化學反應工程實驗

1、化學反應工程實驗河北科技大學化學與制藥工程學院化學反應工程課程組實驗1 二氧化碳甲烷化反應動力學的測定一、實驗目的測定催化劑的反應動力學數(shù)據(jù)及確定動力學方程中各參數(shù)值是化學動力學研究的重要內(nèi)容，也是工業(yè)反應器設計的基礎。本實驗通過測定不同溫度下、不同初始組成的二氧化碳甲烷化反應的轉(zhuǎn)化率，掌握一種獲得氣固相催化反應速度常數(shù)以及吸附平衡常數(shù)的定方法。二、實驗原理二氧化碳與水蒸汽在鎳催化劑存在下，進行如下甲烷化反應：催化劑以氧化鎳為主要成分，三氧化二鋁為載體，氧化鎂或三氧化二鉻為促進劑，在使用前，需將氧化鎳還原成具有催化活性的金屬鎳。反應的動力學方程為：分離變量并積分得： 因為二氧化碳甲烷化反應為變

2、體積的反應，各組分分壓可表示為（假設混合氣體在低壓下符合道爾頓分壓定律）：以上各式中，為反應速度常數(shù)；為各組分的吸附平衡常數(shù)；為反應物瞬時摩爾分率；為初始反應物摩爾分率；為進口混合氣體流量，Nm3/h；W為催化劑質(zhì)量，g；為該反應的化學膨脹因子，這里為-2。反應速度常數(shù)和各組分的吸附平衡常數(shù)分別滿足阿累尼烏斯方程和范特霍夫方程，即：因此，動力學方程中共有8個待定參數(shù)。利用積分反應器測定不同溫度、不同入口初始組成時二氧化碳的出口轉(zhuǎn)化率x，以為變量，轉(zhuǎn)化率x的計算值與實驗值相對誤差的平方和為目標函數(shù)，用參數(shù)估值的方法可得出各待定參數(shù)的值。三、實驗裝置及流程實驗流程見圖1，反應管為20×3

3、不銹鋼管，內(nèi)徑14，內(nèi)裝催化劑0.5g左右（以實際稱量值為準），催化劑粒度0.20.3mm，催化床中部插有熱電偶，并與測溫儀表相連測定反應溫度。來自鋼瓶的氮氣、氫氣和二氧化碳，分別經(jīng)減壓閥和過濾器后，用質(zhì)量流量計調(diào)節(jié)流量。三股氣體經(jīng)過混合器進入預熱器。經(jīng)過預熱的混合氣體再進入反應器中反應，反應后的氣體經(jīng)冷卻除去冷凝水后去氣相色譜進行分析或放空。圖1 實驗流程圖四、實驗步驟1啟動按實驗流程將反應管接入體系中，打開氮氣、氫氣和二氧化碳鋼瓶的總閥門，用減壓閥調(diào)節(jié)出口壓力至0.1MPa。將控制柜各調(diào)節(jié)旋扭回零后，再按下控制柜開關(guān)，檢查各儀表顯示是否正常。2系統(tǒng)試漏將系統(tǒng)用氮氣充壓400mm水柱，封閉體

4、系，若十分鐘內(nèi)壓差不變，證明系統(tǒng)不漏氣。否則，應仔細檢查，消除漏點，重新試驗，直到合格為止。3催化劑升溫還原準確稱取催化劑0.5g（精確到小數(shù)點后三位），在教師指導下，將催化劑裝入催化床，然后將反應管接入系統(tǒng)。經(jīng)再次試漏后，準備升溫還原。用質(zhì)量流量計調(diào)節(jié)氮氣流量為50 ml/min，置換系統(tǒng)2 min，除去殘余的空氣。在氮氣的吹掃下，通過調(diào)節(jié)溫控儀表將預熱器和反應器在15 min升溫至300 。然后，配入氫氣，使反應器溫度在1 h升溫至400，再恒溫1 h，還原結(jié)束。4不同溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率的測定還原結(jié)束后將反應器溫度降至240，調(diào)節(jié)氫氣、二氧化碳和氮氣流量，恒定15分鐘后測定二氧化碳的轉(zhuǎn)化

5、率。改變組成或空速，繼續(xù)測定，要求每一溫度至少測定四點。在測定過程中，反應器溫度必須恒定，溫度波動不大于0.5，各氣體流量必須穩(wěn)定不變。同時要選擇合適的空速或組成，使所測各點變換率在3070%之間。將爐溫升高20左右，重復上述過程。要求至少測定四個溫度下的數(shù)據(jù)。并按表1記錄格式詳細記錄所需數(shù)據(jù)。表1 數(shù)據(jù)記錄表實驗號室溫/反應床溫度/CO2流量/NmL·min-1H2流量/NmL·min-1N2流量/NmL·min-1反應后CO2干基摩爾分率123（1）原料氣中各組分摩爾分率的計算式中：為各氣體體積流量(mL/min)。（2）計算二氧化碳轉(zhuǎn)化率式中：為反應原料氣中

6、CO2的摩爾分率，為反應器出口體中的CO2的干基摩爾分率。將以上計算結(jié)果記錄于表2中用于模型參數(shù)的估值。表2 數(shù)據(jù)處理表實驗號反應床溫度/CO2摩爾分率H2摩爾分率N2摩爾分率反應后CO2轉(zhuǎn)化率1235編出模型參數(shù)估值的源程序，并在計算機上計算出不同溫度下的反應速率常數(shù)和吸附平衡常數(shù)。實驗2 多釜串聯(lián)反應器停留時間分布的測定一、實驗目的1. 通過實驗了解停留時間分布測定的基本原理和實驗方法。2. 掌握停留時間分布的統(tǒng)計特征值的計算方法。3. 學會用理想反應器的串聯(lián)模型來描述實驗系統(tǒng)的流動特性。二、實驗原理停留時間分布測定所采用的方法主要是示蹤響應法。它的基本思路是：在反應器入口以一定的方式加入

7、示蹤劑，然后通過測量反應器出口處示蹤劑濃度的變化，間接地描述反應器內(nèi)流體的停留時間。常用的示蹤劑加入方式有脈沖輸入、階躍輸入和周期輸入等。本實驗選用的是脈沖輸入法。脈沖輸入法是在極短的時間內(nèi)，將示蹤劑從系統(tǒng)的入口處注入注流體，在不影響主流體原有流動特性的情況下隨之進入反應器。與此同時，在反應器出口檢測示蹤劑濃度c(t)隨時間的變化。整個過程可以用圖2形象地描述。圖2 脈沖法測定停留時間分布示意圖由概率論知識可知，概率分布密度函數(shù)E(t)就是系統(tǒng)的停留時間分布密度函數(shù)。因此，E（t）dt就代表了流體粒子在反應器內(nèi)停留時間介于t到t+dt之間的概率。在反應器出口處測得的示蹤劑濃度c(t)與時間t的

8、關(guān)系曲線叫響應曲線。由響應曲線就可以計算出E（t）與時間t的關(guān)系，并繪出E（t）t關(guān)系曲線。計算方法是對反應器作示蹤劑的物料衡算，即Qc(t)dt=mE(t)dt（1）式中Q表示主流體的流量，m為示蹤劑的加入量。示蹤劑的加入量可以用下式計算m=（2）在Q值不變的情況下，由（1）式和（2）式求出：E（1）（3）關(guān)于停留時間分布的另一個統(tǒng)計函數(shù)是停留時間分布函數(shù)F(t),即F（t）（4）用停留時間分布密度函數(shù)E（t）和停留時間分布函數(shù)F（t）來描述系統(tǒng)的停留時間，給出了很好的統(tǒng)計分布規(guī)律。但是為了比較不同停留時間分布之間的差異，還需要引入另外兩個統(tǒng)計特征值，即數(shù)學期望和方差。數(shù)學期望對停留時間分布

9、而言就是平均停留時間,即（5）方差是和理想反應器模型關(guān)系密切的參數(shù)。它的定義是：（6）對活塞流反應器；而對全混流反應器；對介于上述兩種理想反應器之間的非理想反應器可以用多釜串聯(lián)模型描述。多釜串聯(lián)模型中的模型參數(shù)N可以由實驗數(shù)據(jù)處理得到的來計算。N（7）當N為整數(shù)時，代表該非理想流動反應器可以用N個等體積的全混流反應器的串聯(lián)來建立模型。當N為非整數(shù)時，可以用四舍五入的方法近似處理，也可以用不等體積的全混流反應器串聯(lián)模型。三、流程示意圖圖3 多釜串聯(lián)實驗流程圖 1-水箱;2-水泵;3-轉(zhuǎn)子流量計;4-電磁閥;5-KCL罐;6,7,8,9,10,.11-截止閥;12-攪拌電機;13-電導電極;14-

10、溢流口;15-管式反應器;16-釜式反應器釜式反應器1.5L，直徑110mm，高120mm，有機玻璃制成，3個。釜式反應器 直徑160mm，高120mm，有機玻璃制成，1個。攪拌馬達25W，轉(zhuǎn)數(shù)901400轉(zhuǎn)/分，無級變速調(diào)節(jié)，液體(水)流量0-100升/時。電磁閥控制示蹤劑進入量5-10毫升/次。四、操作步驟1. 準備工作(1)將飽和KCL液體注入標有KCL的儲瓶內(nèi)。(2)連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水。(3)檢查電極導線連接是否正確。2. 操作(1)打開總電源開關(guān)，開啟入水閥門，向水槽內(nèi)注水，啟動水泵，慢慢打開進水轉(zhuǎn)子流量計的閥門(注意!初次通水必須排凈管路中的所有氣泡，特別

11、是死角處)。調(diào)節(jié)水流量維持在20-30升/時之間某值，直至各釜充滿水，并能正常地從最后一級流出。(2)分別開啟釜1、釜2、釜3、釜4攪拌馬達開關(guān)，后再調(diào)節(jié)馬達轉(zhuǎn)速的旋鈕，使四釜攪拌程度在200轉(zhuǎn)-250轉(zhuǎn)。開啟電磁閥開關(guān)和電導儀總開關(guān)，按電導率儀使用說明書分別調(diào)節(jié)“調(diào)零”、調(diào)溫度和電極常數(shù)等。調(diào)整完畢，備用。(電導儀的使用方法見該儀器使用說明書)(3)開啟計算機電源，按計算機提示要求操作。(4)按下“趨勢圖”按鈕，調(diào)節(jié)“實驗周期”、“閥開時間”，使顯示值為實驗所需值(推薦實驗周期25-30分鐘，閥開時間13秒，按下開始按鈕，開始采集數(shù)據(jù)。(5)待測試結(jié)束，按下“結(jié)束”按鈕后，按下“保存數(shù)據(jù)”按

12、鈕保存數(shù)據(jù)文件。3. 停車(1)實驗完畢，將實驗柜上三通閥轉(zhuǎn)至“H20”位置，將程序中“閥開時間”調(diào)到20秒左右，按“開始”按鈕，沖洗電磁閥及管路。反復三、四次。(2)關(guān)閉各水閥門。電源開關(guān)，打開釜底排水閥，將水排空。(3)退出實驗程序，關(guān)閉計算機。實驗3 反應精餾法制醋酸乙酯一、 實驗目的1. 掌握反應精餾的原理及特點。2. 掌握反應精餾的操作。3. 學會塔操作過程分析。4. 掌握用氣相色譜分析有機混合物料組成。 二、實驗原理精餾是化工生產(chǎn)過程中重要的單元操作，是化工生產(chǎn)中不可缺少的手段，反應精餾是精餾技術(shù)中的一個特殊領域。在操作過程中，化學反應與分離同時進行，故能顯著提高總體轉(zhuǎn)化率。此法在

13、酯化、醚化、酯交換、水解等化工生產(chǎn)中得到應用，而且越來越顯示其優(yōu)越性。反應精餾過程不同于一般精餾，它既有精餾的物理相變之傳遞現(xiàn)象，又有物質(zhì)變性的化學反應現(xiàn)象。兩者同時存在，相互影響，使過程更加復雜。因此，反應精餾對下列兩種情況特別適用：（1）可逆反應。一般情況下，反應受平衡影響，轉(zhuǎn)化率只能維持在平衡轉(zhuǎn)化的水平；但是，若生成物中有低沸點或高沸點物存在，則精餾過程可使其連續(xù)地從系統(tǒng)中排出，結(jié)果超過平衡轉(zhuǎn)化率，大大提了效率。（2）異構(gòu)體混合物分離。通常它們的沸點接近，靠精餾方法不易分離提純，若異構(gòu)體混合中某組分能發(fā)生化學反應并能生成沸點不同的物質(zhì)，這時可在反應過程中得以分離。對醇酸酯化反應來說，適于

14、第一種情況。但該反應若無催化劑存在，單獨采用反應精餾操作也達不到高效分離的目的。這是因為反應速度非常緩慢，故一般都用催化反應方式，酸是有效的催化劑，常用硫酸。反應隨濃度增高而加快，濃度在0.21.0%（wt）。此外，還可用離子交換樹脂、重金屬鹽類和絲光沸石分子篩等固體催化劑。反應精餾的催化劑用硫酸，是由于其催化作用不受塔溫度限制，在全塔內(nèi)都能進行催化反應，而應用固體催化劑則由于存在一個最適宜的溫度，精餾塔本身難以達到此條件，故很難實現(xiàn)最佳化操作。本實驗是以醋酸和乙醇為原料、在酸催化劑作用下生成醋酸乙酯的可逆反應。反應的化學方程式為：實驗的進料有兩種方式：一是直接從塔釜進料；另一種是在塔的某處進

15、料。前者有間歇和連續(xù)式操作；后者只有連續(xù)式。本實驗用后一種方式進料，即在塔上部某處加帶有酸催化劑的醋酸，塔下部某處加乙醇。塔釜呈沸騰狀態(tài)時，塔內(nèi)輕組分逐漸向上移動，重組分向下移動，具體地說，醋酸從上段向下段移動，與向塔上段移動的乙醇接觸，在不同填料高度上均發(fā)生反應，生成酯和水。塔內(nèi)此時有4組元。由于醋酸在氣相中有締合作用，除醋酸外，其他三個組分形成三元或二元共沸物。水酯，水醇共沸物沸點較低，醇和酯能不斷的從塔頂排出。若控制反應原料比例，可使某組分全部轉(zhuǎn)化。因此，可認為反應精餾的分離塔也是反應器。全過程可用物料衡算和熱量衡算式及反應速率方程描述。 三、實驗裝置 實驗裝置如圖4所示。圖4 反應精餾

16、實驗示意圖反應精餾塔用玻璃制成，直徑20mm,塔高1500mm，塔內(nèi)填裝3×3mm不銹鋼網(wǎng)環(huán)型填料（316L）。塔釜為四口燒杯，容積500ml，塔外壁鍍有金屬膜，通電流使塔身加熱保溫。塔釜置于500W電熱包中。采用XCT191，ZK50可控硅電壓控制器控制釜溫。塔頂冷凝液體的回流采用擺動式回流比控制器操作。此控制系統(tǒng)由塔頭上擺錘、電磁鐵線圈、回流比計數(shù)撥碼電子儀表組成。 四、實驗步驟（1）開塔頂冷卻水。（2）向釜內(nèi)填加200ml已知組成的釜殘液。（3）開始升溫。升溫時，先開啟總電源開關(guān)，開啟測溫開關(guān)，溫度顯示儀表有數(shù)值出現(xiàn)，開啟釜熱控溫開關(guān)，儀表有顯示。順時針方向調(diào)節(jié)電流給定旋鈕，使

17、電流表讀數(shù)為0.5A，調(diào)節(jié)釜熱溫度控制儀到150。當釜開始沸騰時，打開上下段保溫電源，順時針方向調(diào)節(jié)保溫電流給定旋鈕，使電流維持在0.2A。升溫后觀察塔釜和塔頂溫度變化，直至塔頂有蒸汽并有回流液體出現(xiàn)。（4）15分鐘全回流后，分析塔頂組成。（5）從塔的上部側(cè)口以40ml/h的速度加入已配制好的含0.3%硫酸的冰醋酸原料。（6）從塔的下部側(cè)口以40ml/h的速度加入無水乙醇原料。（7）塔頂以回流比為4:1維持出料，塔釜同時出料。有回流比操作時，應開啟回流比控制器給定比例（通電時間與停電時間的比值，通常使以秒計，此比例即采出量與回流量之比。（8）測量進料量與出料量，調(diào)節(jié)出料量使其維持物料平衡。（9

18、）隔15分鐘從塔頂取樣分析一次。（10）塔頂、塔釜溫度，及塔頂濃度均穩(wěn)定，維持30分鐘后取樣分析塔頂及塔釜出料的流量和組成，以及入料量。（11）改變回流比，重復以上操作。（12）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計算醋酸的轉(zhuǎn)化率和乙酸乙酯收率。 五、實驗數(shù)據(jù)處理自行設計實驗數(shù)據(jù)記錄表格。根據(jù)實驗測得數(shù)據(jù)，寫出實驗報告?？筛鶕?jù)下式計算反應轉(zhuǎn)化率和收率。轉(zhuǎn)化率=（醋酸加料量）-（塔頂餾出物醋酸量+塔釜液醋酸量）/醋酸加料量收率=（塔頂餾出物乙酸乙酯量+塔釜液乙酸乙酯量）/理論生成乙酸乙酯量 六、注意事項（1）必須先通冷卻水，以防止塔頭炸裂（2）不要隨意動操作面板上的按扭。（3）上下段保溫電流不能過大，維持在A之處

19、。過大會使加熱膜受到損壞。實驗四 流化床基本特性的測定流化床是利用氣體或液體通過顆粒狀固體床層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài)，并使固體顆粒具有某些流體特征的一種床型。它是流態(tài)現(xiàn)象的具體應用，已在化工、煉油、動力、冶金、能源、輕工、環(huán)保、核工業(yè)中得到廣泛使用。例如煤的燃燒和轉(zhuǎn)化、金屬的提取、廢物焚燒等?；ゎI域中，加氫、丙烯氨氧化、費托合成以及石油的催化裂化等均采用了該技術(shù)。因此，它是極為重要的一種操作過程。采用流化床的操作技術(shù)有著物料連續(xù)、溫度均勻、結(jié)構(gòu)緊湊、氣固傳質(zhì)速度快和傳熱效率高等優(yōu)點，但操作中會造成固體摩損、床層粒子返混嚴重、反應中轉(zhuǎn)化率不高等現(xiàn)象。本實驗是在鼓泡床內(nèi)進行流態(tài)化的基本特性

20、測定。一、實驗目的1.了解流化床的基本特性，掌握流化床的操作方法。2.學會用光導纖維測定技術(shù)測量流化床的顆粒密度。3.了解流化床顆粒特性、流體特性及流化速度與壓降關(guān)系。二、實驗原理將固體顆粒堆放在多孔的分布板上形成一個床層，當流體自下而上地流過顆粒物料層時，在低流速范圍內(nèi)，床層的壓降隨流速的增加而增加，當流速不超過某值時，流體只能從顆粒間隙中通過，粒子仍然相互接觸并處于靜止狀態(tài)，屬于固定床范圍。當流體流速增大至某值后床層內(nèi)粒子開始松動，流速再增加則床層膨脹，空隙率增大，粒子懸浮而不再相互支撐并且處于運動狀態(tài)，此時容器內(nèi)床層有明顯的界面。床內(nèi)壓降在開始流化后隨流速增加而減小，此后再加大流速時壓降

21、也基本上不改變。當流體速度增大至粒子能自由沉降時，粒子就會被帶出，流速越大帶走的越多，流速提高到一定數(shù)值則會將床內(nèi)所有粒子帶走形成空床，相應的流速為終端速度。其關(guān)系如圖九所示。 500 300 固定床 pmax 流化床 200 0 mf 夾帶開始 100 1 2 3 5 10 20 30 50 空床流速 圖九均勻砂粒的壓降與氣速的關(guān)系圖中是臨界流化速度，空床線速超過該值后才能開始流化，亦稱最小流化速度。在臨界流化時，床層所受氣體向上的曳力與重力相等。即以表示起始流化時的床高，表示床層空隙率，則（）式可寫成：對于不同尺寸的顆粒，臨界流化速度由下式算出： 在流化床操作的上限，氣速近似于顆粒的速度，

22、其值由流體力學估算： 對于球形顆粒，代入(5)式得 (7) (8)之值與氣固特性有關(guān)，一般在10:1和90:1之間，它是操作能否機動靈活的一項指標。光導探針是由多股光導纖維整齊排列而成的傳感器，尾端把光導纖維按奇偶分為兩束，分別輸入和接受反射光信號。無固體粒子存在時，反射光信號微弱，并定為零。光線照射到固體粒子上時，反射光經(jīng)光電變換為電信號并由積分儀積分。在一定時間內(nèi)的積分值反映了測量點的床層密度相對值。三、實驗裝置與流程 實驗裝置和流程見圖十。主要由流化床、空壓機、穩(wěn)壓系統(tǒng)和光導纖維探針等測定系統(tǒng)和進料系統(tǒng)組成。固體物料為銅粉，其主要參數(shù)為：dp=0.215mm，堆=5.33g/cm3，mf

23、=5.05g/cm3，umf=0.15m/s。圖十流化床實驗流程圖1、空壓機； 2、穩(wěn)壓罐； 3、減壓閥； 4、壓力表；5、調(diào)節(jié)閥； 6、轉(zhuǎn)子流量計；7、截止閥； 8、壓力計；9、流化床； 10、過濾器； 11、進料絞龍；12、料罐；13、出料絞龍； 14、光導探針； 15、光電源； 16、定時數(shù)字積分儀；17、SC16光線示波器；18、穩(wěn)壓電源四、實驗步驟1.檢查實驗設備，將壓差計與床層連接閥斷開。2.打開壓差計床層連接閥和供氣減壓閥，使空氣緩慢流入床層。注意觀察床層從固定床流化床流體輸送階段的變化。3.當流速穩(wěn)定在某一值u0時，用光導纖維測定床層內(nèi)某點的密度。儀器使用見本書附錄十二。4.將

24、氣體流速從大到小再按步驟2做一遍。觀察床層的變化，記錄u0與對應的床層壓降p。五、數(shù)據(jù)處理1.以lgu為橫坐標，以lgp為縱坐標，作圖得到lgulgp曲線，由曲線求出臨界流化速度umf。2.將測得點密度積分值按(9)式算出點密度。=mfN/Nmf (9)六、符號說明p床層壓降，KPa/mW固體粒子質(zhì)量,KgAt床層截面積,m2g氣體密度, kg/m3 s固體粒子密度,kg/m3 Lmf臨界流化床高度,m床層空隙率N操作條件下點密度相對值Nmf起始流化條件下點密度相對值mf臨界流化床層空隙率 dp顆粒直徑,m umf床層臨界流化速度,m/s ut床層帶出速度,m/s參考文獻1李紹芬.反應工程.北

25、京：化學工業(yè)出版社，19902盧天雄.流化床反應器.北京：化學工業(yè)出版出版1986實驗五 多孔催化劑內(nèi)氣體擴散系數(shù)的測定在氣固催化反應系統(tǒng)中，有效擴散系數(shù)反映氣體通過催化劑孔道的能力，由于內(nèi)擴散不僅直接影響其故催化反應的速度和選擇性，而且還對催化劑中毒與再生有重要影響，此外，內(nèi)擴散系數(shù)還是建立氣固催化反應器數(shù)學模型的重要參數(shù)。通過對催化劑顆粒內(nèi)擴散的研究可為制備和改善催化劑結(jié)構(gòu)等提供依據(jù)。一、 實驗目的(1) 在常溫常壓下，測定H2，N2在多孔催化劑微孔中的氣體擴散系數(shù)D N2 -H2，D H2- N2。(2) 了解擴散系數(shù)測定方法的選擇依據(jù)，學習和掌握非穩(wěn)態(tài)法測定擴散系數(shù)的方法。二、 實驗原

26、理測定催化劑微孔內(nèi)氣體擴散系數(shù)由定常態(tài)和非定常態(tài)法兩種方法。兩者測定的基本形式是將單顆粒柱型催化劑置于圖所示的擴散元件中，催化劑與擴散元件接觸面用密封材料緊密固定，上、下室與外界密封，不能漏氣。定常態(tài)法測定原理是：在擴散元的上下室通入不同的氣體A和，保持催化劑兩端壓力相等。由于物質(zhì)在多孔催化劑中的傳遞屬于分子擴散和努森（Knudsen）擴散，按費克(Fick)定律，其擴散通量：由物料衡算可得結(jié)合式(1)與式(2)可得擴散系數(shù)只要測出擴散組分A 再下室的摩爾分率YAL和通過下室的氣體體積流量VB，就可計算出擴散系數(shù)DeA。非定常態(tài)法測定原理是：在擴散元的上、下室通入同一種氣體B，某時刻t，自上室

27、脈沖加入氣體A，同時檢測上、下室出口處氣體A的濃度。依據(jù)擴散機理，對不吸附的氣體A，通過催化劑單顆粒的擴散方程是：初始條件：t=0 cA=0, 邊界條件：x=0 對方程（4）可以在拉普拉斯定義域內(nèi)解出，其通解：其中：式（5）中p為引進的拉氏變量。如果要獲得（4）式的解，必須對式（5）進行演算。式（5）中與是一個非常復雜的函數(shù)關(guān)系，雖然該方程演算極其困難，但存在如下關(guān)系：實驗測得的響應峰曲線的一次絕對矩為：1包括系統(tǒng)的整個時間，而(7)式定義在催化劑0-L處的時間。需要扣去系統(tǒng)死時間和脈沖加入時間0/2(用熱導池檢測)。即：由(7)式和(9)式可求得擴散系數(shù)DeA-B。三、 預習與思考(1) 測

28、定催化劑微孔內(nèi)氣體擴散系數(shù)的定常態(tài)法和非定常態(tài)法各有什么特點？非定常態(tài)法是一種間接測定孔內(nèi)擴散系數(shù)的方法，以引入誤差，如何克服誤差？(2) 內(nèi)擴散對反應速率及選擇性有什么影響，試舉例分析討論。(3) 測定孔內(nèi)擴散系數(shù)對制備和改善催化劑孔結(jié)構(gòu)有什么作用？四、 實驗裝置及流程實驗裝置及流程如圖2-18所示。擴散原中裝入催化劑，用膠質(zhì)管緊密固定。在氣自鋼瓶出來，由下室針型法進入熱導池參考臂，再如擴散元下室，又回到熱導池測量臂，計量后放空。另一路在氣由上室針型閥經(jīng)六通閥進入擴散元上室，計量后放空，示蹤劑經(jīng)六通閥脈沖進入系統(tǒng)中，由熱導池檢測出口處(下室)示蹤劑濃度。用記錄儀記錄測定結(jié)果。五、 實驗步驟(1) 開載氣鋼瓶總閥，緩緩調(diào)節(jié)減壓閥至。細心調(diào)節(jié)針型閥，并調(diào)節(jié)到預定的流量(由轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)顯