气固相催化反应器.ppt

催化剂主要由多孔物质组成；催化剂的外表面积与内表面积相比微不足道；化学反应主要发生在催化剂内表面；由于扩散的影响，催化剂内表面与外表面温度浓度可能会有较大差别。如何通过已知量估算催化剂内部的温度浓度分布（内扩散问题）第54页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三不同控制步骤示意图气流主体滞流内层cAcAgcAs平衡浓度43211外扩散控制3内扩散控制2内外扩散同时控制4动力学控制第55页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三5.3.1气体在多孔介质中的内扩散

——催化剂颗粒内气体扩散气体在催化剂内的扩散属孔内扩散，根据孔的大小分为两类：孔径较大时，为一般意义上的分子扩散；孔径较小时，属努森（Knudson）扩散。扩散的表达：费克（Fick）扩散定律第56页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三分子扩散当微孔孔径远大于分子平均自由程时，扩散过程与孔径无关，属分子扩散。判据：第57页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三分子平均自由程估算第58页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三二元组分的分子扩散系数A组分在B中的扩散系数按下式计算：第59页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三原子及分子的扩散体积注：表中没有列入的气体，其扩散体积可按组成该分子的原子扩散体积进行加和得到。第60页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三混合物中组分的扩散系数组分A在混合物M中的扩散第61页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三努森扩散当微孔孔径远小于分子平均自由程时，扩散阻力主要来自分子和孔壁间的碰撞，属努森扩散。判据：第62页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三努森扩散系数：第63页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三平均孔径近似计算第64页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三综合扩散微孔孔径在一定范围之内，两种扩散同时起作用。判据：10-2λ/do10第65页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三第66页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三有效扩散2、计算基准变成催化剂外表面积在前面孔扩散的基础上进行两点修正：1、以孔的真实长度代替直孔长度第67页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三第68页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三第69页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三例5-1镍催化剂在200℃时进行苯加氢反应，若催化剂微孔的平均孔径d0=5×10-9[m]，孔隙率εP=0.43，曲折因子τm=4，求系统总压为101.33kPa及3039.3kPa时，氢在催化剂内的有效扩散系数De。解：为方便起见以A表示氢，B表示苯。由前面表格可得：MA=2VA=7.07cm3mol-1MB=78VB=90.68cm3mol-1第70页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三氢在苯中的分子扩散系数为：当p=101.33kPa时DAB=0.7712cm2s-1p=3039.3kPa时DAB=0.02571cm2s-1第71页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三氢在催化剂孔内的努森扩散系数为：在101.33kPa时，分子扩散的影响可以忽略，微孔内属努森扩散控制：第72页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三当p=3039.3kPa时，两者影响均不可忽略，综合扩散系数为：有效扩散系数为：第73页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三在吸附过程中，被吸附的分子发生解离现象，即由分子解离成原子，这些原子各占据一个吸附位。Langmuir解离吸附等温方程解离吸附第22页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三多分子同时吸附＝＝第23页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三m分子同时吸附：第24页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三（2）真实吸附（不均匀表面吸附）模型Freundlich模型Freundlich模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率是对数关系。即：第25页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三第26页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三第27页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三第28页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三焦姆金（ТЕМКИН）吸附模型ТЕМКИН模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈线性关系。即：第29页，讲稿共1