化學(xué)反應(yīng)工程教案12(化工13)-胡江良(共4頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化學(xué)反應(yīng)工程 課程教案課次12課時(shí)2課 型（請(qǐng)打）理論課 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：第4章 氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)4.4本征動(dòng)力學(xué)方程的實(shí)驗(yàn)測(cè)定教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個(gè)層次）：1. 掌握外擴(kuò)散與內(nèi)擴(kuò)散影響的消除方法； 2. 熟悉固定床、微分反應(yīng)器和外循環(huán)反應(yīng)器等各種反應(yīng)器的特點(diǎn)；3. 掌握數(shù)學(xué)模型建立的步驟；教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：固定床、微分反應(yīng)器和外循環(huán)反應(yīng)器等各種反應(yīng)器的特點(diǎn)。難點(diǎn)：本征動(dòng)力學(xué)推導(dǎo)的過(guò)程。教 學(xué) 基 本 內(nèi) 容方法及手段4.4本征動(dòng)力學(xué)方程的實(shí)驗(yàn)測(cè)定從化學(xué)反應(yīng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，研究多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的目

2、的之一是獲得所需的速率方程。所以實(shí)驗(yàn)測(cè)定動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)就是要確定最佳的動(dòng)力學(xué)模型，并確定模型中的參數(shù)。4.4.1 外擴(kuò)散與內(nèi)擴(kuò)散影響的消除在氣固相催化反應(yīng)過(guò)程中，一般氣相主體中組分濃度（或分壓）、顆粒表面組分濃度、微孔內(nèi)組分濃度都是不相同的。1、外擴(kuò)散影響的消除 基本原則：改變通過(guò)催化劑床層氣體的線速度，減小氣膜阻力。當(dāng)氣體線速度對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不產(chǎn)生影響時(shí)，即可認(rèn)為消除了外擴(kuò)散的影響 實(shí)驗(yàn)測(cè)定：一般采用變空速的方式進(jìn)行2、內(nèi)擴(kuò)散影響的消除基本原則：改變催化劑粒度，縮短擴(kuò)散距離，減小內(nèi)擴(kuò)散阻力。當(dāng)催化劑粒度（尺寸）的變化對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)不產(chǎn)生影響時(shí)，即可認(rèn)為消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響實(shí)驗(yàn)測(cè)定：在恒定條件下（反應(yīng)器

3、入口氣體組成、溫度和停留時(shí)間等），測(cè)定顆粒尺寸對(duì)反應(yīng)器出口組分A轉(zhuǎn)化率的影響 本征動(dòng)力學(xué)測(cè)試的基本要求（1）反應(yīng)氣體需高度凈化，嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)含量（2）測(cè)試用反應(yīng)器應(yīng)嚴(yán)格控溫（等溫或絕熱）（3）根據(jù)物系特性，選取適宜分析和流量計(jì)量方法（4）嚴(yán)格消除內(nèi)、外擴(kuò)散過(guò)程的影響4.4.2 本征動(dòng)力學(xué)測(cè)試常見(jiàn)的反應(yīng)器1、 (等溫)積分反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)方便，由于轉(zhuǎn)化率高，不僅對(duì)取樣和分析要求不苛刻，而且對(duì)于產(chǎn)物有阻抑作用和副反應(yīng)的情況也易于全面考察，對(duì)實(shí)際的過(guò)程開(kāi)發(fā)甚為重要。 缺點(diǎn)：對(duì)于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)，管徑即使很小，仍難以消除催化劑床層內(nèi)的溫度梯度，而使數(shù)據(jù)的精確性受到嚴(yán)重影響。此外，數(shù)據(jù)處理

4、復(fù)雜，也是一個(gè)缺點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理：2、 (等溫)微分反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)處理：微分反應(yīng)器與積分反應(yīng)器在構(gòu)造上并無(wú)原則差別，只是催化劑裝量較少，轉(zhuǎn)化率低(一般在10%以下)，因此可假定反應(yīng)物A的消耗速率為一常數(shù)，則優(yōu)點(diǎn)：可以直接求出反應(yīng)速率；容易做到等溫 。缺點(diǎn)：對(duì)分析精度的要求多；配料費(fèi)事，若有副產(chǎn)物生成，其量更微，難于掌握；此外，因床層較薄，如有溝流，影響更大，所以裝料時(shí)要力求均勻 。3、循環(huán)式無(wú)梯度反應(yīng)器循環(huán)式無(wú)梯度反應(yīng)器屬于CSTR，在數(shù)據(jù)處理和計(jì)算方面比固定床積分反應(yīng)器要方便得多優(yōu)點(diǎn)：由于沒(méi)有溫度和濃度梯度，操作上相當(dāng)于CSTR反應(yīng)器，數(shù)據(jù)處理方便；反應(yīng)器進(jìn)出口濃度差大，易于分析；流體流速高，

5、易于消除外擴(kuò)散的影響；反應(yīng)量小，熱效應(yīng)小，容易做到等溫操作；可以使用原顆粒催化劑，研究宏觀動(dòng)力學(xué)4.4.5本征動(dòng)力學(xué)模型（方程）的建立概述（1）根據(jù)已有理論知識(shí)和對(duì)過(guò)程的認(rèn)識(shí)，提出可能的數(shù)學(xué)模型（包括機(jī)理型和經(jīng)驗(yàn)型模型；（2）模型的篩選；（3）模型參數(shù)估計(jì)（作圖法或最優(yōu)化參數(shù)估計(jì)法）；（4）模型的顯著性檢驗(yàn)。（a）物理化學(xué)準(zhǔn)則檢驗(yàn)（b）秩和檢驗(yàn)：（c）局部偏差檢驗(yàn)； （d）概率統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)：可用F或c2統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)進(jìn)行講解作業(yè)、討論題、思考題：名詞解釋固定床積分反應(yīng)器、微分反應(yīng)器、外循環(huán)反應(yīng)器、內(nèi)循環(huán)無(wú)梯度反應(yīng)器簡(jiǎn)答簡(jiǎn)述數(shù)學(xué)模型的建立的四個(gè)步驟。參考資料（含參考書、文獻(xiàn)等）化學(xué)反應(yīng)工程（第二版），郭 鍇， 化學(xué)工業(yè)出版社， 2015年出版；化