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1、关于气固相催化反应器现在学习的是第1页，共104页催化剂的特征：催化剂的特征：（1 1）产生中间产物，改变反应途径，因而降低反应活化能和加速反）产生中间产物，改变反应途径，因而降低反应活化能和加速反应速率；应速率；（2 2）不能改变平衡状态和反应热，催化剂必然同时加速正反应和逆）不能改变平衡状态和反应热，催化剂必然同时加速正反应和逆反应的速率反应的速率 ；（3 3）具有选择性，可使化学反应朝着所期望的方向进行，抑制不）具有选择性，可使化学反应朝着所期望的方向进行，抑制不需要的副反应。需要的副反应。5.1 概述概述 现在学习的是第2页，共104页催化剂的主要组成：催化剂的主要组成：固体催化剂绝大
2、多数为颗粒状，形状和尺寸根据反应和反应器的特征固体催化剂绝大多数为颗粒状，形状和尺寸根据反应和反应器的特征而定。一般，固体催化剂由三部分组成：而定。一般，固体催化剂由三部分组成：（1 1）主催化剂：）主催化剂：起催化作用的根本性物质，多为金属和金属氧化物。起催化作用的根本性物质，多为金属和金属氧化物。（2 2）助催化剂：）助催化剂：具有提高主催化剂活性、选择性、改善催化剂的耐热性、抗毒性、具有提高主催化剂活性、选择性、改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。机械强度和寿命等性能的组分。现在学习的是第3页，共104页（3 3）载体）载体 用来增大表面积，提高耐热性和机械强度。主催
3、化剂和助催化剂用来增大表面积，提高耐热性和机械强度。主催化剂和助催化剂均匀分布在载体上。均匀分布在载体上。常见载体有：常见载体有：高比表面积：活性炭、硅胶、高比表面积：活性炭、硅胶、AlAl2 2O O3 3、粘土、粘土 中比表面积：氧化镁、硅藻土、石棉中比表面积：氧化镁、硅藻土、石棉低比表面积：刚钻石、碳化硅、耐火砖低比表面积：刚钻石、碳化硅、耐火砖催化剂的制法：催化剂的制法：浸渍法、沉淀法、共混合法、熔融法等。浸渍法、沉淀法、共混合法、熔融法等。现在学习的是第4页，共104页比表面积比表面积催化剂的比表面积、孔体积和孔体积分布催化剂的比表面积、孔体积和孔体积分布现在学习的是第5页，共104
4、页孔体积（孔容）孔体积（孔容）孔径分布（孔体积分布）孔径分布（孔体积分布）催化剂是多孔物质，其孔的大小当然是不规则的。催化剂是多孔物质，其孔的大小当然是不规则的。不同的催化剂孔大小的分布不同。不同的催化剂孔大小的分布不同。只有孔径大于反应物分子的孔才有催化意义。只有孔径大于反应物分子的孔才有催化意义。测定方法：压汞法和氮吸附法测定方法：压汞法和氮吸附法现在学习的是第6页，共104页分率孔径典型的孔径分布曲线典型的孔径分布曲线现在学习的是第7页，共104页催化剂的密度催化剂的密度固体密度（真密度）：固体密度（真密度）：指催化剂固体物质单位体积（不包括孔占有的体积）指催化剂固体物质单位体积（不包括
5、孔占有的体积）的质量。的质量。固体密度（真密度）：固体密度（真密度）：指催化剂固体物质单位体积（不包括孔占有的体积）指催化剂固体物质单位体积（不包括孔占有的体积）的质量。的质量。现在学习的是第8页，共104页颗粒密度：颗粒密度：指单位体积催化剂颗粒（包括孔占有的体积）的质量。指单位体积催化剂颗粒（包括孔占有的体积）的质量。现在学习的是第9页，共104页堆密度：堆密度：床层的体积（堆体积）：包括颗粒体积和颗粒与颗粒床层的体积（堆体积）：包括颗粒体积和颗粒与颗粒间的空隙体积两个部分。间的空隙体积两个部分。现在学习的是第10页，共104页孔隙率孔隙率：催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。：催化剂颗粒孔容
6、积占总体积的分率。现在学习的是第11页，共104页床层的空隙率床层的空隙率：颗粒间的空隙体积占床层体积的分率。：颗粒间的空隙体积占床层体积的分率。现在学习的是第12页，共104页非均相催化反应速率表达非均相催化反应速率表达对于均相反应，已经定义：由于气固相催化反应发生在催化剂表面，而且催化剂的量对于反应的速率起着关键的作用，因此，反应速率不再由反应体积来定义，而改由催化剂体积来定义。现在学习的是第13页，共104页1、以、以催化剂体积催化剂体积定义反应速率定义反应速率2、以、以催化剂质量催化剂质量定义反应速率定义反应速率3、以、以催化剂催化剂比外表面积比外表面积定义反应速率定义反应速率指单位颗
7、粒体积所具有的外表面积指单位颗粒体积所具有的外表面积现在学习的是第14页，共104页AB(4)(5)cAgcAs气气-固相催化反应过程步骤固相催化反应过程步骤cBgcBs现在学习的是第15页，共104页(1)反应物由气流主体扩散到催化剂外表面；反应物由气流主体扩散到催化剂外表面；(2)反应物由催化剂外表面扩散到内表面；反应物由催化剂外表面扩散到内表面；反应物在催化剂表面活性中心上吸附；反应物在催化剂表面活性中心上吸附；(3)吸附在活性中心的反应物进行化学反应；吸附在活性中心的反应物进行化学反应；产物在催化剂表面活性中心上脱附；产物在催化剂表面活性中心上脱附；(4)产物由催化剂内表面扩散到外表面
8、；产物由催化剂内表面扩散到外表面；(5)产物由催化剂外表面扩散到气流主体。产物由催化剂外表面扩散到气流主体。气固相催化反应的气固相催化反应的7 7个步骤、个步骤、3 3个过程：个过程：现在学习的是第16页，共104页（1）、（）、（5）为外扩散过程）为外扩散过程（2）、（）、（4）为内扩散过程）为内扩散过程（3）为化学动力学过程）为化学动力学过程 针对不同具体情况，三个过程进行的速率各不针对不同具体情况，三个过程进行的速率各不相同，其中进行最慢的称为相同，其中进行最慢的称为控制步骤控制步骤，控制步骤进控制步骤进行的速率决定了整个宏观反应的速率行的速率决定了整个宏观反应的速率。现在学习的是第17
9、页，共104页5.2 5.2 气固非均相催化反应本征动力学气固非均相催化反应本征动力学本征：完全没有扩散影响的，本征：完全没有扩散影响的，单纯的反应物及产物单纯的反应物及产物在催化剂表面吸附脱附反应过程在催化剂表面吸附脱附反应过程。其动力学表达为。其动力学表达为本征动力学。本征动力学。物理吸附吸附剂与被吸附物靠范德华力结合物理吸附吸附剂与被吸附物靠范德华力结合化学吸附吸附剂与被吸附物之间可视为发生化学反应化学吸附吸附剂与被吸附物之间可视为发生化学反应现在学习的是第18页，共104页物理吸附与化学吸附的比较物理吸附与化学吸附的比较现在学习的是第19页，共104页（1 1）理想吸附模型）理想吸附模
10、型（Langmuir模型模型）基本假定：基本假定：(1)(1)吸附表面能量均匀吸附表面能量均匀;(2)(2)吸附分子间没有相互作用；吸附分子间没有相互作用；(3)(3)单分子层吸附。单分子层吸附。现在学习的是第20页，共104页 模型推导模型推导:温度升高，温度升高，K KA A值下降，值下降，A A降低。降低。吸吸附附活活化化能能表表面面未未覆覆盖盖率率气气体体分分子子碰碰撞撞数数目目表表面面覆覆盖盖率率脱脱附附活活化化能能吸附平衡常数：吸附平衡常数：Langmuir吸附等温方程吸附等温方程表面覆盖率，未覆盖率表面覆盖率，未覆盖率u 吸附的机理均相同，吸附形成的络合物亦均相同吸附的机理均相同
11、，吸附形成的络合物亦均相同 现在学习的是第21页，共104页 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。子，这些原子各占据一个吸附位。LangmuirLangmuir解离吸附等温方程解离吸附等温方程u 解离吸附解离吸附现在学习的是第22页，共104页u 多分子同时吸附多分子同时吸附现在学习的是第23页，共104页m m分子同时吸附：分子同时吸附：现在学习的是第24页，共104页（2 2）真实吸附（不均匀表面吸附）模型）真实吸附（不均匀表面吸附）模型FreundlichFreundlich模型模型
12、FreundlichFreundlich模型认为模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率吸附及脱附活化能与表面覆盖率是对数关系是对数关系。即：。即：现在学习的是第25页，共104页现在学习的是第26页，共104页现在学习的是第27页，共104页现在学习的是第28页，共104页焦姆金（焦姆金（）吸附模型吸附模型模型认为模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈线吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈线性关系性关系。即：。即：现在学习的是第29页，共104页现在学习的是第30页，共104页现在学习的是第31页，共104页现在学习的是第32页，共104页表述一表述一:若反应过程达到定若反应过程达到定态，则中间化合物
13、的浓度不态，则中间化合物的浓度不随时间而变，即：随时间而变，即：表述二：若达到定态，则串联表述二：若达到定态，则串联各步反应速率相等。各步反应速率相等。速率控制步骤速率控制步骤总反应速率决定于串联各步总反应速率决定于串联各步中速率最慢的一步，其余各中速率最慢的一步，其余各步认为达到平衡。步认为达到平衡。定态近似定态近似现在学习的是第33页，共104页定态近似定态近似控制步骤控制步骤达平衡达平衡控速步控速步接近平衡程度接近平衡程度第一步第二步第一步第二步反应最慢的一步反应最慢的一步反应速率相对大小反应速率相对大小现在学习的是第34页，共104页双曲线型的反应速率式（双曲线型的反应速率式（Lang
14、muir-HinshelwoodLangmuir-Hinshelwood方程）方程）基本假定：基本假定：1 1、在吸附、反应、脱附三个过程中必有一个最慢，这、在吸附、反应、脱附三个过程中必有一个最慢，这个最慢的步骤被称为控制步骤，代表了本征反应速率；个最慢的步骤被称为控制步骤，代表了本征反应速率；2 2、除控制步骤外的其它步骤均处于平衡状态；、除控制步骤外的其它步骤均处于平衡状态；3 3、吸附和脱附都可以用、吸附和脱附都可以用LangmuirLangmuir吸附模型描述。吸附模型描述。现在学习的是第35页，共104页 反应反应 吸附吸附表面反应表面反应吸附吸附脱附脱附u 表面反应控制表面反应控
15、制现在学习的是第36页，共104页式中式中正反应速率正反应速率常数常数反应化学反应化学平衡常数平衡常数现在学习的是第37页，共104页若表面反应不可逆若表面反应不可逆:若有惰性气体存在（不若有惰性气体存在（不反应只吸附）反应只吸附）:如果如果A A在吸附时解离：在吸附时解离：若若B B不吸附，不吸附，R R也不吸附：也不吸附：几种情况讨论几种情况讨论现在学习的是第38页，共104页u 反应物反应物A A的吸附控制的吸附控制 此时第一步为速率控制步骤：此时第一步为速率控制步骤：第三步表面反应达到平衡时：第三步表面反应达到平衡时：K Ks s为表面反应平衡常数为表面反应平衡常数现在学习的是第39页
16、，共104页u 产物产物R的脱附控制的脱附控制现在学习的是第40页，共104页 不同的控制步骤，推出的速率方程式各不相同，但都可概括为如不同的控制步骤，推出的速率方程式各不相同，但都可概括为如下的形式：下的形式：动力学项：指反应速率常数，它是温度的函数。动力学项：指反应速率常数，它是温度的函数。推动力项：对于可逆反应，表示离平衡的远近；对于不可逆反应，表推动力项：对于可逆反应，表示离平衡的远近；对于不可逆反应，表示反应进行的程度。示反应进行的程度。吸附项：表明哪些组分被吸附和吸附的强弱吸附项：表明哪些组分被吸附和吸附的强弱双曲线型速率方程双曲线型速率方程现在学习的是第41页，共104页动力学方
17、程的基本型式：动力学方程的基本型式：以前一方程为例：以前一方程为例：推动力项的后项是逆反应的结果推动力项的后项是逆反应的结果Kipi项表示项表示i分子在吸附（脱附）中达到平衡，即不是控制步骤。分子在吸附（脱附）中达到平衡，即不是控制步骤。由动力学方程判断反应历程由动力学方程判断反应历程现在学习的是第42页，共104页吸附项指数是参与控制步骤的活性中心数吸附项指数是参与控制步骤的活性中心数；如果出现根号项，意味存在解离吸附如果出现根号项，意味存在解离吸附；如如果果吸吸附附项项中中存存在在两两个个大大项项相相乘乘，则则有有两两种种不不同同活活性性中中心心；若若分分母母没没有有出出现现某某组组分分的
18、的吸吸附附项项，而而且且出出现现了了其其它它组组分分分分压相乘的项，则可能是该组分的吸附或脱附控制压相乘的项，则可能是该组分的吸附或脱附控制；定性检验推导过程的正误。定性检验推导过程的正误。现在学习的是第43页，共104页在在理理想想吸吸附附推推导导基基础础上上，将将吸吸附附和和脱脱附附过过程程用用焦焦姆姆金金或或弗弗鲁鲁德德里里希希模模型型表表示示，可可以以得得到到幂幂函函数数型型本本征征动力学方程。其型式为：动力学方程。其型式为：幂函数型本征动力学方程幂函数型本征动力学方程现在学习的是第44页，共104页推导多相催化反应速率方程的步骤如下：推导多相催化反应速率方程的步骤如下：（1 1）假设
19、该反应的反应步骤）假设该反应的反应步骤;（2 2）确确定定速速率率控控制制步步骤骤，以以该该步步的的速速率率表表示示反反应应速速率率，并并写写出出该该步步的速率方程；的速率方程；（3 3）其其余余步步骤骤视视为为达达到到平平衡衡，写写出出各各步步的的平平衡衡式式，将将各各组组分分的的覆盖率转变为各组分分压的函数；覆盖率转变为各组分分压的函数；（4 4）根根据据覆覆盖盖率率之之和和等等于于1 1，并并结结合合由由（3 3）得得到到的的各各组组分分的的覆覆盖盖率表达式，可将未覆盖率变为各组分分压的函数；率表达式，可将未覆盖率变为各组分分压的函数；（5 5）将将（3 3）和和（4 4）得得到到的的表
20、表达达式式代代入入（2 2）所所列列出出的的速速率率控控制制步步骤骤速速率方程，化简整理后即得该反应的速率方程。率方程，化简整理后即得该反应的速率方程。现在学习的是第45页，共104页几点说明：几点说明：（1 1）理理想想吸吸附附极极其其罕罕见见，但但仍仍广广泛泛使使用用，是是因因为为所所得得的的速速率率方方程程适适应性强（是多参数方程）应性强（是多参数方程）;（2 2）采采用用真真实实模模型型来来推推导导反反应应速速率率方方程程，方方法法、步步骤骤相相同同，只只是是采采用用的的吸吸附附速速率率方方程程和和吸吸附附等等温温式式不不同同。导导出出的的速速率率方方程程有有双双曲曲线型的，也有幂函数
21、型；线型的，也有幂函数型；（3 3）对对一一些些气气固固相相催催化化反反应应的的动动力力学学数数据据分分别别用用幂幂函函数数和和双双曲曲线线型型速速率方程关联，所得速率方程精度相差不大，前者参数少，便于使用率方程关联，所得速率方程精度相差不大，前者参数少，便于使用;（4 4）有些催化剂表面存在两类吸附位。）有些催化剂表面存在两类吸附位。现在学习的是第46页，共104页例：环己烷是化工生产的重要例：环己烷是化工生产的重要原料，工业上用镍催化剂通过原料，工业上用镍催化剂通过苯加氢而制得。其反应式为苯加氢而制得。其反应式为C C6 6H H6 6H H2 2 C C6 6H H1212 反应温度在反
22、应温度在200200以下，该反应以下，该反应可视为不可逆放热反应，假定可视为不可逆放热反应，假定在镍催化剂上有两类活性位，在镍催化剂上有两类活性位，一类吸附苯和中间化合物；另一类吸附苯和中间化合物；另一类只吸附氢，而环己烷则可一类只吸附氢，而环己烷则可认为不被吸附，其反应步骤见认为不被吸附，其反应步骤见右右若第三步为速率控制步骤，假定除苯若第三步为速率控制步骤，假定除苯和氢外，其他中间化合物的吸附都很和氢外，其他中间化合物的吸附都很弱，试推导动力学方程。弱，试推导动力学方程。有些催化剂表面存在两类吸附位有些催化剂表面存在两类吸附位现在学习的是第47页，共104页分析：分析：根据速率控制步骤写出
23、定态下的反应速率根据速率控制步骤写出定态下的反应速率22上吸附上吸附H2H2，有，有又因为其他吸附很弱，故又因为其他吸附很弱，故得到：得到：同理：同理：90-180现在学习的是第48页，共104页建立速率方程的步骤建立速率方程的步骤步骤：步骤：（1 1）设想各种反应机理，导出不同的速率方程；）设想各种反应机理，导出不同的速率方程；（2 2）进行反应动力学实验，测定所需的动力学数据；）进行反应动力学实验，测定所需的动力学数据；（3 3）根据实验数据对所导出的可）根据实验数据对所导出的可能的速率方程参数估值和筛选，能的速率方程参数估值和筛选，确定出合适的速率方程。确定出合适的速率方程。现在学习的是
24、第49页，共104页参数估值参数估值参数值是否合理？参数值是否合理？幂函数型幂函数型 k k为负及为负及n3 n3 不合不合理理双曲线型双曲线型 k k，K K为负为负 不合理不合理现在学习的是第50页，共104页5.3 气气-固非均相催化体系的宏观动力学固非均相催化体系的宏观动力学现在学习的是第51页，共104页l与本征动力学的区别：在本征动力学的基础上叠加了内外扩散的与本征动力学的区别：在本征动力学的基础上叠加了内外扩散的影响。影响。l催化剂主要由多孔物质构成，本节讨论：催化剂主要由多孔物质构成，本节讨论：l气体在固体颗粒孔内的扩散规律；气体在固体颗粒孔内的扩散规律；l固体催化剂颗粒内的温
25、度浓度分布；固体催化剂颗粒内的温度浓度分布；l宏观反应速率关联式宏观反应速率关联式现在学习的是第52页，共104页l要解决的问题：要解决的问题：l我我们们希希望望得得到到和和能能够够知知道道的的是是气气流流主主体体处处的的温温度度和和反反应应物物浓浓度度，但但实实际际发发生生化化学学反反应应的的位位置置，其其温温度度浓浓度度与与气气流流主主体体不不同同，而而化化学学反反应应的的速速率率，恰恰恰恰取取决决于于难难于于测测量量的实际发生化学反应的位置的温度浓度。的实际发生化学反应的位置的温度浓度。l流体在流经固体表面时，在靠近表面的地方存在滞流层。流体在流经固体表面时，在靠近表面的地方存在滞流层。
26、正是这一滞流层，造成气流主体与催化剂表面温度浓度正是这一滞流层，造成气流主体与催化剂表面温度浓度的不同。（的不同。（外扩散问题外扩散问题）现在学习的是第53页，共104页l催化剂主要由多孔物质组成；催化剂主要由多孔物质组成；l催化剂的外表面积与内表面积相比微不足道；催化剂的外表面积与内表面积相比微不足道；l化学反应主要发生在催化剂内表面；化学反应主要发生在催化剂内表面；l由于扩散的影响，催化剂内表面与外表面温度浓度由于扩散的影响，催化剂内表面与外表面温度浓度可能会有较大差别。可能会有较大差别。l如何通过已知量估算催化剂内部的温度浓度分布（如何通过已知量估算催化剂内部的温度浓度分布（内扩内扩散问
27、题散问题）现在学习的是第54页，共104页不同控制步骤示意图不同控制步骤示意图气流主体滞流内层cAcAgcAs平衡浓度43211 1 外扩散控制外扩散控制 3 3 内扩散控制内扩散控制2 2 内外扩散同时控制内外扩散同时控制 4 4 动力学控制动力学控制现在学习的是第55页，共104页5.3.1 5.3.1 气体在多孔介质中的内扩散气体在多孔介质中的内扩散 催化剂颗粒内气体扩散催化剂颗粒内气体扩散气体在催化剂内的扩散属气体在催化剂内的扩散属孔内扩散孔内扩散，根据孔的大小分，根据孔的大小分为两类：为两类：孔径较大时，为一般意义上的孔径较大时，为一般意义上的分子扩散分子扩散；孔径较小时，属孔径较小
28、时，属努森（努森（KnudsonKnudson）扩散）扩散。扩散的表达：费克（扩散的表达：费克（FickFick）扩散定律扩散定律现在学习的是第56页，共104页l当微孔孔径远大于分子平均自由程时，扩散过程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。与孔径无关，属分子扩散。判据判据：现在学习的是第57页，共104页分子平均自由程估算分子平均自由程估算现在学习的是第58页，共104页二元组分的分子扩散系数二元组分的分子扩散系数lA组分在组分在B中的扩散系数按下式计算：中的扩散系数按下式计算：现在学习的是第59页，共104页l原子及分子的扩散体积原子及分子的扩散体积注：表中没
29、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。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。现在学习的是第60页，共104页混合物中组分的扩散系数混合物中组分的扩散系数l组分组分A在混合物在混合物M中的扩散中的扩散现在学习的是第61页，共104页 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。壁间的碰撞，属努森扩散。判据判据：现在学习的是第62页，共104页努森扩散系数努森扩散系数：现在学习的是第63页，共104页平均孔径近似计算平均孔径近似计算现在学
30、习的是第64页，共104页l微孔孔径在一定范围之内，两种扩散同时起作用。微孔孔径在一定范围之内，两种扩散同时起作用。l判据判据：10-2/do10现在学习的是第65页，共104页现在学习的是第66页，共104页2 2、计算基准变成催化剂外表面积计算基准变成催化剂外表面积l在前面孔扩散的基础上进行两点修正：在前面孔扩散的基础上进行两点修正：1 1、以孔的真实长度代替直孔长度、以孔的真实长度代替直孔长度现在学习的是第67页，共104页现在学习的是第68页，共104页现在学习的是第69页，共104页l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=510-9m，孔隙率P=0.
31、43，曲折因子m=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。l解：为方便起见以A表示氢，B表示苯。由前面表格可得：l MA=2 VA=7.07 cm3mol-1l MB=78 VB=90.68 cm3mol-1现在学习的是第70页，共104页l氢在苯中的分子扩散系数为：l当当p=101.33 kPa时时DAB=0.7712 cm2s-1lp=3039.3 kPa时时DAB=0.02571 cm2s-1现在学习的是第71页，共104页l氢在催化剂孔内的努森扩散系数为：l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：现在学习的
32、是第72页，共104页l当p=3039.3kPa时，两者影响均不可忽略，综合扩散系数为：l有效扩散系数为：现在学习的是第73页，共104页5.3.2 气气-固相催化反应等温宏观动力学固相催化反应等温宏观动力学l考虑到内扩散问题的影响，定义催化剂有效因子（内扩散有效因子）l注意是在外表面温度、浓度下的反应量，而不是在外表面的反应量。现在学习的是第74页，共104页球型催化剂上等温宏观动力学球型催化剂上等温宏观动力学 对置于连续气流中的球型催化剂粒子，取一对置于连续气流中的球型催化剂粒子，取一微元对反应物微元对反应物A A进行物料衡算进行物料衡算drRr并令 z=r/R推导：推导：现在学习的是第7
33、5页，共104页现在学习的是第76页，共104页现在学习的是第77页，共104页现在学习的是第78页，共104页现在学习的是第79页，共104页现在学习的是第80页，共104页现在学习的是第81页，共104页现在学习的是第82页，共104页l对于非一级反应现在学习的是第83页，共104页现在学习的是第84页，共104页l对于非一级反应，结果汇总l（等温、球型非一级反应近似解）：l可以把一级反应看成是非一级反应的一个特例，但此时的解为精确解。现在学习的是第85页，共104页Thiele模数的物理意义模数的物理意义现在学习的是第86页，共104页现在学习的是第87页，共104页 例例5-3 相相对
34、对分分子子质质量量为为120的的某某组组分分，在在360的的催催化化剂剂上上进进行行反反应应。该该组组分分在在催催化化剂剂外外表表面面处处的的浓浓度度为为1.010-5molcm-3实实测测出出反反应应速速率率为为1.2010-5molcm-3s-1。已已 知知 催催 化化 剂剂 是是 直直 径径 为为0.2cm的的球球体体，孔孔隙隙率率P=0.5，曲曲折折因因子子=3，孔径孔径d0=310-9m，试估算催化剂的效率因子。，试估算催化剂的效率因子。现在学习的是第88页，共104页l解解：由由于于孔孔径径很很小小，可可以以设设想想扩扩散散过过程程属克努森扩散属克努森扩散l计算有效扩散系数计算有效
35、扩散系数De现在学习的是第89页，共104页l求求RA与与S的关系。的关系。l本本题题没没有有提提供供本本征征动动力力学学方方程程，设设本本征征动力学方程为：动力学方程为：l rA=kf(cA)l由于由于l当当cA=0时，时，f(cA)=0现在学习的是第90页，共104页l将上关系代入S中，则：现在学习的是第91页，共104页l整理得：l从效率因子与S的关系可知：l用试差法可求得：现在学习的是第92页，共104页其它形状催化剂的等温宏观动力学方程其它形状催化剂的等温宏观动力学方程l由由于于圆圆柱柱形形催催化化剂剂颗颗粒粒形形状状复复杂杂，用用无无限限长长圆圆柱柱体体近似。近似。l无无限限长长圆
36、圆柱柱体体：忽忽略略两两个个端端面面的的扩扩散散影影响响，仅仅考考虑虑周周边边的扩散。的扩散。l与与球球形形颗颗粒粒相相似似，在在催催化化剂剂颗颗粒粒中中取取一一微微元元作作物物料料衡算，只是将球坐标换成柱坐标：衡算，只是将球坐标换成柱坐标：1 1、圆柱形催化剂的有效因子、圆柱形催化剂的有效因子现在学习的是第93页，共104页drRr现在学习的是第94页，共104页现在学习的是第95页，共104页现在学习的是第96页，共104页l薄片与圆柱正好相反，仅考虑两端薄片与圆柱正好相反，仅考虑两端的扩散，忽略周边的扩散。的扩散，忽略周边的扩散。LRldl0r2 2、圆形薄片催化剂的宏观动力学、圆形薄片催化剂的宏观动力学现在学习的是第97页，共104页LRldl0r现在学习的是第98页，共104页现在学习的是第99页，共104页现在学习的是第100页，共104页因差别不大，可以用球形结果近似任意形状。因差别不大，可以用球形结果近似任意形状。现在学习的是第101页，共104页但，不同反应级数差别比较大。但，不同反应级数差别比较大。现在学习的是第102页，共104页5.3.3 扩散控制的判定扩散控制的判定 Wheeler-Weisz模量：模量：一级不可逆反应一级不可逆反应n级不可逆反应级不可逆反应现在学习的是第103页，共104页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第104页，共104页