第六章气—固催化反应宏观动力学

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1、word资料下载可编辑第六章气—固催化反应宏观动力学宏观反应速率—以颗粒催化剂体积为基准的平均反应速率6.1—1—A组分的宏观消耗速率；—A组分的本征消耗速率；—催化剂颗粒体积。宏观动力学—表述宏观反应速率与其影响因素之间关系在本征反应动力学基础上讨论：1、流体在固体催化剂中的扩散规律；2、催化剂内浓度、温度分布规律；3、宏观反应速率的关联式。6.1催化剂颗粒内气体的扩散a、分子扩散或容积扩散—扩散阻力主要是分子间的碰撞（对大孔）；b、努森(kondson)扩散—当微孔的孔径小于分子的平均自由程（约0.1）时，分子与孔壁的碰

2、撞机会会超过分子间的相互碰撞，扩散阻力主要是分子与孔壁的碰撞；C、构型扩散—（），d0与分子大小是一个数量级，分子的扩散系数与分子的构型有关。扩散系数：专业技术资料word资料下载可编辑6.1—2与有关6.1.1分子扩散当，属于分子扩散。1、二元组分的分子扩散系数6.1—3P—总压，atm;T—温度，K;MA,MB—分子量；VA,VB—分子扩散体积m3/mol。2、混合物中组分的扩散系数6.1—4—i组分的摩尔分率；—A组分对i组分的二元扩散系数；—A组分对混合组分的扩散系数。6.1.2努森（Knudson）扩散当，扩散的主

3、要阻力来自分子与孔壁的碰撞。6.1—5—温度；专业技术资料word资料下载可编辑—孔径；—分子量；—努森扩散系数。用当量直径计算：6.1—6—空隙率；—比表面积；—颗粒密度；—质量计比表面积。6.1.3综合扩散（）6.1—7—扩散通量系数，；—扩散通量，当定态、双组分扩散时，6.1—86.1.4以颗粒为基准的有效扩散6.1—9—扩散长度专业技术资料word资料下载可编辑—催化剂某一长度尺寸—曲折因子和迷宫因子，。催化剂外表面孔截面积：（）—催化剂孔截面积；—催化剂外表面积；—催化剂孔面积分率；—空隙率。6.1—10令则传质量

4、以外表面积计算就可表示为：6.1—11专业技术资料word资料下载可编辑6.2气固相催化等温反应的宏观动力学方程：CgCSRrdrCgCSRr06.2.1球形催化剂上等温反应宏观动力学方程1．球形催化剂的基础方程r处的浓度＝r+dr处的浓度＝对A衡算：入－出＝反应＋积累（a）对连续稳定过程，积累＝0入：出：反应：代入（a）式得：专业技术资料word资料下载可编辑令则6.2—1边界条件：2、球形催化剂等温一级反应的宏观动力学方程设本征动力学方程为一级不可逆反应6.2—2代入（6.2—1）并令（称为西勒（Thiele）模数）得：

5、即6.2—3令专业技术资料word资料下载可编辑与（6.2—3）比较有6.2—4上式为二阶齐次（无R(z)（无自变量项）即为齐次）常微分方程。通解边界条件：代入边界条件得：式中，专业技术资料word资料下载可编辑6.2—56.2—6代入（6.1—1）式：6.2—7式中，—气固相反应的效率因子（内表面利用率）。即：专业技术资料word资料下载可编辑3、球形催化剂等温非一级反应得宏观动力学方程估算设本征动力学方程取前两项6.2—8两边除以，并令（发音[niu]），则6.2—9对（6.2—9）求导代入（6.2—1）中得6.2—10

6、令则6.2—11专业技术资料word资料下载可编辑边界条件：与（6.3—3）有相似的形式，其结果也相似4．西勒模数的物理意义及对反应过程的影响（1）西勒模数的物理意义式中为球的体积，为球的表面积当,由6.2-8式得：6.2—12则专业技术资料word资料下载可编辑6.2—13专业技术资料word资料下载可编辑西勒模数对过程的影响图6-2催化剂效率因子与西勒模数的关系Rordr6.2.2其它形状催化剂的等温宏观动力学方程1无限长圆柱（指大长径比，两端扩散的影响可忽略）对连续稳定过程，积累量为0，则对A衡算入－出＝反应6.2—1

7、4入：专业技术资料word资料下载可编辑出：反应：代入整理后得：6.2—15边界条件：令6.2—166.2—17式中为贝塞尔（Bessel）函数专业技术资料word资料下载可编辑2、圆形薄片催化剂的宏观动力学方程（半径远大于厚度，侧面处的扩散可忽略）L/2LL/20Rdl对连续稳定过程，积累为0对A衡算：入－出＝反应入：出：反应：代入并整理得：边界条件：令6.2—186.2—193、任意形状催化剂的等温宏观动力学方程（1）西勒模数的通用表达式专业技术资料word资料下载可编辑a球形b无限长圆柱形c圆形薄片形若取作为西勒模数的

8、定性尺寸，便可将不同形状催化剂的西勒模数表达式统一起来：6.2—20（1）效率因子的近似估算图6-5不同形状催化剂h与fS关系图三种形状催化剂的相差不多，因此用球形的结果来计算不会出现大的偏差：专业技术资料word资料下载可编辑6.3非等温过程的宏观动力学6.3.1催化剂颗粒内部的温度分布