多相系统中的化学反应与传递现象

1、化学反应工程 网络课程 第6章第6章多相系统中的化学反应与传递现象6.4多孔催化剂中的扩散与反应多孔催化剂内反应组分的浓度分布反应扩散方程m为形状系数      Dei按常数处理时以无限大薄板为例，推导反应扩散方程      (6.43)因为      (6.44) B.C.      (6.45)    &

2、#160; (6.46) 引入无因次量反应扩散方程无因次化，得      (6.47)B.C.      (6.48)      (6.49)解上述方程，得      (6.51)即      (6.52)称之为梯尔模数（Thiele Module）外扩散研究;内扩散研

3、究.内扩散有效因子内扩散有效因子的定义      (6.53)内扩散有影响时，催化剂颗粒内的浓度是不均匀的，需求出此时的<ra>平均反应速率因为        (6.52)所以    (6.54)值越大，值越小，内扩散的影响也越大。对球形催化剂上的一级不可逆反应      (6.55)B.C.  令    

4、  (6.57)      (6.60)对无限长圆柱催化剂上的一级不可逆反应      (6.56)B.C.得到      (6.58)       (6.59)       (6.61)I0为零阶一类变型贝塞尔函数，I1为一阶一类变型贝塞尔函数。注意： 是以催化剂体积

5、计的反应速率常数，即 当时注意：以上分析只适用于等温一级不可逆反应n0时，反应级数越大，对的影响也越大。例 6.5 在铬铝催化剂上进行丁烷催化脱氢反应，其反应速率方程为0.1031MPa及773K时，k2 =0.92cm3/(g.s).若在该温度下采用厚度为8mm的薄片催化剂进行反应，催化剂的平均孔半径为48×10-10 m，孔容为0.35cm3 /g，曲节因子等于2.5，试计算内扩散有效因子。解：0.1013MPa下气体分子的平均自由程近似等于10-5cm。属于努森扩散，则梯尔模数为  例6.6

6、0;球形催化剂上进行等温一级可逆反应， A的初始浓度为c A0，试推导内扩散有效因子的计算式。解：  A的初始浓度为c A0 ，则      (A)达平衡时代入(A)式      (B)           (C)B. C. r=R p, cA =cASr=0,

7、0;dcA/dr=0       (D) 边界条件解方程，得      (E)       (F)非一级反应的内扩散有效因子 处理非一级反应的扩散反应问题原则上与处理一级反应的方法与步骤完全相同，只是在数字处理上比较繁琐。       对非一级反应，其速率方程为对无限大薄板    

8、;   (6.63) 令式(6.63)变为       (6.64)边界条件为解式(6.64)得扩散进入催化剂颗粒的组分A的量为       (6.65)积分下限的确定  无内扩散影响时，则催化剂颗粒内组分A的浓度与外表面处的浓度cAS 相等，组分A的反应量为Lapkpf(c AS )， 所以      (6.66)注

9、意：由上推出的非一级反应的内扩散有效因子，不仅适用于幂函数型的速率方程。例 6.7 球形催化剂上，甲苯等温氢解反应温度下速率方程为，假定外扩散阻力可忽略。cA0 =0.1kmol/m3, cB0 =0.48kmol/m3。 求xA=10%时内扩散有效因子。解：  内外扩散都有影响时的总有效因子反应过程中内外扩散都有影响，则定义总有效因子0对一级反应       (6.67)       (6.68)      (6.69)      (6.70)当时，       (6.71)当时，      (6.72)对无限大薄板催化剂上的一级不可逆反应      (6.54)