化学反应工程教案12(化工13)-胡江良

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1、化学反应工嘗课程教案课次12课时2课型(请打V)理论课“讨论课口实验课口习题课口其他口授课题目(教学章、节或主题):第4章气固相催化反应本征动力学4.4本征动力学方程的实验测定教学目的、要求(分掌握、熟悉、了解三个层次)::1.掌握外扩散•内扩散影响的消除方法;2.熟悉固定床、微分反应器和外循环反应器等各种反应器的特点;3.掌握数学模型建立的步骤;教学重点及难点:重点:固定床、微分反应器和外循环反应器等各种反应器的特点。难点:本征动力学推导的过程。教学基本内容方法及手段4.4本征动力学方程的实验测定从化学反应工程的观点出发,研究多相催化反应动力学的日的之

2、一是获得所需的速率方程。所以实验测定动力学数据就是要确定最佳的动力学模型,并确定模型小的参数。4.4.1外扩散与内扩散影响的消除在气固相催化反应过程屮,一般气相主体中组分浓度(或分压)、颗粒表面组分浓度、微孔内组分浓度都是不相同的。1、外扩散影响的消除基本原则:改变通过催化剂床层气体的线速度,减小气膜阻力。当气体线速度对反应动力学不产住影响时,即可认为消除了外扩散的影响实验测定:一般采用变空速的方式进行讲解外扩散影响的检验2、内扩散影响的消除基本原则:改变催化剂粒度,缩短扩散距离,减小内扩散阻力。当催化剂粒度(尺寸)的变化对反应动力学不产生影响时,即可认

3、为消除了内扩散的影响实验测定:在恒定条件下(反应器入口气体组成、温度和停留时间等),测定颗粒尺寸对反应器岀口组分A转化率的影响内扩散影响的检验本征动力学测试的基本要求(1)反应气体需高度净化,严格控制有害杂质含呆(2)测试用反应器应严格控温(等温或绝热)(3)根据物系特性,选取适宜分析和流量计量方法(4)严格消除内、外扩散过程的影响4.4.2本征动力学测试常见的反应器管式固定床反应器等温微分反应器(转化率小于10%)循环式无梯度反应器外循环式无梯度反应器内循环式无梯度反应器1、(等温)积分反应器优点:结构简单,实验方便,由于转化率髙,不仅对取样和分析要求

4、不苛刻,而且对于产物有阻抑作用和副反应的情况也易于全而考察,对实际的过程开发甚为重要。缺点:对于热效应较人的反应,管径即使很小,仍难以消除催化剂床层内的温度梯度,而使数据的和确性受到严重影响。此外,数据处理复杂,也是一个缺点。数据处理:(-q)d加=FAQdxA(-rA)=dxA/d(m/FAQ)2、(等温)微分反应器结构与数据处理:微分反应器与积分反应器在构造上并无原则差别,只是催化剂装量较少,转化率低(一般在10%以下),因此可假定反应物A的消耗速率为一常数,则一5-(XA2-心1)m优点:可以直接求出反应速率;容易做到等温。缺点:对分析精度的要求多

5、;配料费事,若有副产物生成,其量更微,难于掌握;此外,因床层较薄,如有沟流,彩响更人,所以装料时要力求均匀。3、循环式无梯度反应器循环式无梯度反应器属于CSTR,在数据处理和计算方面比I古I定床积分反应器要方便得多优点:山于没有温度和浓度梯度,操作上相当于阳7斤反应器,数据处理方便;反应器进出口浓度基人,易于分析;流体流速高,易于消除外扩散的影响;反应量小,热效应小,容易做到等温操作;可以使用原颗粒催化剂,研究宏观动力学&()(兀A2—兀Al)4.4.5本征动力学模型(方程)的建立概述(1)根据已有理论知识和对过程的认识,提出可能的数学模型(包括机理型和

6、经验型模型;(2)模型的筛选;(3)模型参数估计(作图法或最优化参数估计法);(4)模型的显苦性检验。(a)物理一化学准则检验(b)秩和检验:(c)局部偏差检验;(<1)概率统计检验:可用F或/统计检验进行作业、讨论题、思考题:名词解释固定床积分反应器、微分反应器、外循环反应器、内循环无梯度反应器简答简述数学模型的建立的四个步骤。参考资料(含参考书、文献等)《化学反应工程》(第二版),郭错,化学工业出版社,2015年出版;《化学反应工程》(第三版),陈甘棠,化学工业出版社,2011年出版;《反应工程》(第三版),李绍芬主编,化学工业出版社,2013年出版

7、。教学反思:

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