气固相催化动力学例题.doc

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1、第五章气固相催化动力学例题1.用图示讨论固体催化剂催化下的气相反应A(g)→R(g)整个反应过程？可能存在几步阻力和控速步骤？写出各步速度方程？（20分）解：三步阻力：气膜，孔隙，表面应力。控速步骤：气膜，表面应力，（吸附，反应，脱附）-rA=kg(CAg-CAS)=ksCASn=ηkCAn2.GivingthegaseousreactantAthroughagasfilmarateequationAnswer:-rA=kg(CAg-CAS)3.Trytogivethereactiononthesurfaceofasolidaccordingtoairr

2、eversiblefirstorderrateanswer:-rA=kCAS=ηkCAη—催化剂有效因数，CA–孔内催化剂平均浓度。4.ExplainingtheThielemodulus.answer:Φs=LL----催化剂特征长度，kv----一级反应以催化剂孔体积为基准的速度常数。De----孔内反应物的有效扩散系数。Φs----高代表催化剂的孔隙阻力大。4.Whatseepsarethereactionprocessesofasolidcatalyzedreactionincluded.Answer:1)反应物过气膜到催化剂表面扩散2）反应物过

3、孔隙到催化剂孔内扩散3）反应物在内孔表面上的反应（内表面过程）4）产物过孔隙反向扩散到外表面5）产物过气膜反向扩散到气流主体。1、用图示讨论固体催化剂催化下的气相反应A(g)→R(g)整个反应过程？可能存在几步阻力和控速步骤？写出各步速度方程？（20分）解：三步阻力：气膜，孔隙，表面应力。控速步骤：气膜，表面应力，（吸附，反应，脱附）-rA=kg(CAg-CAS)=ksCASn=ηkCAn1、GivingthegaseousreactantAthroughagasfilmarateequationAnswer:-rA=kg(CAg-CAS)3.Tryto

4、givethereactiononthesurfaceofasolidaccordingtoairreversiblefirstorderrateanswer:-rA=kCAS=ηkCAη—催化剂有效因数，CA–孔内催化剂平均浓度。4.ExplainingtheThielemodulus.answer:Φs=LL----催化剂特征长度，kv----一级反应以催化剂孔体积为基准的速度常数。De----孔内反应物的有效扩散系数。Φs----高代表催化剂的孔隙阻力大。5.Whatseepsarethereactionprocessesofasolidcatal

5、yzedreactionincluded.Answer:1)反应物过气膜到催化剂表面扩散2）反应物过孔隙到催化剂孔内扩散3）反应物在内孔表面上的反应（内表面过程）4）产物过孔隙反向扩散到外表面5）产物过气膜反向扩散到气流主体。6．机理方程推导在Pd/-催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为：(A)(B)(C)(E)(F)在115,=200mmHg,=92mmHg时测得实验数据为Hg70100195247315465/3.94.46.06.67.255.4设想反应机理为：试写出机理方程，并用上述实验数据验证符合与否解：由控速步骤可以写出速率方程式：而上四式代入

6、中有：而所以因此初始时无可逆反应，初始速率方程变为：在已知是上式可以变为：式中：，,将方程线性化，有：即数据处理：=4.244.775.706.126.599.28以对作图。符合直线关系，说明反应机理可能正确。7．丁醇-1催化脱水反应，经研究可知表面反应为控诉步骤，其速率式为：mol/[动力学常数确定]。式中：为逸度。求常数和.部分实验数据：P（）1.546.591.5384.5731.50.270.510.760.760.521.00.880.740.430.46解：1540.9267.71165.335328.217.458.969.4414.752

7、5.12因为即符合直线关系：截距为6.7斜率为0.056即（A）=0.056（B），(A)(B)=所以8.西勒模数与有效因数某一气固相催化反应，在500的催化剂粒子中，速率方程为：mol/s式中-atm,A为确定组分。若催化剂粒子为圆柱形高直径=0.50.5粒子密度为0.8g/粒子外表面上A的分压=0.1atm,粒子内的扩散系数=0.25,求：希勒模数与有效因数?若催化剂粒径变为0.1和1.0时，希勒模数与有效因数如何变化？解：变换动力学方程求=7.5=7.5RT=(7.50.8820.6773)=380.5,(mol/c)所以=380.65催化剂特征长

8、度L===0.083希勒模数=3.24>3为强内扩散阻力有效因数，粒度改变时为0