实验八催化剂内扩散有效因子测定

1、实验八催化剂内扩散有效因子的测定(精)实验八催化剂内扩散有效因子的测定(精)10/10实验八催化剂内扩散有效因子的测定(精)实验八催化剂内扩散有效因子的测定一、实验目的及意义“多相系统中的化学反响与传达现象”是反响工程课程的要点讲课内容之一，经过实验使学生认识内、外扩散过程及其对反响的影响；掌握催化剂内扩散有效因子的见解及其实验测定方法；认识本征反响动力学的实验测定方法。二、实验原理1苯加氢气固相催化反响方程式在Ni/Al2O3固体催化剂作用下，苯加氢反响方程式为：C6H6(g)3H2(g)1301800CC6H12(g)此反响为单调不可以逆放热反响。在氢气大大过分状况下可视为拟一级反响。2内

2、扩散有效因子的测定在外扩散影响已除去的基础上测定催化剂内扩散有效因子。经预实验发现，因为本系统所使用的氢气大大过分，所以在实验温度、流量范围内，外扩散的影响均已除去。本实验在反响管内装填1028目范围内的粒子(假定为球形颗粒)、质量为W(g)的催化剂。在某一床层温度（如150左右）下，经过改变苯和氢气的进料流量，测定相应的出口转变率xA，获得xAVP/FA0曲线。曲线上随意一点的斜率就对应于该转变率下的宏观反响速率（RA）。对一级不可以逆反响，宏观反响速率又可写成：(RA)kPCAG(1)式中：CAGCA0（1xA）所以：(RA)(2)kPCAG因为本征反响速率常数kP值未知，故不可以直接由式

3、（2）求出内扩散有效因子。依据：2R2kP(RA)R2(RA)(3)SSDeAkPCAGDeACAG式中：S为大西勒（Thiele）模数;S为球形颗粒一级反响时的西勒（Thiele）模数。R为催化剂颗粒半径、DeA为气态苯在催化剂颗粒内部的有效扩散系数、（RA）为宏观反应速率、CAG为转变率为xA时苯的摩尔浓度，均可由实验测得，故由式（3）即可直接求出S（即S2）值。而3(11)(4)Stanh(S)S59所以可先假定S此时判断获得的2S代入式(4)2S值能否等于由式（3）求得的S2值？若不等，从头假定S值，频频计算，直到相等。若相等，此时的值即为所求。三、实验装置及流程图1、实验装置：该装置

4、由反响系统和控制系统构成：反响系统的反响器为管式，不锈钢材质。反响管内径：20mm；长度：550mm。管内有直径为3mm的不锈钢管穿过反响管的上下两头，以便在3mm管内插入直径为1mm的垲装式热电偶，经过上下拉动热电偶可测出床层内不同样高度处的反响温度。预热器直径：10mm；长度：250mm；加热功率：0.5kW。反响加热炉采纳三段加热控温方式，加热炉直径：220mm；长度：550mm；各段加热功率：1kW。上下段温度控制灵巧，恒温区较宽。控温与测温数据均数字显示。2实验装置流程图15氢气钢瓶稳压阀调理阀苯计量泵转子流量计压力表预热器床层测温热电偶反响管催化剂/填料复合床层、加热炉上、中、下三

5、段热电偶苯储罐气相色谱仪图1.实验流程表示图四、实验操作步骤1正确称取2克1028目的催化剂，并量出该催化剂的体积，记为VPmL；再称取克同样目数的瓷粒子，此后平均混淆，并用量筒量取其体积，将其装入反响管中，记录床层高度和床层地点。再将反响器固定在反响加热炉中。通气体进行试漏，直至不漏。2催化剂活化。催化剂床层温度以25/h的升温速率从室温升到180,控制适合的氢气流量（300mL/min左右）通入反响器。在180恒温2h,此后以25/h的降温速率降温，到50以下时封闭气源和电源。3计量泵苯流量的标定。（上述三步由实验指导老师开初达成）。4翻开氢气钢瓶减压表，开启气相色谱仪，分析条件为：柱室8

6、0，进样器150，60桥流150MA,柱前压力0.15MPa。翻开氢气钢瓶减压表，调理稳压、稳流阀，控制适合的氢气流量（400mL/min左右），通入反响器，目的是床层温度高升时使床层温度平均，同时氢气又是反响原料气。6开启电源开关，设置好预热器和反响器加热炉上、中、下三段的温度分别为150、110、140、110左右。7调理预热器和反响器加热炉上、中、下三段的电流给定旋钮，预热器电流不超出1A，反响器加热炉上、中、下段不超出2，电流表有电流指示表示已开始加热。8待预热器和反响器加热炉上、中、下三段的温度分别达到所设定的温度时，开启计量泵，泵入苯，苯的流量依据逗留时间的要求控制在某一适合的流量

7、（苯的流量可控制在0.21g/min），并要求苯和氢气的进料摩尔配比保持在1：6，依据此摩尔配比调理氢气的流量。9苯在预热器汽化并与氢气混淆后进入催化剂床层发生反响。因为是放热反响，反响器加热炉上、中、下三段的温度均会高升，待操作一段时间，温度坚固后，拉动床层测温热电偶，检测整个床层的温度散布能否在150左右且各处能否凑近等温。不然需要对加热炉中段给定温度稍作调整。10当反响器床层温度达到所要求的温度，且加热炉上、中、下三段的温度均坚固不变时，用2mL玻璃注射器对反响器出口气体进行取样，注入到色谱仪中进行热导分析，获得反响器出口气体的构成结果。11改变苯进料流量，同时相应改变氢气进料流量，保持

8、苯和氢气的进料摩尔配比不变，仍为1：6。重复实验步骤910。12共进行了5个流量时，可结束实验。封闭苯计量泵，封闭加热电源。连续通入氢气，待床层温度降至100以下可封闭氢气钢瓶，以防备温度过高造成催化剂失活。五、实验数据记录：气温：大气压：MPa实验日期：表1催化剂催化剂催化剂填料稀释比整体积床层高目数(g)(mL)(g)(mL)(cm)表2序号氢气流量苯流量上段温度中段温度下段温度()()()(mL/min)(mL/min)设定实测设定实测设定实测1234561序号床层长度（cm）实测温度()床层长度（cm）实测温度()床层长度（cm）实测温度()床层长度（cm）实测温度()床层长度（cm）

9、实测温度()数据序号表3床层温度散布状况表4分析结果y1y2xAxAW/FA0(%)(%)(%)(%)(g.h/mol)六、实验数据办理：1反响器出口转变率的计算设苯的流量为FA0(mol/h)，反响器出口转变率为XA，出口气体中，苯的质量百分含量为y1，环己烷的质量百分含量为y2（不考虑此中氢气的质量百分含量），即y1y2100%。由化学方程式：C6H6(g)3H2(g)Ni,1500CC6H12(g)反响前：(mol/h)FA0062反响后：(mol/h)FA0*(1XA)FA0*XA即：(g/h)FA0*(1XA)*78FA0*XA*8478*FA0*(1XA)13(1XA)(5)y1X

10、A)84*FA0*XA13(1XA)14XA78*FA0*(184*FA0*XA14XA(6)y2XA)84*FA0*XA13(1XA)14XA78*FA0*(113(1y1)13y2(7)化简得:XA或XAy213y114y1和y2可经过气相色谱分析反响器出口气体构成而得。所以可经过式(7)计算出口转变率。2反响速率（RA）的计算由实测的xAVP/FA0曲线，可用多项式拟合，此后求导，任何一个xA所对应的导数值就是该点的反响速率值。3有效扩散系数DeA值苯在催化剂颗粒中的有效扩散系数可取0.2cm2/s。七、实验注意事项1实验前，必定要检查管路的气密性，尾气要接到室外；2实验操作必定要按步骤进行，防备催化剂失活；3实验中要注意保持氢气、苯流量的坚固；4实验结束后，检查水、电、气的阀门，封闭后才能走开。八、思虑题1外扩散阻力怎样除去？2本征反响动力学怎样测定？九、参照文件1陈甘棠主编.化学反响工程第一