氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)課件

第六章氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)第六章氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)16氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)6.1催化劑顆粒內(nèi)氣體擴(kuò)散6.2氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)6.3非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)6.4流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱6.5催化劑的失活6氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)6.1催化劑顆粒內(nèi)氣體擴(kuò)散62本征動(dòng)力學(xué)研究固相上某一點(diǎn)與該點(diǎn)相接觸的氣相之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率關(guān)聯(lián)式排除了內(nèi)、外擴(kuò)散影響后的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)宏觀動(dòng)力學(xué)研究催化劑顆粒體積（或質(zhì)量）為基準(zhǔn)的平均反應(yīng)速率與影響因素之間的關(guān)聯(lián)式二者之間的關(guān)系是：本征動(dòng)力學(xué)研究固相上某一點(diǎn)與該點(diǎn)相接觸的氣相之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)36.1催化劑顆粒內(nèi)的氣體擴(kuò)散多孔催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散=f（路徑、孔徑、擴(kuò)散機(jī)理）孔徑很大時(shí)，分子的擴(kuò)散阻力，主要由于分子間的碰撞所致。分子擴(kuò)散當(dāng)微孔的孔徑小于分子的平均自由程（約0.1μm)時(shí)，分子的擴(kuò)散阻力主要是分子與孔壁的碰撞所致。努森擴(kuò)散某些分子篩的孔徑極?。s0.5~1nm），與分子大小的數(shù)量級相同，這樣小的微空中的擴(kuò)散與分子的構(gòu)型有關(guān)。構(gòu)型擴(kuò)散6.1催化劑顆粒內(nèi)的氣體擴(kuò)散多孔催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散=f（路4單位時(shí)間內(nèi)氣相物質(zhì)的擴(kuò)散速率可用費(fèi)克（Fick）定律來描述：費(fèi)克（Fick）定律對于沿Z軸方向的一維擴(kuò)散，擴(kuò)散通量與濃度梯度成正比。6.1-1分子平均自由程:6.1-2單位時(shí)間內(nèi)氣相物質(zhì)的擴(kuò)散速率可用費(fèi)克（Fick）定律來描述：56.1.1分子擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）遠(yuǎn)大于分子平均自由程（λ），即λ/d0<10-2時(shí)，擴(kuò)散過程將不受孔徑的影響，屬于分子擴(kuò)散。1、二元組分的分子擴(kuò)散系數(shù)6.1-36.1.1分子擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）遠(yuǎn)大于分子平均自由程（λ）62、混合物中組分的擴(kuò)散系數(shù)6.1-43、分子擴(kuò)散通量6.1-52、混合物中組分的擴(kuò)散系數(shù)6.1-43、分子擴(kuò)散通量6.1-76.1.2努森（Knudson）擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）小于分子平均自由程（λ），即λ/d0>10時(shí)，擴(kuò)散過程的阻力主要取決于分子與孔壁的碰撞，這種擴(kuò)散成為努森擴(kuò)散。努森擴(kuò)散系數(shù)是分子運(yùn)動(dòng)速度和孔徑的函數(shù)，即6.1-7努森（Knudson）擴(kuò)散的表達(dá)式為：6.1-66.1.2努森（Knudson）擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）小于分子86.1-8孔徑6.1-96.1-8孔徑6.1-996.1.3綜合擴(kuò)散在給定的孔道中某一濃度范圍內(nèi)，上述兩種擴(kuò)散同時(shí)存在，即10-2<λ/d0<10時(shí)，分子擴(kuò)散和努森擴(kuò)散都不能忽略，這種擴(kuò)散稱為綜合擴(kuò)散。氣擴(kuò)散系數(shù)為：6.1-106.1.3綜合擴(kuò)散在給定的孔道中某一濃度范圍內(nèi)，上述兩種擴(kuò)10定態(tài)下雙組分?jǐn)U散：NA=－NB

α=06.1-11定態(tài)下雙組分?jǐn)U散：NA=－NBα=06.1-11116.1.4以顆粒為基準(zhǔn)的有效擴(kuò)散在單位時(shí)間內(nèi)通過外表面的孔進(jìn)入顆粒內(nèi)部的物質(zhì)量可表示為：6.1-126.1.4以顆粒為基準(zhǔn)的有效擴(kuò)散在單位時(shí)間內(nèi)通過外表面的孔126.2氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程6.2.1球形催化劑上等溫反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)方程以顆粒為基準(zhǔn)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程，必然受顆粒形狀的影響。1、球形催化劑的基礎(chǔ)方程drRrCSCSCgCgr0圖6-1球形顆粒內(nèi)濃度分布設(shè)球形催化劑的半徑為R，取半徑為r，厚度為dr的殼層為體積單元，作物料衡算：單位時(shí)間內(nèi)6.2氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程6.2.1球形催13忽略(dr)2項(xiàng)整理得：此式為二階微分方程，邊界條件：

r=0,dcA/dr=0；r=R,cA=cAS；6.2-1為了解方程，下面定義thiele模數(shù)忽略(dr)2項(xiàng)整理得：此式為二階微分方程，邊界條件：6.214定義無因次的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)φs（或稱為西勒thiele模數(shù)）這是表征內(nèi)擴(kuò)散影響的重要參數(shù)，它的物理意義是：對于片狀催化劑：對于球形催化劑：內(nèi)擴(kuò)散阻力越大Φs也越大6.2-2定義無因次的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)φs（或稱為西勒thiele模數(shù)）這是152、球形催化劑等溫一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程對于一級反應(yīng)，m=1，動(dòng)力學(xué)方程為（-rA）=kcAS式（6.2-1）為：6.2-3式（6.2-3）變?yōu)椋?.2-42、球形催化劑等溫一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程對于一級反應(yīng)，m=16式（6.2-4）的通解為：根據(jù)邊界條件：r=0,dcA/dr=0；=>A1=－A2根據(jù)邊界條件：r=R,cA=cAS；=>6.2-5a6.2-5b6.2-6a6.2-6b6.2-7式（6.2-4）的通解為：根據(jù)邊界條件：根據(jù)邊界條件：6.217整個(gè)催化劑粒子內(nèi)的反應(yīng)速度為：對于任意球形體積，6.2-8整個(gè)催化劑粒子內(nèi)的反應(yīng)速度為：對于任意球形體積，6.2-818如果整個(gè)粒子內(nèi)外濃度相等，則反應(yīng)速率為：6.2-9如果定義催化劑的有效系數(shù)η6.2-10如果整個(gè)粒子內(nèi)外濃度相等，則反應(yīng)速率為：6.2-9如果定義催19球形催化劑等溫非一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程本征動(dòng)力學(xué)方程(-rA)=k?(cA)代入基礎(chǔ)方程,得一個(gè)二階非齊次常微分方程令西勒模數(shù)（Thiele）:邊界條件:r=0,z=0,dν/dz=0r=R,z=1,ν=f(cAS)/f′(cAS)結(jié)論:球形催化劑等溫非一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程本征動(dòng)力學(xué)方程20無限長圓柱體催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程無限長圓柱體:指該圓柱體的長徑比很大,可忽略兩端面擴(kuò)散的影響基礎(chǔ)方程:輸入A-輸出A=反應(yīng)消耗A+積累A得:邊界條件:r=0,dcA/dr=0;r=R,cA=cAS

n級不可逆方程的解:I0(X)和I1(X)為貝塞爾(Bessel)函數(shù)無限長圓柱體催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程無限長圓柱體:指該圓柱21圓形薄片催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程圓形薄片:催化劑的半徑遠(yuǎn)大于其厚度.可忽略側(cè)面擴(kuò)散.基礎(chǔ)方程:輸入A-輸出A=反應(yīng)消耗A+積累A得:邊界條件:l=0,dcA/dl=0l=L/2,cA=cAS

n級不可逆方程的解:圓形薄片催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程圓形薄片:催化劑的半徑遠(yuǎn)大22任意形狀催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程西勒模數(shù)（Thiele）的通用表達(dá)式：球形：無限圓柱體：圓形薄片：通用表達(dá)式：效率因子的近似估算：任意形狀催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程西勒模數(shù)（Thiele）的236.3非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)催化反應(yīng)速率快,熱效應(yīng)大,熱量得不到及時(shí)補(bǔ)充或移出,就會(huì)導(dǎo)致催化劑內(nèi)部存在溫度分布.6.3.1催化劑顆粒內(nèi)部溫度分布規(guī)律6.3.2非等溫條件下宏觀動(dòng)力學(xué)方程6.3.3內(nèi)擴(kuò)散對復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響6.3非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)催化反應(yīng)速率快,熱效應(yīng)大,熱量得246.3.1催化劑顆粒內(nèi)部溫度分布規(guī)律熱衡:范圍:半徑為R的球體,取半徑為r的體積元定常態(tài)下,體積元放出的熱量=反應(yīng)放出的熱量傳遞的熱量:連續(xù)穩(wěn)定過程:一階微分方程,邊界條件:r=R,T=Ts,cA=cAS催化劑內(nèi)不同位置處的溫度:放熱反應(yīng),顆粒中心處溫度最高為:6.3.1催化劑顆粒內(nèi)部溫度分布規(guī)律熱衡:范圍:半徑為R的球256.3.2非等溫條件下宏觀動(dòng)力學(xué)方程宏觀動(dòng)力學(xué)方程:該方程組的解見圖6-6,其中:6.3.2非等溫條件下宏觀動(dòng)力學(xué)方程宏觀動(dòng)力學(xué)方程:該方程組266.3.3內(nèi)擴(kuò)散對復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響兩個(gè)獨(dú)立并存的反應(yīng):采用速度比表示選擇性:無內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí):有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí):內(nèi)擴(kuò)散影響大時(shí):因?yàn)閗1>k2,有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp就降低了6.3.3內(nèi)擴(kuò)散對復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響兩個(gè)獨(dú)立并存的反應(yīng):采27平行反應(yīng):瞬時(shí)選擇性:有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp:cA=cAS無內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp′:

cA=cAi顯然:cAi<cAs當(dāng)m=nSp′=Spm>nSp′>Spm<nSp′<Sp內(nèi)擴(kuò)散使反應(yīng)級數(shù)大的反應(yīng)速率下降平行反應(yīng):瞬時(shí)選擇性:有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp:cA=cAS當(dāng)28連串反應(yīng):一級反應(yīng)選擇性為:在催化劑內(nèi)部,cp/cA隨位置不同而不同反應(yīng)物A的濃度從CAS逐漸降低到CAi(r=0)中間產(chǎn)物P則相反.從Cpi(r=0)逐漸降低到Cps因此:愈往粒內(nèi),選擇性愈小連串反應(yīng):一級反應(yīng)選擇性為:在催化劑內(nèi)部,cp/cA隨位置不296.4流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)傳熱6.4.1流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)6.4.2流體與催化劑外表面間的傳熱6.4流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)傳熱6.4.1流體與催化劑外306.4.1流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)外擴(kuò)散:氣相主體向催化劑外表面擴(kuò)散傳質(zhì)方程:氣相傳質(zhì)系數(shù):反映傳質(zhì)過程阻力大小當(dāng)0.3<Rem<300時(shí):JD=2.10Rem-0.51當(dāng)300<Rem<6000時(shí):JD=1.19Rem-0.41ds催化劑比表面當(dāng)量直徑cm;εB床層空隙率式中:ρg:氣相密度g/cm3;G氣體質(zhì)量流速g/(cm2s)

施密特準(zhǔn)數(shù)6.4.1流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)外擴(kuò)散:氣相主體向催化劑31傳質(zhì)過程對反應(yīng)的影響:物衡：Da：坦克萊(Damkohler)準(zhǔn)數(shù):化學(xué)反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率之比.其值越大,則外擴(kuò)散影響越顯著.一級反應(yīng):二級反應(yīng):有外擴(kuò)散影響的動(dòng)力學(xué)方程為:若k?kg則外擴(kuò)散為控制步驟若k?kg則動(dòng)力學(xué)為控制步驟傳質(zhì)過程對反應(yīng)的影響:Da：坦克萊(Damkohler)準(zhǔn)數(shù)326.4.2流體與催化劑外表面間的傳熱由于氣體與催化劑顆粒外表面存在層流邊界層,造成流體主體與顆粒外表面處的溫度不同.單位時(shí)間傳遞的熱量:流體對顆粒的給熱系數(shù):當(dāng)0.06<Rem<300時(shí):JH=2.26Rem-0.51

當(dāng)300<Rem<6000時(shí):JH=1.28Rem-0.41普蘭特準(zhǔn)數(shù):計(jì)算:根據(jù)Rem→JH→αg6.4.2流體與催化劑外表面間的傳熱由于氣體與催化劑顆粒外表33外擴(kuò)散過程對表面溫度的影響:熱衡:物衡：簡化計(jì)算：外擴(kuò)散過程對表面溫度的影響:熱衡:物衡：簡化計(jì)算：34—ENDTHECHAPTER反應(yīng)工程Thankyou.—ENDTHECHAPTER反應(yīng)工程Thankyou35第六章氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)第六章氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)366氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)6.1催化劑顆粒內(nèi)氣體擴(kuò)散6.2氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)6.3非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)6.4流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱6.5催化劑的失活6氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)6.1催化劑顆粒內(nèi)氣體擴(kuò)散637本征動(dòng)力學(xué)研究固相上某一點(diǎn)與該點(diǎn)相接觸的氣相之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率關(guān)聯(lián)式排除了內(nèi)、外擴(kuò)散影響后的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)宏觀動(dòng)力學(xué)研究催化劑顆粒體積（或質(zhì)量）為基準(zhǔn)的平均反應(yīng)速率與影響因素之間的關(guān)聯(lián)式二者之間的關(guān)系是：本征動(dòng)力學(xué)研究固相上某一點(diǎn)與該點(diǎn)相接觸的氣相之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)386.1催化劑顆粒內(nèi)的氣體擴(kuò)散多孔催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散=f（路徑、孔徑、擴(kuò)散機(jī)理）孔徑很大時(shí)，分子的擴(kuò)散阻力，主要由于分子間的碰撞所致。分子擴(kuò)散當(dāng)微孔的孔徑小于分子的平均自由程（約0.1μm)時(shí)，分子的擴(kuò)散阻力主要是分子與孔壁的碰撞所致。努森擴(kuò)散某些分子篩的孔徑極?。s0.5~1nm），與分子大小的數(shù)量級相同，這樣小的微空中的擴(kuò)散與分子的構(gòu)型有關(guān)。構(gòu)型擴(kuò)散6.1催化劑顆粒內(nèi)的氣體擴(kuò)散多孔催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散=f（路39單位時(shí)間內(nèi)氣相物質(zhì)的擴(kuò)散速率可用費(fèi)克（Fick）定律來描述：費(fèi)克（Fick）定律對于沿Z軸方向的一維擴(kuò)散，擴(kuò)散通量與濃度梯度成正比。6.1-1分子平均自由程:6.1-2單位時(shí)間內(nèi)氣相物質(zhì)的擴(kuò)散速率可用費(fèi)克（Fick）定律來描述：406.1.1分子擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）遠(yuǎn)大于分子平均自由程（λ），即λ/d0<10-2時(shí)，擴(kuò)散過程將不受孔徑的影響，屬于分子擴(kuò)散。1、二元組分的分子擴(kuò)散系數(shù)6.1-36.1.1分子擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）遠(yuǎn)大于分子平均自由程（λ）412、混合物中組分的擴(kuò)散系數(shù)6.1-43、分子擴(kuò)散通量6.1-52、混合物中組分的擴(kuò)散系數(shù)6.1-43、分子擴(kuò)散通量6.1-426.1.2努森（Knudson）擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）小于分子平均自由程（λ），即λ/d0>10時(shí)，擴(kuò)散過程的阻力主要取決于分子與孔壁的碰撞，這種擴(kuò)散成為努森擴(kuò)散。努森擴(kuò)散系數(shù)是分子運(yùn)動(dòng)速度和孔徑的函數(shù)，即6.1-7努森（Knudson）擴(kuò)散的表達(dá)式為：6.1-66.1.2努森（Knudson）擴(kuò)散當(dāng)孔徑（d0）小于分子436.1-8孔徑6.1-96.1-8孔徑6.1-9446.1.3綜合擴(kuò)散在給定的孔道中某一濃度范圍內(nèi)，上述兩種擴(kuò)散同時(shí)存在，即10-2<λ/d0<10時(shí)，分子擴(kuò)散和努森擴(kuò)散都不能忽略，這種擴(kuò)散稱為綜合擴(kuò)散。氣擴(kuò)散系數(shù)為：6.1-106.1.3綜合擴(kuò)散在給定的孔道中某一濃度范圍內(nèi)，上述兩種擴(kuò)45定態(tài)下雙組分?jǐn)U散：NA=－NB

α=06.1-11定態(tài)下雙組分?jǐn)U散：NA=－NBα=06.1-11466.1.4以顆粒為基準(zhǔn)的有效擴(kuò)散在單位時(shí)間內(nèi)通過外表面的孔進(jìn)入顆粒內(nèi)部的物質(zhì)量可表示為：6.1-126.1.4以顆粒為基準(zhǔn)的有效擴(kuò)散在單位時(shí)間內(nèi)通過外表面的孔476.2氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程6.2.1球形催化劑上等溫反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)方程以顆粒為基準(zhǔn)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程，必然受顆粒形狀的影響。1、球形催化劑的基礎(chǔ)方程drRrCSCSCgCgr0圖6-1球形顆粒內(nèi)濃度分布設(shè)球形催化劑的半徑為R，取半徑為r，厚度為dr的殼層為體積單元，作物料衡算：單位時(shí)間內(nèi)6.2氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程6.2.1球形催48忽略(dr)2項(xiàng)整理得：此式為二階微分方程，邊界條件：

r=0,dcA/dr=0；r=R,cA=cAS；6.2-1為了解方程，下面定義thiele模數(shù)忽略(dr)2項(xiàng)整理得：此式為二階微分方程，邊界條件：6.249定義無因次的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)φs（或稱為西勒thiele模數(shù)）這是表征內(nèi)擴(kuò)散影響的重要參數(shù)，它的物理意義是：對于片狀催化劑：對于球形催化劑：內(nèi)擴(kuò)散阻力越大Φs也越大6.2-2定義無因次的內(nèi)擴(kuò)散模數(shù)φs（或稱為西勒thiele模數(shù)）這是502、球形催化劑等溫一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程對于一級反應(yīng)，m=1，動(dòng)力學(xué)方程為（-rA）=kcAS式（6.2-1）為：6.2-3式（6.2-3）變?yōu)椋?.2-42、球形催化劑等溫一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程對于一級反應(yīng)，m=51式（6.2-4）的通解為：根據(jù)邊界條件：r=0,dcA/dr=0；=>A1=－A2根據(jù)邊界條件：r=R,cA=cAS；=>6.2-5a6.2-5b6.2-6a6.2-6b6.2-7式（6.2-4）的通解為：根據(jù)邊界條件：根據(jù)邊界條件：6.252整個(gè)催化劑粒子內(nèi)的反應(yīng)速度為：對于任意球形體積，6.2-8整個(gè)催化劑粒子內(nèi)的反應(yīng)速度為：對于任意球形體積，6.2-853如果整個(gè)粒子內(nèi)外濃度相等，則反應(yīng)速率為：6.2-9如果定義催化劑的有效系數(shù)η6.2-10如果整個(gè)粒子內(nèi)外濃度相等，則反應(yīng)速率為：6.2-9如果定義催54球形催化劑等溫非一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程本征動(dòng)力學(xué)方程(-rA)=k?(cA)代入基礎(chǔ)方程,得一個(gè)二階非齊次常微分方程令西勒模數(shù)（Thiele）:邊界條件:r=0,z=0,dν/dz=0r=R,z=1,ν=f(cAS)/f′(cAS)結(jié)論:球形催化劑等溫非一級反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程本征動(dòng)力學(xué)方程55無限長圓柱體催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程無限長圓柱體:指該圓柱體的長徑比很大,可忽略兩端面擴(kuò)散的影響基礎(chǔ)方程:輸入A-輸出A=反應(yīng)消耗A+積累A得:邊界條件:r=0,dcA/dr=0;r=R,cA=cAS

n級不可逆方程的解:I0(X)和I1(X)為貝塞爾(Bessel)函數(shù)無限長圓柱體催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程無限長圓柱體:指該圓柱56圓形薄片催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程圓形薄片:催化劑的半徑遠(yuǎn)大于其厚度.可忽略側(cè)面擴(kuò)散.基礎(chǔ)方程:輸入A-輸出A=反應(yīng)消耗A+積累A得:邊界條件:l=0,dcA/dl=0l=L/2,cA=cAS

n級不可逆方程的解:圓形薄片催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程圓形薄片:催化劑的半徑遠(yuǎn)大57任意形狀催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程西勒模數(shù)（Thiele）的通用表達(dá)式：球形：無限圓柱體：圓形薄片：通用表達(dá)式：效率因子的近似估算：任意形狀催化劑等溫的宏觀動(dòng)力學(xué)方程西勒模數(shù)（Thiele）的586.3非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)催化反應(yīng)速率快,熱效應(yīng)大,熱量得不到及時(shí)補(bǔ)充或移出,就會(huì)導(dǎo)致催化劑內(nèi)部存在溫度分布.6.3.1催化劑顆粒內(nèi)部溫度分布規(guī)律6.3.2非等溫條件下宏觀動(dòng)力學(xué)方程6.3.3內(nèi)擴(kuò)散對復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響6.3非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)催化反應(yīng)速率快,熱效應(yīng)大,熱量得596.3.1催化劑顆粒內(nèi)部溫度分布規(guī)律熱衡:范圍:半徑為R的球體,取半徑為r的體積元定常態(tài)下,體積元放出的熱量=反應(yīng)放出的熱量傳遞的熱量:連續(xù)穩(wěn)定過程:一階微分方程,邊界條件:r=R,T=Ts,cA=cAS催化劑內(nèi)不同位置處的溫度:放熱反應(yīng),顆粒中心處溫度最高為:6.3.1催化劑顆粒內(nèi)部溫度分布規(guī)律熱衡:范圍:半徑為R的球606.3.2非等溫條件下宏觀動(dòng)力學(xué)方程宏觀動(dòng)力學(xué)方程:該方程組的解見圖6-6,其中:6.3.2非等溫條件下宏觀動(dòng)力學(xué)方程宏觀動(dòng)力學(xué)方程:該方程組616.3.3內(nèi)擴(kuò)散對復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響兩個(gè)獨(dú)立并存的反應(yīng):采用速度比表示選擇性:無內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí):有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí):內(nèi)擴(kuò)散影響大時(shí):因?yàn)閗1>k2,有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp就降低了6.3.3內(nèi)擴(kuò)散對復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響兩個(gè)獨(dú)立并存的反應(yīng):采62平行反應(yīng):瞬時(shí)選擇性:有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp:cA=cAS無內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp′:

cA=cAi顯然:cAi<cAs當(dāng)m=nSp′=Spm>nSp′>Spm<nSp′<Sp內(nèi)擴(kuò)散使反應(yīng)級數(shù)大的反應(yīng)速率下降平行反應(yīng):瞬時(shí)選擇性:有內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)Sp:cA=cAS當(dāng)63連串反應(yīng):一級反應(yīng)選擇性為:在催化劑內(nèi)部,cp/cA隨位置不同而不同反應(yīng)物A的濃度從CAS逐漸降低到CAi(r=0)中間產(chǎn)物