氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)

氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)第1頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑顆粒的外表面----外擴(kuò)散反應(yīng)物從外表面向催化劑的孔道內(nèi)部擴(kuò)散----內(nèi)擴(kuò)散在催化劑內(nèi)部孔道內(nèi)組成的內(nèi)表面上進(jìn)行催化反應(yīng)----化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散到外表面----內(nèi)擴(kuò)散產(chǎn)物從外表面擴(kuò)散到氣流主體----外擴(kuò)散多孔催化劑上進(jìn)行的氣固相催化反應(yīng)第2頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程一、氣-固相催化反應(yīng)過程中反應(yīng)組分的濃度分布第3頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程二、內(nèi)擴(kuò)散有效因子與總體速率

內(nèi)擴(kuò)散有效因子（內(nèi)表面利用率）：等溫催化劑單位時(shí)間內(nèi)顆粒中的實(shí)際反應(yīng)量與按外表面反應(yīng)組分濃度及顆粒內(nèi)表面積計(jì)算的反應(yīng)速率之比。用公式表示為：反應(yīng)物濃度高反應(yīng)物濃度低內(nèi)外反應(yīng)速率不一致ks-按單位內(nèi)表面積計(jì)算的速率常數(shù)f（cAS）-按外表面上反應(yīng)組分濃度計(jì)算的動(dòng)力學(xué)方程的濃度函數(shù)f（cA）-按催化劑顆粒內(nèi)反應(yīng)組分濃度計(jì)算的動(dòng)力學(xué)方程的濃度函數(shù)Si-單位體積催化劑床層中催化劑的內(nèi)表面積第4頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程在定態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)從催化劑顆粒外表面由擴(kuò)散作用進(jìn)入催化劑內(nèi)部的反應(yīng)組分量與單位時(shí)間內(nèi)整個(gè)催化劑顆粒中實(shí)際反應(yīng)的組分量相等，因此，內(nèi)擴(kuò)散有效因子也可表示為：對(duì)于整個(gè)反應(yīng)過程而言，定態(tài)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)氣相主體擴(kuò)散至顆粒外表面的反應(yīng)組分量也等于顆粒內(nèi)的實(shí)際反應(yīng)量，因此：(rA)g-組分A的宏觀反應(yīng)速率Se-單位體積催化劑床層中顆粒外表面積kG-外擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)若在顆粒內(nèi)發(fā)生的是一級(jí)可逆反應(yīng)，則f(cA)=cA-cA*，有：第5頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程推動(dòng)力阻力外擴(kuò)散阻力化學(xué)反應(yīng)阻力內(nèi)擴(kuò)散阻力第6頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程三、催化反應(yīng)控制階段的判別1、本征動(dòng)力學(xué)控制這種情況一般發(fā)生在外擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)較大和外表面積相對(duì)較大．催化劑顆粒較小的時(shí)候。第7頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程2．內(nèi)擴(kuò)散強(qiáng)烈影響此種情況發(fā)生在催化劑顆粒相當(dāng)大，并且外擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)都相對(duì)較大的時(shí)候。第8頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程3．外擴(kuò)散控制此種情況發(fā)生在活性組分分布均勻．催化劑顆粒相當(dāng)小．外擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)相對(duì)較小而反應(yīng)速率常數(shù)又相對(duì)較大的時(shí)候。第9頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過程如果反應(yīng)是二級(jí)不可逆反應(yīng)，則反應(yīng)的宏觀速率可表示為：第10頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴(kuò)散分子擴(kuò)散Knudsen擴(kuò)散構(gòu)型擴(kuò)散表面擴(kuò)散條件孔徑與分子大小相當(dāng)表面遷移擴(kuò)散通量表達(dá)式____________________擴(kuò)散系數(shù)_________________綜合擴(kuò)散系數(shù)有