化学反应工程第六章

Da1
k1 kGam
,
Da 2
k2 kGam
11
例6.3
A k1
k2 B
D
求反应选择性
T G 4K 5C B 0/G C A G 0 .5 (TSTG)10 K
(k G a m )A (k G a m )B 4 c0 3 m /s ( g )
k 1 6 . 0 1 8 e 0 x E 1 /R p ()c ] [ T 3 / m g ( s ) E18.00kJ/mol k 2 1 .2 1 6 e 0 x E 2 /R p ()c [ ] T 3 / m g ( s ) E26.00kJ/mol
第六章 多相系统中的化学 反应与传递现象
1
6.1 多相催化反应过程步骤
பைடு நூலகம்
6.1.1. 固体催化剂的宏观结构与性质
空
隙
比表面(Sg)
孔径分布，平均孔径，孔容
ra
1 Vg
Vg 0
radV
ra
2V g Sg
孔隙率，空隙率，密度，形状系数
孔
隙
孔隙率p
孔隙体积 颗粒体积
真密度t
固体质量 固体体积
颗粒密度p 固 颗体 粒质 体量 积堆密度b
固体质量 床层体积
p Vgp a as /ap
2
例6.1 已知一催化剂颗粒质量为1.08g，体积为1.033 cm3，测得孔容为0.255cm3/g，比表面为100m2/g，试
求催化剂的 p,p,ra
pV m p1.08/13 .033 1.04g/8cm 3
p V g p 0 .2/5 1 (/1 5 .0)4 0 8 .267
力 学
力 6 反应产物P的内扩散
学 7 反应产物P的外扩散 4
C AG
C AS
C PG
C PS
21
3
4
5 6
7
A
6.2 流体与催化剂外表 面间的传质与传热
N AkG am (cA GcA)S A
P qhSam(TSTG)
q(A ) ( H r)
C PC
外扩散无影响
cAGcAS
内扩散无影响
cAS cAC
1单一反应
忽略 内扩散
X
kW kW
TS TG
cAS cAG
等温
c
AS
c
AG
一级不可逆
N AkG am (cA GcA)S
X1/1 (Da)
Da
kW kGam
R AkW cAS
cAS cAG /1 (D a)
DakkW G ca A m 1GkGak mW ccA AG G 07
不同反应级数时外扩散有效因子计算式
102 2ra 10
复合扩散
D K A 9 . 7 1 3 r a 0 T / M 8 . 2 1 2 3 c 0 2 / s m
1
1
DA1/(DK)A1/DAB 10/08.2 0 21/0.0454
ra 2Vg/Sg20.25/1500 140
50.11-08cm 5.01A
3
A g Pg
A P
1 2 34 65
7
A分子
吸附态 吸附态 A分子 P分子
P分子
6.1.2. 多相催化过程步骤
宏 1 反应物A的外扩散 2 反应物A的内扩散
观 3 反应物A的吸附
本
4 表面反应
征 动
动 5 反应产物P的脱附
反应级数 外扩散有效因子X
1
11Da
2
1
2
4Da 14Da 1
1/2
4 Da2 Da
2
2
-1
1 1 4Da
8
1.0
1.0
X
0.01
Da
10.0
图6.2 等温外扩散有效因子
9
2复合反应 (1)平行反应 外扩散无影响
外扩散有影响
AB AD
rBk1cA rDk2cA
S1/1 (k2cA G /k1)
SS
SS CASCAG SS
S r B /r B ( r D ) 1 /1 ( k 2 c A / S k 1 )
10
(2) 连串反应（一级） 外扩散有影响
S 1 k2 cBS k1 cAS
1 k2cBG (1Da1) 1Da2 k1cAG (1Da2)
外扩散 SS
无影响
S (k1c AG k 2c BG ) k1c AG
1. 正常扩散 DA DAB
2ra 102
2. 努森扩散 D A D K A 9 .7 13 r a 0 T /M 2ra 10
3.复合扩散 DA1/(DK)A(11bA y)/DAB1b0 21N2Br/aN A 10
1
DA
1/(DK)A1/DAB
等分子逆向扩散
6.3.2多孔催化剂中的扩散
1 k 2 c BG k1 c AG
A k1 B k2 D
kGamcAGcASk1cAS kGamcBScBGk1cASk2cBS kGamcDScDGk2cBS
c AS
c AG (1 Da1 )
c BS
(1
Da1c AG Da1 )(1
Da2 )
c BG (1 Da2 )
T ST G(cAG cA)S ( C H pr) P S c r 2/3 jjH D
TSTG(C H pr)(cAG cAS )
P163 例6.2自学6
6.2.3 外扩散对多相催化反应的影响
外扩散有影响表 时面 颗处 粒的 外反应速率
X 外扩散无影响表 时面 颗处 粒的 外反应速率
C AC
内外扩散 均无影响
cAGcAScAC
5
6.2.1传递系数
J
因子
jDkG G (SC)23 jHG hSPC (P r)23
Sc D Pr Cp
固 定 床
jD
0.357 Re0.359
jH
0.395 Re0.36
6.2.2. 流体与颗粒外表面得温度差与浓度差
qh sa m T S T G R A ( H r ) k G a m ( c A c A G ) S H ( r )
Ni
Dei
dci dZ
DeipDi /m
13
例6.4 求噻吩(A)在氢气(B)中的有效扩散系数DeA 600K 3.04MPa p 1.4g/cm3 p 0.4 Sg 18m 02/g
DAB 0.04c5m 27 /sm 3.0
1.01p 33.33 13 7 0 cm
ra 2S V ggS2gpp3.1 71 07cm
外扩散 无影响
S' 1k2CBG0.790 k1CAG
TS=450K
外扩散 有影响
S 1 k2CB(G 1D a1)0.785
1D a2 k1CAG 1D a2
TS=450K
S 1 k2CBG (1D a1)0.8077
1D a2 k1CAG 1D a2
TS=460K12
6.3 气体在多孔介质中的扩散 6.3.1. 单一孔道内的扩散