反应工程基础教学课件：第十一章气-固相催化反应过程

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1、（课时备课）授课日期2007年12月7日第36次课2学时教学课型理论课课目、课题第十一章气-固相催化反应过程教学目的和要求1、了解气■固相催化反应的动力学模型；2、熟悉内、外扩散对气■固相催化反应的影响。重点难点重点：内、外扩散对气-固相催化反应的影响。难点：气■固相催化反应的动力学模型。教学内容教学方法教学手段师牛耳动时间分配板书设计第一节气-固相催化反应动力学2学时一、概述1、多相系统的特征2、多相系统屮的反应类型3、气-固相催化反应过程二、表面反应动力学模型1、表而反应控制2、组分/的吸附控制3、产物C的脱附控制三、外扩散的影响1、效率因了

2、法2、表观动力学法四、内扩散的彩响1、内扩散效率因子2、内扩散效率因子的影响因素教学方法、手段：师住互动：采用多媒体与板书相结合教学。作业布置阅读教科书和关内容。主要参考资料1、温瑞媛等编著，《化学工程基础》，北京大学出版社，2002年。2、杨国泰，杨继红等编《化学工程基础学习指导》，化学工业出版社，2003年。3、李德华编《化学工程基础》，化学工业出版社，2000年。课后自我总结分析此部分内弈比较抽象，应该引导学生在理解的基础上对重点内容加以记忆。第十一章气-固相催化反应过程教学要求：了解气-固相催化反应的动力学模型及反应器热稳定性的判断方法、

3、可采取的措施，熟悉内、外扩散对动力学模型的影响、固定床催化反应器的类型及有关计算、固体流态化的特点及流化床反应器的设计计算。掌握可逆简单反应最佳温度的确定方法。本章重点：固定床催化反应器的有关计算，流化床反应器的设计计算，可逆简单反应最佳温度的确定。本章难点：可逆简单反应最佳温度的确定。§1气-固相催化反应动力学实际生产中，多数化学反应是在多相系统中进行的，如合成氨、乙烯氧化为环氧乙烷、乙烘与氯化氢合成氯乙烯、苯氯化、苯氧化为顺丁烯二酸酊等均属此类。一、多相系统的特征系统屮同时存在两个或两个以上的相态,在发生化学反应的同时，也发生着相间和相内的传

4、递现象，主耍是质量传和热量传递。如果这些传递现象不存在，么就不可能发生化学反应。二、多相系统中的反应类型：(1)在两相界面处进行反应所冇气-固相反应或气-固相催化反应。⑵在一个相内进行反应大多数气-液反应，进行反应的相叫做反应相。(3)在两个相内同时发生反应某些液-液反应。本章中着重讲述气-固相催化反应，并讨论定量处理的方法。三、气-固相催化反应过程对气相不可逆反应A^R，其具体步骤为：(1)反应物A由气相主体扩散到催化剂外表面(外扩散)；⑵反应物A由外表面向孔内扩散，到达可进行吸附/反应的活性中心(内扩散);(3)A在催化剂表面被吸附；(4)A

5、在表面上反应生成R；(5)产物R自表而脱附；(6)产物R[±内表面扩散到外表面(内扩散)；(7)R曲催化剂外表面扩散到气相主体(外扩散)。步骤⑴、(7)属外扩散。步骤⑵、(6)属内扩散(孔扩散)，步骤⑶〜⑸属表面反应过程。上述七个步骤中，速度最慢的一步为控制步骤。由丁扩散的影响，气相主体反应物的浓度°、催化剂外表而上反应物的浓度J』及催化剂颗粒中心反应物的浓度％将是不一样的，且C心为反应物A的平衡浓度。对于反应产物，其浓度高低顺序相反。1-1表面反应动力学模型如杲气体速度足够大、催化剂颗粒足够小，则内、外扩散的影响可忽略，催化反应速率仅曲反应物吸

6、附、反应和产物脱附等最慢的一步控制。一、表面反应控制1、不可逆反应设反应4+BtC+D按如下机理进行：力的吸附：A+(7va(a)B的吸附：B+(7VABo(b)表面反应：A(j+B(r—Ccr+De(c)产物C的脱附：Co二C+o(e)产物D的脱附：DovaD+°(f)<7为催化剂表面的吸附中心，(c)为控制步骤，则有(-乙)=式中：乞、oB——催化剂表面被反应物力、〃覆盖的分数;&——表面反应速率常数。将兰格缪尔吸附等温式%=封代入得：错误！不能通过编辑域代码创建对象。式中：（——组分7的吸附平衡常数；Pi——组分，的分压。k——反应速率常数

7、，k=klKAKB.2.口J逆反应C+D,同理可得:错误！不能通过编辑域代码创建对象。式中：k——正反应速率常数，k=k}KAKB；心——化学平衡常数，Kp=k,KAKB/k2KcKDO二、组分力的吸附控制对可逆反应4+B<-C+Q,设其表面反应为Ao+Ba<英余反应物的吸附和产物的脱附步骤与前而相同，组分/的吸附为控制步骤。经过与而面同样的推导可得:错误！不能通过编辑域代码创建对象。k式中：Ka——反应物/的吸附平衡常数，Ka=^•、…面反应、化学平衡常数,-芻K七恰三、产物C的脱附控制5+(7VABo(2)(4)Ac+Bov*Co+g(3)则

8、以产物C的脱附⑷为控制步骤的反应速率为:=kx0c-k2pc0v因为笫（1）〜（3）步都达到了平衡，故有=KaPa&v&B=KbPbS由