《非均相反应》PPT课件.ppt

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1、第三章非均相反应与传递流固催化反应(气固/液固/气液固)流固非催化反应(气固/液固/气液固)流流非均相反应(气液/液液)3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程反应反应方程式催化剂反应条件合成氨N2+3H2=2NH3FeO+Fe2O3400~500℃~300kgf/cm2水煤气变换CO+H2O=CO2+H2Fe2O3-Cr2O3~500℃氨的氧化4NH3+5O2=4NO+6H2OPt-Rh丝网~1025℃SO2氧化2SO2+O2=2SO3V2O5-K2O400~600℃合成甲醇CO+2H2=CH3OHZnO+Cr2O3300~400℃200~400k

2、gf/cm2乙烯法合成醋酸乙烯C2H4+CH3COOH+0.5O2=CH3COOCH(CH2)Pd负载于氧化铝上150~200℃5~10kgf/cm2催化裂化油裂解成小分子的产品硅酸铝,分子筛450~500℃1~2atm工业气-固相催化反应举例:固定床反应器径向混合充分,当反应器尺寸>>催化剂颗粒尺寸时,近似为平推流3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程流化床反应器宏观上近似为一全混流反应器3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程需解决的问题——反应器设计固定床反应器体积计算固定床反应器的平推流性质流化床反应器体积计算流化床反应器的全混釜性质重点

3、讨论的问题气固反应器内的动力学问题3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程固定床：近似平推流反应器；流化床：近似全混流反应器；床层固体颗粒3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程气固催化反应过程可描述为：外扩散内扩散吸附反应脱附外扩散内扩散气相反应物由气相主体扩散至催化剂外表面反应物由催化剂外表面扩散至内表面反应物在催化剂内表面发生吸附反应物在活性中心上进行化学反应生成产物产物从催化剂内表面发生脱附产物从催化剂内表面向外表面扩散产物从催化剂外表面扩散至气相主体3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程总体归

4、结为：扩散吸附表面反应脱附扩散核心包含扩散、吸脱附、表面反应三大过程，即物理和化学过程浓度CAgCAsCAcCAe径向位置RpRp0气相主体层流区球形催化剂颗粒球形催化剂颗粒内反应物A的浓度分布曲线稳定条件下：CAg>CAs>CAc>>CAe3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程主气流微孔固相催化剂粒子示意图3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程⑴外扩散控制：CAg>>CAs≈CAc≈CAerA=kga（CAg-CAs）≈kga（CAg-CAe）反应速度快，如：Pt催化剂上的NH3氧化反应、催化燃烧反应等，过程阻力取决于外扩散。3.1气固催化反

5、应过程的控制步骤与速率方程⑵表面反应控制：CAg≈CAs≈CAc>>CAerA=AprAs（CA）=AprAs（CAg）反应速度慢，如铁生锈反应、或者流态化下颗粒内部反应。过程阻力取决于表面化学反应。此时反应速率称之为本证反应速率或称微观反应速率。3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程⑶内扩散控制：CAg≈CAs>>CAc≈CAe3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程反应速度快，而且流体流速较高，过程阻力取决于颗粒内部的传递。η：内表面利用率、效率因子或有效因子3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程对于一级不可逆反应：η=有内扩散影响时的实

6、际反应速率/以颗粒外表面反应条件按本征速率式计算的反应速率。η表明内扩散对化学反应的影响程度η<<1，内扩散影响大η=1，无内扩散影响η>1，温度影响3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程⑷当内外扩散影响均无法忽略时，对于稳态过程，依据物料平衡，有：rA=kGa（CAg-CAs）rA=ηkCAs一级不可逆反应3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程气固催化一级不可逆反应的宏观速率方程3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程等温一级不可逆反应平板：=th()/;=L圆柱：；c=R/2球形：；Φ=λR/3任意形状：=（VP/SP)(

7、kv/De)1/2内扩散严重时=1/不同催化剂条件下的有效因子非一级反应：令y=dcA/dl实际宏观反应速度RAs=2SLrAsn级反应：=1/3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程不同催化剂条件下的有效因子3.2气体与催化剂外表面间的传质和传热3.2.1传质和传热速率由前述，外扩散对反应过程有显著影响，其大小由反应气体传质系数和传质面积的大小而决定。外扩散（externaltransfer)的速率：NA=kGa(cAg-cAs)NA=kga(pAg-pAs)传质系数确定传质因子：jD=(kG/G)Sc2/3Schmidt准数：Sc=/

8、DReynolds准数：Re=dsG/jD=0.725/(Re0.41-0.15)使用条件