气固相催化反应宏观动力学

1、气固相催化反应宏观动力学第1页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程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的孔道内部扩散-内扩散在催化剂内部孔道内组成的内表面上进行催化反应-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-外扩散多孔催化剂上进行的气固相催化反应第2页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程一、气-固相催化反应过程中反应组分的浓度分布第3页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程二、内

2、扩散有效因子与总体速率内扩散有效因子（内表面利用率）：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。用公式表示为：反应物浓度高反应物浓度低内外反应速率不一致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的浓度函数f（cA）-按催化剂颗粒内反应组分浓度计算的动力学方程的浓度函数Si-单位体积催化剂床层中催化剂的内表面积第4页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程在定态下，单位时间内从催化剂颗粒外表面由扩散作用进入催化剂内部的反应组分量与单位时间内整个催化剂颗粒中

3、实际反应的组分量相等，因此，内扩散有效因子也可表示为：对于整个反应过程而言，定态时单位时间内气相主体扩散至颗粒外表面的反应组分量也等于颗粒内的实际反应量，因此：(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外表面积kG-外扩散传质系数若在颗粒内发生的是一级可逆反应，则f(cA)= cA- cA*，有：第5页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程推动力阻力外扩散阻力化学反应阻力内扩散阻力第6页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程三、催化反应控制阶段的判别1、本征动力学控制这种情况一般

4、发生在外扩散传质系数较大和外表面积相对较大催化剂颗粒较小的时候。第7页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程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。第8页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程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。第9页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第一节 气-固相催化反应的宏观过程如果反应是二级不可逆反应，则反应的宏观速率可表示为：第10页，共13页，2022年，5月20日，8点2分，星期四第二节 催化剂颗粒内气体的扩散分子扩散Knudsen扩散构型扩散表面扩散条件 孔径与分子大小相当表面迁移扩散通量表达式_扩散系数_综合扩散系数有效扩散系数第11页，共13页，2022年，5月20日