化學(xué)反應(yīng)工程教案12(化工13)-胡江良

1、化學(xué)反應(yīng)工程 課程教案課次12課時2課 型（請打）理論課 討論課 實驗課 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)本征動力學(xué)4.4本征動力學(xué)方程的實驗測定教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：1. 掌握外擴散與內(nèi)擴散影響的消除方法； 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；3. 掌握數(shù)學(xué)模型建立的步驟；教學(xué)重點及難點：重點：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。難點：本征動力學(xué)推導(dǎo)的過程。教 學(xué) 基 本 內(nèi) 容方法及手段4.4本征動力學(xué)方程的實驗測定從化學(xué)反應(yīng)工程的觀點出發(fā)，研究多相催化反應(yīng)動力學(xué)的目的之一是獲得所需的速率方程

2、。所以實驗測定動力學(xué)數(shù)據(jù)就是要確定最佳的動力學(xué)模型，并確定模型中的參數(shù)。4.4.1 外擴散與內(nèi)擴散影響的消除在氣固相催化反應(yīng)過程中，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、外擴散影響的消除 基本原則：改變通過催化劑床層氣體的線速度，減小氣膜阻力。當氣體線速度對反應(yīng)動力學(xué)不產(chǎn)生影響時，即可認為消除了外擴散的影響 實驗測定：一般采用變空速的方式進行2、內(nèi)擴散影響的消除基本原則：改變催化劑粒度，縮短擴散距離，減小內(nèi)擴散阻力。當催化劑粒度（尺寸）的變化對反應(yīng)動力學(xué)不產(chǎn)生影響時，即可認為消除了內(nèi)擴散的影響實驗測定：在恒定條件下（反應(yīng)器入口氣體組成、溫度和停留時

3、間等），測定顆粒尺寸對反應(yīng)器出口組分A轉(zhuǎn)化率的影響 本征動力學(xué)測試的基本要求（1）反應(yīng)氣體需高度凈化，嚴格控制有害雜質(zhì)含量（2）測試用反應(yīng)器應(yīng)嚴格控溫（等溫或絕熱）（3）根據(jù)物系特性，選取適宜分析和流量計量方法（4）嚴格消除內(nèi)、外擴散過程的影響4.4.2 本征動力學(xué)測試常見的反應(yīng)器1、 (等溫)積分反應(yīng)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，實驗方便，由于轉(zhuǎn)化率高，不僅對取樣和分析要求不苛刻，而且對于產(chǎn)物有阻抑作用和副反應(yīng)的情況也易于全面考察，對實際的過程開發(fā)甚為重要。 缺點：對于熱效應(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)的精確性受到嚴重影響。此外，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，也是一個缺點。數(shù)據(jù)處

4、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：可以直接求出反應(yīng)速率；容易做到等溫 。缺點：對分析精度的要求多；配料費事，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，所以裝料時要力求均勻 。3、循環(huán)式無梯度反應(yīng)器循環(huán)式無梯度反應(yīng)器屬于CSTR，在數(shù)據(jù)處理和計算方面比固定床積分反應(yīng)器要方便得多優(yōu)點：由于沒有溫度和濃度梯度，操作上相當于CSTR反應(yīng)器，數(shù)據(jù)處理方便；反應(yīng)器進出口濃度差大，易于分析；流體流速高，易于消除外擴散的影響；反應(yīng)

5、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，研究宏觀動力學(xué)4.4.5本征動力學(xué)模型（方程）的建立概述（1）根據(jù)已有理論知識和對過程的認識，提出可能的數(shù)學(xué)模型（包括機理型和經(jīng)驗型模型；（2）模型的篩選；（3）模型參數(shù)估計（作圖法或最優(yōu)化參數(shù)估計法）；（4）模型的顯著性檢驗。（a）物理化學(xué)準則檢驗（b）秩和檢驗：（c）局部偏差檢驗； （d）概率統(tǒng)計檢驗：可用F或c2統(tǒng)計檢驗進行講解作業(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)無梯度反應(yīng)器簡答簡述數(shù)學(xué)模型的建立的四個步驟。參考資料（含參考書、文獻等）化學(xué)反應(yīng)工程（第二版），郭 鍇， 化學(xué)工業(yè)出版社， 201