越慢。 稳态时，就单个颗粒对反应物进行物料衡算，易知： 颗粒内的反应速率＝透过外表面的扩散速率＝ 　　　　　＝反应物由气流主体向外表面的传质速率 ζ的数值大小代表什么？ ζ的数值一般在（0,1）之间，特殊情况下会大于1（类如负级数反应）。 ζ的数值越接近于1，说明颗粒内部反应物浓度越接近外表面浓度，内扩散影响因素越小。这时，颗粒实际反应速率与“虚拟反应速率”越接近，这时，催化剂颗粒越有“效率”。 ζ的数值越接近0，则正相反。 距离 0 CA CAg CAS CAC Rp 距离 0 CA CAg CAS CAC Rp ζ→1 ζ→0 上式