lecture11Diffusion and Reaction化学反应器分析

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多相反应及反应器PPT演示文稿

多相反应及反应器PPT演示文稿

M ( 1) tanh M
M [ M ( 1) tanh M 1]
有计算式可见,β与η均为和 的M 函数。下边将根 据及 M 值的大小,分别讨论几种特殊情况。
28
特殊情况下的气液吸收速率
(1)快速反应,即反应速率常数k值很大,以致M》l,由 双曲正切函数的性质知: 当 M 3 时 ta, nM h 1
1
气液相反应及反应器
另一类是通过气液反应净化气体,例如 用铜氨水溶液除去气体中的一氧化碳, 用碱溶液脱除煤气中的硫化氢,用氢氧 化体吸收过程中有化学反应产 生,为与气体的物理吸收过程相区别, 常称之为化学吸收。
2
气液吸收反应器 脱
硫 塔
3
气液吸收反应器
但若液相组分B大量过剩,以致在液膜内的浓度可视 为常数,则k2cB为定值,并令其等于k,这时反应速率 对A可按一级反应处理。
即 rA=kCA 则有:
DAL
d2cA dz2
k cA
21
拟一级不可逆反应的解析
将微分方程无因次化,即令: cA
则液膜中的浓度微分方程变为: cAi
z L
D AL dd2c2A zkA c cA L 2d di22D kAL cAi
30
特殊情况下的气液吸收速率
如果反应器内存液量甚多,例如鼓泡反应器,》1,纵 使因反应速率常数很小以致M值也很小,但M值仍可 远大于1。此时β→l,η→l/(M)。
例如,M=0.05, =1000,则M=50,β=0.98, η=0.0196。
β→l表示气液吸收过程的宏观反应速率由物理吸收速率 所决定。η→l/(αM)表示液相利用率虽不高,但化学反 应仍以某种程度在液相中进行。
整理得到: dd22 kDAL2LkkLLM

化学反应器教案(可编辑修改word版)

化学反应器教案(可编辑修改word版)

教学后记授课主要内容或板书设计绪论一、化学反应器的发展、分类及操作二、化学反应器在化工生产中的重要性三、化学反应器课程的性质、内容和任务四、化学反应器课程与相关课程的联系及学习方法第一章均相反应器第一节均相反应器的的特点、结构及工业应用均相反应:定义、特点。

一、釜式反应器二、管式反应器作业:P43 1、4课堂教学安排、搅拌器形式:四、讲解例题举例:图1-3图1-4图1-5搪瓷釜釜式反应器的操作要点:1、开车前准备;2 正常开车;3、正常停车;4、紧急停车;5、常见异常现象及处理。

二、管式反应器(用于气相或液相反应)用于连续反应过程,有单管和多管之分。

多管又分平行和串联两种。

适合绝热催化反应。

优点是传热比表面积大,利于传热,期终多管串联式,物料的流速大,传热系数较大;多管平行连接的管式反应器,管内物料的流速较低,传热系数小,但压力损失小。

主要内容:1、化学反应器课程内容、学习方法;2、均相反应器的特点、结构及工业应用。

补充AE授课主要内容或板书设计§1.2 反应器计算的基本方程式一、动力学方程1、反应速率aA+bB→ sSr = - 1s V⨯ dn s d2、动力学方程- 1 ⨯dns= kc n V d- dn A d = kc n阿伦尼乌斯方程k = A exp(- E)0 RTln k = ln A 0 - RTd ln kdt= E RT 2 A二、物料衡算方程Ⅰ(A 的流入速度)=Ⅱ(A 的流出速度)+Ⅲ(A 反应掉的速度)+Ⅳ(A 的累积速度)三、热量衡算方程物料带人的热Q1-物料带出的热Q2+反应产生的热Q3-通过热交换传出的热Q4=累积的热Q5作业:P43 3 P44 1、4课堂教学安排教学过程 主 要 教 学 内 容 及 步 骤s V d一、组织教学 二、复习回顾三、导入新课四、新课讲解分析讨论组织教学,考勤。

主要内容:1、化学反应器课程内容、学习方法;2、均相反应器的特点、结构及工业应用。

反应器PPT课件

反应器PPT课件

此类反应器需有投料和卸料的时间,通 常用于实验室实验或少量水处理中。
精品课件
10
物料衡算式为:
dCi dt
r(Ci )
t=0,Ci=C0;t=t,C=Ci,积分上式得:
t
ccoi
dCi r (Ci )
设为一级反应,r(Ci)=-kCi,则
t
ccoi
dCi kCi
1 C0 k lnCi
精品课件
11
理想反应 器分类
完全混合间歇式反应器(CMB型,completely mixed batch)
完全混合,间歇操作,封闭系统
完全混合连续式反应器(CSTR型,continous flow stirred tank reactor) 完全混合,连续操作,不封闭系统
推流式反应器(PF型,plug flow reactor)
推流式,连续操作,不封闭系统
精品课件
9
完全混合间歇式反应器(CMB型,completely mixed batch)
• 投入反应物,均匀混合,并发生反应, 达到预期反应程度后,排出反应物
特征: 1.反应过程中为封闭系统,无物质输入输 出。 2.反应器中反应物浓度随时间是变化的, 但任一时刻t,反应器中浓度认为是均 匀的。
精品课件
12
完全混合连续式反应器(CSTR型,continous flow stirred tank reactor )
反应物连续输入,一进入反应器即与 反应器内的物料快速混合均匀(瞬间 )。反应器内物料连续流出,且出水 中反应物浓度与反应器内各点处反应 物浓度相同。
• 特征: • 1.连续流入,连续流出; • 2.反应器内各点反应物浓度相同,且
Cn 0.01,n 2,k 0.92 C0

化学反应工程要点解析ppt课件

化学反应工程要点解析ppt课件
SO2 + 1/2 O2 8.44 SO3 4.6 N2 83.89
进入反应器的气体
3.07
离开反应器的气体
3.07(1-x)
8.44-3.07x/2
4.6+ 3.07x
83.89
离开反应器的气体总量
3.07(1-x)+8.44-3.07x/2+4.6+ 3.07x + 83.89
=95.4-1.535x
V c0dt V cdt V R dc dc V 1 c0 c c0 c dt VR tm
F (t )
1.0 0.631
t/t m F () t 1 e
dc 1 dt c0 c tm c0 c t 积分上式: ln c0 tm c F ( t ) 1 e t / tm 或 F ( ) 1 e c0
注入
1.0 1.0
C ( )s (c/c C 0 0)S
s () C
0
应答
1.0 1.0
平推流 全混流
(c/c0)S
0.631
0
θ
t=0
t
0
t1 t2 t3
1
t
t
θ
图4-5 理想反应器阶跃注入应答曲线(停留时间分布函数曲线)
平推流的停留时间分布函数如下:
0 F ( t) 1
C0
t tm ttm
rA 显然,cA=0.5kmol/m3时,速 率达最大值。 cAf 0 0.5 cA0 1.0 cA
(2) 全混流反应器
1/rA
(3) 平推流反应器
1/rA
cAf
cA0
cA
cAf
cA0
cA f cA0

化学反应工程 7. 气液相反应和反应器分析[精]

化学反应工程 7. 气液相反应和反应器分析[精]
气液反应过程的基础方程
根据双膜模型,组分A首先从气相主体通过气膜向气液相界 面扩散,然后穿过气液界面向液膜扩散;组分B则从液相主 体向液膜扩散,反应在液相中进行。整个反应过程的各步骤 和组分的浓度变化如图所示。这里假设液相组分B不挥发, 所以不存在组分B从相界面向气相扩散的问题。如果气相为 纯组分A,则气膜不存在。
有限。
板式塔
筛板塔板或泡罩塔板, 在每块塔板上,气体分散于液体中,故气体为分 散相,液体为连续相。
存液量较填料塔多。 板式塔反应器的气液传质系数较大,而且液相的轴向返混程度很小,塔
板上的温度也比较容易控制。但这种反应器的压降较大,气液传质表 面积也较小。
气液反应器
气液反应器
鼓泡塔
传递参数
如果在反应器内装有换热器,流体与换热器壁间的传热系 数 视气液混合物处于鼓泡状态区还是泡沫状态区而有不 同的关联式。
如果鼓泡塔的高度与直径比足够大,气相返混程度极小, 可按活塞流处理。但是,液相的返混一般就不一定能够忽 略。大多数实验结果表明,液相的返混取决于气体流速及 塔径,基本上与液体的流速及物理性质(密度、粘度及表 面张力等)无关。液相返混程度可以液相的轴向扩散系数 Dal来表示,可按下式进行计算:
塔内充满液体,气体从塔底部经过气体分布器通入,分散 成气泡,并沿着液层上升,在液层顶部与液体分离、溢出, 最后从塔的顶部排走。
鼓泡塔反应器的优点是结构简单、造价低、易控制、易维 修。如反应物料有腐蚀性,防腐问题易于解决。鼓泡塔也 可以较为容易地用于高压操作体系。
鼓泡塔反应器存在严重的液体返混和气泡聚并现象,这两 者均使反应器的效率下降。
气液反应基本方程
气液反应过程的基础方程
对A组分:DA

化学工程中的反应器动力学分析

化学工程中的反应器动力学分析

化学工程中的反应器动力学分析化学反应是指原料分子经过一系列化学反应,形成不同分子组成或结构的物质过程。

而反应器则是进行化学反应的设备,不仅仅是加热搅拌,还包括不同的反应动力学过程。

反应器动力学分析是研究反应器动力学过程,也是设计反应器的重要步骤。

本文将介绍反应器动力学分析的基本内容以及相关应用。

一、反应器的分类根据反应器所处的环境与其结构形式,反应器可以分为三大类:批处理反应器、连续反应器和半连续反应器。

批处理反应器是一种将所有反应材料同时加入反应器内进行反应过程的设备,实行分步操作。

每一步操作都能够形成成份、浓度等不同的反应产品,但其进程不能够追踪和控制。

连续反应器根据反应器内反应物料输入输出变化设置了一个或多个进料口与出料口,并以此处理反应物料。

连续反应器的产品选择性能较高,具有连续精细控制过程,需要对反应器内的反应状态进行实时监测。

半连续反应器既具有部分批处理反应器的优点,又有部分连续反应器的优点。

通常采用批量加入反应物,而输出稳定,在反应器中来回倾倒的设备。

二、反应器中的动力学过程1. 反应机理所说的反应机理是指通过化学反应的速率,反应器中的化学反应是非常复杂的过程。

因此,将反应的过程进行机理分析,按组成、性质等特性分提出反应方程式,帮助理解反应机理。

2. 单元反应步化学反应器中的反应速率的决定过程称为单元反应步。

单元反应是化学反应过程中的最关键步骤,反应速率和热量输出通常都与单元反应步骤相关。

因此,分析单元反应步骤的反应速率规律,有助于理解整个反应过程的动力学规律。

3. 流体动力学在反应器中,由于化学物质与反应条件的变化,产生了复杂的物理和化学的变化。

例如,反应物的质量、溶解度和结晶速率在不同时间内可能产生变化。

因此,流体动力学对反应速率的影响非常重要,例如流场对混合效果和反应速率的影响需要考虑等。

三、反应器动力学分析的实际应用1. 设计反应器最佳工艺条件在工程设计过程中,确定反应器最佳工艺条件是非常重要的。

lecture9Catalysis and Catalytic Reactors化学反应器分析

lecture9Catalysis and Catalytic Reactors化学反应器分析
❖ Homogeneous catalysis concerns processes in which a catalyst is in solution with at least one of the reactants
❖ A heterogeneous catalytic process involves more than one phase: usually the catalyst is a solid and the reactants and products are in liquid or gas
In the absence of catalyst deactivation, we assume that the total concentration of active sites remains constant.
molecular or nondissociared adsorprion dissociative adsorption
Surface Reaction
Dual site. For the generic reaction
Surface Reaction
Dual site. the reaction of two species adsorbed on different types of sites S and S’
❖ A large interfacial area is almost always essential. ❖ A catalyst that has a large area resulting from pores is called a
porous catalyst. . Not all catalysts need the extended surface provided by a porous structure. Some are sufficiently active so that the effort required to create a porous catalyst would be wasted. For such situations one type of catalyst is the monolithic catalyst. Turnover frequency (TOF) is the number of molecules reacting per active site per second at the conditions of the experiment

化学反应器PPT教案

化学反应器PPT教案
第1290页/共53页
(nA0*xA—反应消耗A 摩尔数)
∴ nT
(nT—t 时刻体系总 …膨胀因m子o—l数每转) 化
1molA引起反应体系总 摩尔数的变化量。
1 .
A的起始mol 分率 第201页/共53页
2
.
3 pA-. xA
(δA=0时还 原)
首先求任意时刻A的摩尔分率ZA: ∵pA=P*ZA
生产及产品的后处理往往连续,一般
在反应釜前增设一原料缓冲池,反应
釜后面增设粗产品缓冲池。设原料的
体则积在流反量应为时v0间m内3/流h。进缓冲池的反应
物料为v0*t反,在装料、出料、清洗等 辅助时间内流进缓冲池的反应物料为
2v.0*反t’,应则器反总应容器积的—有VT效容积为:
由于反应体系的发泡、沸腾等因素,必须VT >VR
率+A的积累速率
第45页/共53页
xA:A的转 化率
541VR=V0=15
Vx -
2. 解析法——适用于已知动力学方 程的反应体系
arA. )一=tk级faCn 反Ak=CC应kAA0C0 等A0xA0温1(d1x等xA-Ax容A)k1反x0A 应d1(1xxA(A-)
1 k
1 ln
1 xA
1 k
对第一釜有:
第2390页/共53页
对第二釜 有:
............................................................ .....................
对第n釜 有:
式中:CAn——第n釜的出口浓度,是从
1→n逐釜降为CAn的,第n釜中的浓度变化
n1
第323页/共53页

化学反应工程 第七章 非均相反应及反应器

化学反应工程 第七章 非均相反应及反应器

Da的计算
k
g
a (C
b
− C
es
) = kC
n es
C es n C es 1 1 ⇒ ( ) + ( ) − = 0 C b D a C b D a
η
1
= (
C es n ) = C b
f (D
a
)
可计算出n=0、1/2、2时的Da。
26
化学反应工程/非均相反应及反应器 化学反应工程 非均相反应及反应器 Chemical Reaction Engineering
2010-12-11
颗粒的孔隙率
ε
p
m ρV g Vg ρs V孔 = = = V 孔 + V 粒真 m ρV g + m p / ρ s Vg ρs + 1
孔径的分布: 孔径的分布:
大孔 r>25nm 中孔 1nm<r<25nm 1nm左右 微孔 1nm左右
孔径:压汞法,气体吸附法。 孔径:压汞法,气体吸附法。
C b − − 主体浓度 T b− − 主体温度 C is − −内表面上的浓度(反应 物) Tis − −内表面上的温度 Tes--外表面上的温度 C es − − 外表面上的浓度(反应 物)
Cb,Tb
Ces,Tes Cis,Tis
化学反应工程/非均相反应及反应器 化学反应工程 非均相反应及反应器 Chemical Reaction Engineering
10
2010-12-11
一般情况下:
C
b
> C
es
> C
is
( 反应物)
形成: 颗粒外表面与主体流之间有浓度分布和温度分布 颗粒外表面与内表面之间有浓度分布和温度分布 原因:反应和传质交叉影响。

反应器分析辅导课1

反应器分析辅导课1

化学反应器分析辅导课许志美华东理工大学幻灯片2●要求●各类反应器基本类型、结构特征●化学反应器选型与设计要求●化学反应器的操作特征●类型:●填空题,简答题,综合题幻灯片3管式反应器● 1. 裂解过程分析●热力学分析温度特征乙烷裂解系可逆吸热反应,为正,T KPT约束:材质;供热能力;催化剂耐热压力特征裂解是分子数增加的反应,P 有利于乙烯的平衡转化率幻灯片4●措施:●真空减压,缺点:高温高真空——泄漏,危险性●能耗不合理——裂解减压、分离加压●加稀释剂,降低分压●稀释剂:惰性,易分离●水蒸气为稀释剂:降低分压;提高产物浓度;抑制结焦幻灯片5●●热力学 T , P●动力学 T , t●因此●高温●低压——稀释●短停留时间● PFR短时间供热 幻灯片6 2. 裂解炉流程: 原料 对流段 辐射段 急冷 裂解气 对流段:低温,预热汽化辐射段:高温,裂解反应(裂解段),核心,约占全炉热负荷的70~80% 提高qt 可有下列途径:(1)减小热阻项 ,但是有限的;u Re ,滞流层 ,热阻 ,但管内流体压力降 (2)增大传热推动力 ,但 受材质限制 五十年代: 800℃现在 1100℃ 1200~1300℃以上)1(ee f f t λδλδαλδ+++)(i w T T -wT幻灯片7反应管内的流体压力降整个反应管的总长度可以看作相当于n 个长度的管和m 个当量长度为的回转弯头的总和,则一组裂解反应管的当量长度 裂解反应管的总压力降0ml nl L +=dL fG P P P γ02212=-=∆● 注意:● 停留时间计算,按几何长度计算 ● 流体阻力计算,按当量长度计算L nl m R π=+0ml nl L +=幻灯片83.管式反应器的计算1 物料衡算方程2 动力学方程3 能量衡算方程4 动量衡算方程—流体压力降计算幻灯片9搅拌釜式反应器搅拌釜—— 应用面广,适应性强 特点:(1)温度易于控制, 均匀;(2)平行反应 ,n 主<n 付,返混有利; (3)低反应速率、长停留时间、低浓度 (4)间歇操作,具有 PFR 性能应用场合:混合均匀、强化传热、非均相系统的均匀化 幻灯片10搅拌釜式反应器 混合机理● 主体对流扩散 ● 涡流扩散● 分子扩散——达到分子尺度的均匀幻灯片11幻灯片12叶轮电机挡板釜体搅拌反应釜:马达及传动机构桨叶和轴带夹套的筒体内部构件(如挡板及内冷却管等)进出物料口人孔图3-6 打漩现象幻灯片13 ● 消除打漩 ● 挡板● 叶轮偏心安装 ● 满流操作轴向叶轮 (螺旋桨)径向叶轮 (平桨)图3-6 打漩现象充分挡板化 —再加多挡板也不会进一步改善搅拌效果 充分挡板化的条件 : 宽度:(1/10~1/12)釜径 一般四片 幻灯片14 标准搅拌釜① 叶轮是具有六个平片的涡轮式,叶片安装在一个直径为的中心圆盘上; ② 叶轮直径D 等于搅拌釜直径DT 的1/3; ③ 叶轮离釜底的高度HI=1.0 D ; ④ 叶轮的叶片宽度W=1/5 D ; ⑤ 叶轮的叶片长度l =/4 D ; ⑥ 液体深度H=1.0 DT ;⑦ 挡板数目=4,垂直安装在釜壁上并从釜底延伸到液面之上; ⑧挡板宽度WB=1/10 DT幻灯片15● 流动特性● 循环量QR 与压头H ,QR/H图3-9 标准搅拌釜构型● 湍流特性——最小旋涡尺寸λ0ND H Q R ∝D3010~-λ幻灯片16● 4.搅拌功率● 分析方法——功率准数NP 、功率函数Φ 、Re 表达● 计算方法——Re →Φ → NP → P ● 湍流、层流时 P ∝(N ,D )因次关系xyP K Fr N Re ==Φ53D N P N P ρ=32DN K P μ=532DN K P ρ=幻灯片17● 5.混合时间 ● 最终混合时间θ ● — 含义● 混合准数,其物理含义是达到最终混合状态总计需要的搅拌器转数 ● 在湍流区 , =50~70(六叶平片涡轮和管式搅拌器等)● 全混判据110mixtθ≤ 幻灯片18● 6.放大方法● 相似放大方法——步骤:● ⑴几何相似放大 放大倍数(D2/D1) ● ⑵确定放大判据 计算● ⑶校核主要参数 P,QR/H,h,… ● ⑷补偿措施 传热面积… ● 常用关系⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1212D D f N N223223523Re R N D Fr N D Q N D H N D P N DP N D∝∝∝∝∝∝湍流层流幻灯片19 固定床反应器 1. 分类● 按传热特征:绝热式、换热式 ● ⑴ 绝热床● 热效应判据—ΔTad<200℃ ● 催化剂耐热温度● 结构简单,操作方便● 床层厚度: 厚床层(常用)● 薄床层(快反应) ● 流向: 轴向流(常用) ● 径向流(ΔP 小) ● 轴径向幻灯片20⑵换热式反应器特点:结构复杂 几百-几万根列管,T 均布 传热强度最大管径DT,传热强度 DThr m kcal q ⋅<3/106管程:反应气 壳程:介质<120℃ 热水,过热水 100- 300℃ 联苯 300- 450℃ 熔盐> 600℃ 烟道气幻灯片21 2. 流体力学● 影响床层压力降的因素 ● 流体● 粘度,密度,重量流速 ● 床层● 床层的高度,空隙率 ● 颗粒● 粒度,形状,表面粗糙度3. 轴向混合与径向混合 Der ,Per ,描述 Dea ,Pea 描述PFR 的判断 —L/dp 及 dt/dpPFR d L d d pp t ⇒>>1008/幻灯片22● 4.床层传热● 径向有效导热系数λer 4-40 kJ/m h ℃ ● 壁给热系数αw 400-1000 kJ/m2h ℃ ● 床层给热系数αt 60-350 kJ/m2h ℃ ● 5.数学模型● 拟均相,一维、平推流模型假设:⑴在垂直于流体流动方向的截面上流体性质和速度是均匀的,径向不存在速度梯度和温度梯度,也不存在浓度梯度。

化学反应工程PPT演示课件

化学反应工程PPT演示课件
方程。
非均相模型(考虑流体和粒子表面间 1.按动力学 的拟温均度相和模浓型度(差忽)略流体和粒子表面间
的温度和浓度差,假设流体与粒子为 浑然一体的均相)
2.床层温度二 一维 维模 模型 型( (轴 平向 推和 流径 模向 型) 和轴向扩散模型)
3.按流体流动非 理理 想想 流流 动动 模模 型型
26
• 解:①求颗粒的平均直径。
dS
1 xi
0.60 0.25 0.15 1 3.96mm 3.96103 m 3.40 4.60 6.90
di
• ②计算修正雷诺数。
Re m

g
dSG
1 B

3.96 103 6.2
2.3105 1 0.44

dV
19
•(2)外表面积当量直径: (非球形颗粒折合 成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径)
球形外表面积:SS


d 2
2


SS π
1
2

da
• (3)比表面积当量直径: (非球形颗粒 折合成相同比表面积的球形颗粒应当具 有的直径)
球形比表面积:
SV

SS VS
-P f
L de

um2 2 B 2
=f
L
2 3
.
(1


B

B
)
.d
S

um2 2 B2

=3 f 4
L dS
1B

3 B

u m2

f L dS
1B

3 B

u

化学反应过程与反应器课件

化学反应过程与反应器课件

1 kt ln
1 xA
C
A0
k
t
1
xA x
A
6.3、活塞流反应器
1、活塞流反应器的结构
这种反应器的结构非常简单,一般是直 管,要求有足够大的长径比(L/d > 50)。反应物料从管的一端送入,一边 流动一边反应,从管的另一端引出时, 已达到预定的转化率。
2、管式反应器的特点
(1)活塞 流
分批(或称间歇)式操作 一次性加入反应物料,在一定条件下,经过一定的
反应时间,达到所要求的转化率时,取出全部物 料的生产过程。
半分批(或称半连续)式操作 原料与产物只要其中的一种为连续输入或输
出而其余则为分批加入或卸出的操作。 连续式操作 连续加入反应物料和取出产物的生产过程
2、据反应器结构分
a) 管式反应器;(b)釜式反应器;(c)板式 塔;(d)填料塔;(e)鼓泡塔;(f)喷雾 塔;(g)固定床反应器;h)流化床反应器; (i)移动床反应器;(j)滴流床反应器
等容过程
VR
qV 0
CA0
dx xAf
A
0 rA
dC C A 0
A
CAf (rA )
与间歇反应器的公式相同
4、停留时间、反应时间、返混 的概停念留时间(τ)
反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时 间;是对仍留在反应器中的物料质点而言的。
反应时间 (t)
反应物料质点从进入反应器到离开反应器的 时间;是对已经离开反应器的物料质点而言 的。
3、反应物料具有相同的停留时间。
无反 混
3. 活塞流反应器的计算:
流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量
0 流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量

第6章 化学反应动力学及反应器

第6章 化学反应动力学及反应器
7
膨胀因子 对反应 aA bB pP sS p s a b A组份的膨胀因子 A= a A组份反应1摩尔时,引起的总摩尔 数的变化 nt n0 AnA0 x A
8
由化学反应式决定 总摩尔数
膨胀率 Vx A 1 Vx A 0 A= Vx A 0
气相反应A 2 P 由计量式
50%惰性物,求膨胀率 A
A 2 1 1
Vx A 1 Vx A 0 Vx A 0
A y A0 A 0.5 1 0.5
或者 A 32 0.5 2
20
21
复 杂 反 应 动 力 学 可逆反应
• 基本性质 • 由正逆两个反应组成,反应达到平衡时, 正逆反应速率相等 • 定义正逆反应速率常数的比值为平衡常 数 k1
一级可逆反应
B K 平衡常数 A e
k1 k2
Байду номын сангаас
生成物与反应物的初始 摩尔比 M CB 0 /C A0 反应速率 dCA dCB dxA C A0 k1C A k 2C B dt dt dt k1 C A0 C A0 X A k2 C B 0 C A0 X A
6 化学反应动力学
• • • • • 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 概述 化学反应过程的基本术语定义 均相化学反应动力学 理想反应器 理想反应器的特殊操作
1
6.1 概述
• 化学反应动力学--研究化学反应本身 速率规律--反应速率与温度浓度之间 的关系。 • 化学反应动力学分为均相反应动力学与 非均相反应动力学,根据复习指南,本 考试只涉及均相动力学。
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Solution
Consider the gel to be completely effective such that the concentration of oxygen is reduced to zero by the time it reaches the center of the gel.
Internal effectiveness factor
❖ For reactions of order n,
For large values of the Thiele modulus, the effectiveness factor is
the effectiveness factor can be greater than 1, depending on the magnitude of the parameters β and γ.
Solution
A mole balance on oxygen, A. in the volume ΔV
For dilute concentrations we neglect UCA, If we assume the O2 consumption rate is zero order. then
For large values of the Thiele modulus
Overall Effectiveness Factor
❖ We now consider a situation where external and internal resistance to mass transfer to and within the pellet are of the same order of magnitude. At steady state, the transport of the reactant.(s) from the bulk fluid to the external surface of the catalyst is equal to the net rate of reaction of the reactant within and on the pellet.
Diffusion and Reaction in Spherical Catalyst Pellets
❖ Thiele modulus
❖ When the Thiele modulus is large, internal diffusion usually limites the overall rate of reaction; when фn is small, the surface reaction is usually rate limiting.
The molar rate of mass transfer from the bulk fluid to the external surface is
Overall Effectiveness Factor
❖ This molar rate of mass transfer to the surface. MA, is equal to the net (total) rate of reaction on and within the pellet: For most catalysts the internal surface area is much greater than the external surface area. in which case we have
Diffusion and Reaction
Diffusion and Reaction in Spherical Catalyst Pellets
Effective Diffusivity
Diffusion and Reaction in Spherical Catalyst Pellets
Equal Molar Counter Diffusion (EMCD) at constant total concentration
the minimum oxygen concentration for the cells to survive is 0.1 mmol/dm3,
Example
The reaction of liquid phase oxidation of toluene is a pseudo-first-order reaction with respect to oxygen. Making a mass balance for a single bubble, the oxygen concentration inside the liquid film around the buble can be described by the differential equation
Example
❖ The first-order reaction A→B was carried out over two differentsized pellets. The- pellets were contained in spinning basket reactor that was operated at sufficiently high rotation speeds that external mass transfer resistance was negligible. The results of two experimental runs made under identical conditions are as given in Table. (a)Estimate the Thiele modulus and effectiveness factor for each pellet. (b) How small should the pellets be made to virtually eliminate all internal diffusion resistance?
❖ For a first-order reaction
Diffusion and Reaction in Spherical Catalyst Pelletsxample 1
We want to find the gel thickness at which the minimum oxygen consumption rate is 10-l3 mole/cell/h. The cell density in the gel is l010 cells/dm3, and the bulk concentration of oxygen (Z = 0) is 2 x10-4mol/dm3, and the diffusivity is 10-5 cm2/s.
Shengwei Tang and Bin Liang. Kinetics of the Liquid-Phase Oxidation of Toluene by Air[J]. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46(20), 6442-6448
Example
At Z= 0, the oxygen flux is equal to the oxygen consumption rate.
Internal effectiveness factor
for a first-order reaction The actual rate of reaction
Internal effectiveness factor
Internal effectiveness factor
❖ We observe that as the particle diameter becomes very small, фn, decreases so that the effectiveness factor approaches 1 and the reaction is surface-reaction-limited. On the other hand, when the Thiele modulus фn, is large (-30), the internal effectiveness factor η is small and the reaction is diffusion-limited within the pellet. For large values of the Thiele modulus, the effectiveness factor can be written as
Estimation of Diffusion- and Reaction-Limited Regimes
❖ Weisz-Prater Criterion for Internal Diffusion
there are no diffusion limitations and consequently no concentration gradient exists within the pellet. internal diffusion limits the reaction severely
Thus, the intrinsic kinetics equation in this experimental range was
Shengwei Tang and Bin Liang. Kinetics of the Liquid-Phase Oxidation of Toluene by Air[J]. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46(20), 6442-6448
Solving the differential equation, we obtain the oxygen concentration profile:
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