第11章外扩散对非均相反应过程的影响ppt课件.ppt

《第11章外扩散对非均相反应过程的影响ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第11章外扩散对非均相反应过程的影响ExternalDiffusionEffectsonHeterogeneousReactions主要内容外扩散：反应物和产物在气流主体和催化剂外表面间的扩散费克第一定律催化剂床层内的反应速率和外扩散阻力的影响流体流速、催化剂粒度和压降对反应器性能的影响缩核模型2021/7/29211.1质量传递原理(MassTransfer)传质：指扩散起主要作用的传递过程扩散：通过热运动而自发进行的混合浓度差引起（浓度梯度）A的摩尔通量WA(mol/(m2·s))(向量)2021/7/293摩尔通量(

2、MolarFlux)A的摩尔通量WA分两部分由浓度梯度产生的分子扩散，JA由主体流动产生的主体通量，BA2021/7/294摩尔通量(MolarFlux)二元体系2021/7/295摩尔通量固定坐标系中,A的通量WA是由A的浓度和其质点速度决定的2021/7/296费克第一定律(Fick’sFirstLaw)扩散通量JA是由浓度差产生的，满足费克第一定律直角坐标系中2021/7/297A的摩尔通量c―总浓度,mol/LDAB―A在B中的分子扩散系数，dm2/syA―A的摩尔分率2021/7/29811.2二元扩散(Binar

3、yDiffusion)反应体系中每一种反应物的扩散可以看作是一种组分通过另外一种组分的扩散需要考虑有效扩散问题2021/7/299摩尔通量计算4种典型传质过程等摩尔逆流扩散（EMCD）稀浓度通过气相层流区的扩散强制对流2021/7/2910等摩尔逆流扩散（EMCD）EquimolarCounterDiffusion在给定方向上有1molA扩散，就有1molB朝反方向扩散2021/7/2911稀浓度(DiluteConcentrations)扩散方向上，溶质和主体流动的摩尔分率较小在总浓度恒定时，A的摩尔通量为应用：扩散量很小

4、的水溶液体系2021/7/2912稀浓度：多孔催化剂中的扩散分子平均自由路径大于催化剂孔径时，会发生努森扩散反应物分子彼此碰撞概率小于其与孔壁碰撞概率，不同反应物的分子相互没有影响主体流动可以忽略，A的通量为DK:努森扩散系数注意：分子扩散与努森扩散2021/7/29132021/7/29浙江工业大学化材学院刘华彦14通过气相层流区的扩散DiffusionThroughaStagnantGas强制对流(ForcedConvection)强制对流体系中，沿流动方向(如z轴)A的通量为JAz在流动方向上A的扩散通量JAz可忽略但

5、在垂直于流动方向的x轴方向上A的流量JAx不能忽略2021/7/2915强制对流摩尔流率FA忽略扩散效应考虑扩散效应2021/7/2916边界条件(BoundaryConditions)1.指定边界浓度(如z=0,CA=CA0)对于边界层上的极快速反应，CAS=02.指定边界通量a.在边界上无传质时，WA=0例如，在一个没有发生反应的管壁上在r=R处2021/7/2917边界条件2.指定边界通量b.假设表面摩尔通量等于表面反应速率WA(表面)=-rA“(表面)c.假设边界上的摩尔通量等于穿过边界层的对流传递通量WA(边界)=

6、kc(CAb-CAs)2021/7/2918边界条件3.关于对称面对于某一平面，当浓度分布对称时，对称平面上的浓度梯度为零如，在管内的径向扩散时，管中心处有2021/7/2919无化学反应的扩散模型ModelingDiffusionWithoutReaction无化学反应，扩散效应明显时，建模步骤：写出A的物料平衡方程；用WAz代替FAz；用适当的浓度梯度表达式替换WAz；设定边界条件；计算浓度分布；计算摩尔通量。2021/7/2920例11-1催化剂颗粒外表面的气(液)膜扩散稀溶液中，稳态时，组分A通过B的厚度为δ的层流膜

7、，从气(液)流主体扩散到达催化剂的外表面A在气(液)流主体和催化剂表面上的浓度分别为CAb和CAs，且CAb＞CAs接近表面的“层流膜”厚度远小于颗粒直径，忽略曲线运动，只考虑直线坐标中的扩散请确定浓度分布和A的扩散通量2021/7/2921曲面处理为平面2021/7/2922解:取微元：宽度△z，横截面积Ac步骤1:A的物料平衡方程流入－流出＋反应生成=累积2021/7/2923步骤2：用WAz和Ac代替FA步骤3：把WAz和浓度梯度关联起来稀溶液，总浓度恒定时2021/7/2924结合方程步骤4：边界条件z=0：CA=C

8、Abz=δ：CA=CAs2021/7/2925步骤5：计算浓度分布2021/7/2926步骤6：确定A通过层流膜扩散的摩尔通量稀溶液和总浓度恒定的体系2021/7/2927如果则2021/7/2928层流膜WBz=0，BAz=yAWA2021/7/2929层流膜摩尔通量为2021/7/29