第六章-氣—固催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)

1 第六章第六章 氣氣 固催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)固催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué) 宏觀反應(yīng)速率宏觀反應(yīng)速率 以顆粒催化劑體積為基準(zhǔn)的平均反應(yīng)速率以顆粒催化劑體積為基準(zhǔn)的平均反應(yīng)速率 6 1 1 S AS S V 0 S S V 0 S V 0 SA A dV r V 1 dV dV r R A 組分的宏觀消耗速率 組分的宏觀消耗速率 R A A 組分的本征消耗速率 組分的本征消耗速率 r A 催化劑顆粒體積 催化劑顆粒體積 S V 宏觀動(dòng)力學(xué)宏觀動(dòng)力學(xué) 表述宏觀反應(yīng)速率與其影響因素之間關(guān)系表述宏觀反應(yīng)速率與其影響因素之間關(guān)系 在本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上討論 在本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上討論 1 流體在固體催化劑中的擴(kuò)散規(guī)律 流體在固體催化劑中的擴(kuò)散規(guī)律 2 催化劑內(nèi)濃度 溫度分布規(guī)律 催化劑內(nèi)濃度 溫度分布規(guī)律 3 宏觀反應(yīng)速率的關(guān)聯(lián)式 宏觀反應(yīng)速率的關(guān)聯(lián)式 6 1 催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴(kuò)散催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴(kuò)散 a 分子擴(kuò)散或容積擴(kuò)散分子擴(kuò)散或容積擴(kuò)散 擴(kuò)散阻力主要是分子間的碰撞 對(duì)大擴(kuò)散阻力主要是分子間的碰撞 對(duì)大 孔 孔 b 努森努森 kondson 擴(kuò)散擴(kuò)散 當(dāng)微孔的孔徑小于分子的平均自由程當(dāng)微孔的孔徑小于分子的平均自由程 約 約 0 1 時(shí) 分子與孔壁的碰撞機(jī)會(huì)會(huì)超過分子間的相互 時(shí) 分子與孔壁的碰撞機(jī)會(huì)會(huì)超過分子間的相互m 碰撞 擴(kuò)散阻力主要是分子與孔壁的碰撞 碰撞 擴(kuò)散阻力主要是分子與孔壁的碰撞 C 構(gòu)型擴(kuò)散構(gòu)型擴(kuò)散 d0與分子大小是一個(gè)數(shù)與分子大小是一個(gè)數(shù)nm1 5 0d0 量級(jí) 分子的擴(kuò)散系數(shù)與分子的構(gòu)型有關(guān) 量級(jí) 分子的擴(kuò)散系數(shù)與分子的構(gòu)型有關(guān) 擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散系數(shù) 2 6 1 2 dz dy D RT p dz dC D Sdt dn A AB A AB A 與與有關(guān)有關(guān) AB D atmP cm P 10 5 壓壓力力 6 1 1 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散 當(dāng)當(dāng) 屬于分子擴(kuò)散 屬于分子擴(kuò)散 時(shí)時(shí)一一般般 2 00 10d d 1 二元組分的分子擴(kuò)散系數(shù)二元組分的分子擴(kuò)散系數(shù) 6 1 3s cm VV P M 1M 1 T 103 4D 2 2 3 1 B 3 1 A 5 0 BA 5 1 3 AB P 總壓 總壓 atm T 溫度 溫度 K MA MB 分子量 分子量 VA VB 分子擴(kuò)散體積分子擴(kuò)散體積 m3 mol 2 混合物中組分的擴(kuò)散系數(shù)混合物中組分的擴(kuò)散系數(shù) 6 1 4 m 1i Aii A Am D y y1 D i 組分的摩爾分率 組分的摩爾分率 i y A 組分對(duì)組分對(duì) i 組分的二元擴(kuò)散系數(shù)組分的二元擴(kuò)散系數(shù) Ai Ds cm 2 A 組分對(duì)混合組分的擴(kuò)散系數(shù)組分對(duì)混合組分的擴(kuò)散系數(shù) Am Ds cm 2 6 1 2 努森 努森 Knudson 擴(kuò)散 擴(kuò)散 當(dāng)當(dāng) 擴(kuò)散的主要阻力來自分子與孔壁的碰撞 擴(kuò)散的主要阻力來自分子與孔壁的碰撞 10d 0 6 1 5 s cm m Td4850D 2 0K 溫度溫度 TK 3 孔徑孔徑 0 dcm 分子量 分子量 m 努森擴(kuò)散系數(shù)努森擴(kuò)散系數(shù) K Ds cm 2 用當(dāng)量直徑計(jì)算 用當(dāng)量直徑計(jì)算 0 d 6 1 6 gP P V P 0 S 4 S 4d 空隙率空隙率 P 33 cm cm 比表面積比表面積 V S 32 cm cm 顆粒密度顆粒密度 P 3 cm g 質(zhì)量計(jì)比表面積質(zhì)量計(jì)比表面積 g Sg cm3 6 1 3 綜合擴(kuò)散綜合擴(kuò)散 10 d 10 0 2 6 1 7 ABAK D y1 D 1 1 D 擴(kuò)散通量系數(shù) 擴(kuò)散通量系數(shù) BA N N1 擴(kuò)散通量 擴(kuò)散通量 BA N Nsm mol 2 當(dāng)定態(tài) 雙組分?jǐn)U散時(shí) 當(dāng)定態(tài) 雙組分?jǐn)U散時(shí) 0 NN BA 6 1 8 ABK D 1D 1 1 D 6 1 4 以顆粒為基準(zhǔn)的有效擴(kuò)散以顆粒為基準(zhǔn)的有效擴(kuò)散 6 1 9lXL 擴(kuò)散長(zhǎng)度擴(kuò)散長(zhǎng)度 L X 4 催化劑某一長(zhǎng)度尺寸催化劑某一長(zhǎng)度尺寸l 曲折因子和迷宮因子 曲折因子和迷宮因子 71 催化劑外表面孔截面積 催化劑外表面孔截面積 PSS SSS P 催化劑孔截面積 催化劑孔截面積 S 催化劑外表面積 催化劑外表面積 S S 催化劑孔面積分率 催化劑孔面積分率 P 空隙率 空隙率 P dl dC SD l d dC SD dX dC SD dt dn A S PA PS L AA 6 1 10 令令則傳質(zhì)量以外表面積計(jì)算就可表示為 則傳質(zhì)量以外表面積計(jì)算就可表示為 P e DD 6 1 11 dl dC SD dt dn A Se A 5 6 2 氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 6 2 1 球形催化劑上等溫反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)方程球形催化劑上等溫反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)方程 1 球形催化劑的基礎(chǔ)方程球形催化劑的基礎(chǔ)方程 r 處的濃度 處的濃度 A C r dr 處的濃度 處的濃度 dr r C C A A dr dC SD dt dn A e A 對(duì)對(duì) A 衡算 衡算 入 出 反應(yīng) 積累入 出 反應(yīng) 積累 a 對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 積累 對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 積累 0 入 入 dr dr Cd r2dr dr dC r2dr dr Cd r dr dC r D4 dr dr Cd dr dC dr rdr2r D4 dr r C C dr d drr 4D 2 2 A 2 A 2 A 2 2 A 2 e 2 A 2 A 22 e A A 2 e 出 出 dr dC r4D A 2 e 反應(yīng) 反應(yīng) r drr4 A 2 代入 代入 a 式得 式得 Cg CS R r dr Cg CS R r 0 6 r drr4 dr dC rdr dr dC r2dr dr Cd r dr dC r D4 A 2 A 2 A 2 A 2 2 A 2 e e AA 2 A 2 D r dr dC r 2 dr Cd 令令則則R rz 6 2 1 r D R dz dC z 2 dz Cd A e 2 A 2 A 2 邊界條件 邊界條件 ASA A CC 1z Rr 0 dz dC 0z 0r 中中心心對(duì)對(duì)稱稱 2 球形催化劑等溫一級(jí)反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程球形催化劑等溫一級(jí)反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 設(shè)本征動(dòng)力學(xué)方程為一級(jí)不可逆反應(yīng)設(shè)本征動(dòng)力學(xué)方程為一級(jí)不可逆反應(yīng) 6 2 2 AA kCr 代入 代入 6 2 1 并令 并令 稱為 稱為西勒 西勒 Thiele 模數(shù) 模數(shù) e S D k 3 R 得 得 A 2 sA 2 eA e 2 A 2 A 2 C 3C D k 3 R 3 C D kR dz dC z 2 dz Cd 即即 6 2 3 A 2 s A 2 A 2 C 3 dz dC z 2 dz Cd 令令zCw A 7 dz dC zC dz dw A A 2 A 2 A 2 2 2 A 2 A 2 A 2 AA 2 2 dz Cd dz dC z 2 dz wd z 1 dz Cd z dz dC 2 dz Cd z dz dC dz dC dz wd 與 與 6 2 3 比較有 比較有 6 2 4w 3 zC 3 dz wd 2 SA 2 S 2 2 上式為二階齊次 無上式為二階齊次 無 R z 無自變量項(xiàng) 即為齊次 常微分方程 無自變量項(xiàng) 即為齊次 常微分方程 通解通解 z3 2 z3 1A SS ememzCw 邊界條件 邊界條件 ASASA Cw CC 1z Rr 0w 0z 0r 代入邊界條件得 代入邊界條件得 3 sh2 Cmm 3 sh2 Cm SAS12 SAS1 式中 式中 x ch x sh x th ee 2 1 x ch ee 2 1 x sh xx xx 8 6 2 5 3 sh z3 sh z C C S SAS A 6 2 6drR4dVr 3 4 V 2 S 3 S 代入 代入 6 1 1 式 式 6 2 7 r r 3 1 3 th 1 1 kC 3 1 3 th 1 1 drr4 3 sh R r3 sh R r kC R 3 4 1 dV r V 1 dV dV r R AS AS SSS AS SSS 2 S S V 0 AS 2 V 0 SA S V 0 S V 0 SA A S S S S 式中 式中 3 1 3 th 1 1 SSS 氣固相反應(yīng)的效率因子 內(nèi)表面利用率 氣固相反應(yīng)的效率因子 內(nèi)表面利用率 即 即 r R ASA 9 3 球形催化劑等溫非一級(jí)反應(yīng)得宏觀動(dòng)力學(xué)方程估算 球形催化劑等溫非一級(jí)反應(yīng)得宏觀動(dòng)力學(xué)方程估算 設(shè)本征動(dòng)力學(xué)方程設(shè)本征動(dòng)力學(xué)方程 C kfr AA 2 ASA AS ASA AS ASA CC 2 C f CC 1 C f C f C f 取前兩項(xiàng)取前兩項(xiàng) 6 2 8 CC C f C f C f ASAASASA 兩邊除以兩邊除以 并令 發(fā)音 并令 發(fā)音 niu 則 則 C f AS C f C f AS A 6 2 9 ASA AS AS AS A CC C f C f C f C f C f C f ASA 對(duì) 對(duì) 6 2 9 求導(dǎo) 求導(dǎo) 代入 代入 6 2 1 dz Cd dz d dz dC dz d A 2 2 2 A 中得中得 r D R dz dC z 2 dz Cd A e 2 A 2 A 2 6 2 10 C fk D R dz d z 2 dz d AS e 22 令令則則 C f D k 3 R AS e S 6 2 11 2 S 2 3 dz d z 2 dz d 10 邊界條件 邊界條件 C f C f 1z Rr 0 dz d 0z 0r AS AS 與 與 6 3 3 有相似的形式 其結(jié)果也相似 有相似的形式 其結(jié)果也相似 C f D k 3 R 3 1 3 th 1 1 r R AS e S SSS SAA 4 西勒模數(shù)的物理意義及對(duì)反應(yīng)過程的影響 西勒模數(shù)的物理意義及對(duì)反應(yīng)過程的影響 1 西勒模數(shù)的物理意義西勒模數(shù)的物理意義 C f D k 3 R AS e S S S 2 3 S V R4 R 3 4 3 R 式中式中為球的體積 為球的體積 為球的表面積為球的表面積 S V S S 當(dāng)當(dāng) 由由 6 2 8 式得 式得 0 C f0C AA 時(shí)時(shí) 6 2 12 ASASAS C C f C f 則則 ASASAS C C kf C fk 11 SS AS Se SAS AS AS e 2 S 2 S 2 AS e 2 S S V 0C SD r V C C f D k S V C f D k 3 R 最最大大內(nèi)內(nèi)擴(kuò)擴(kuò)散散速速度度 最最大大反反應(yīng)應(yīng)速速率率 3 1 R 0C SD r V 3 1 3 R 0C SD r V AS Se SAS AS Se SAS 6 2 13 12 2 西勒模數(shù)對(duì)過程的影響西勒模數(shù)對(duì)過程的影響 圖圖 6 2 催化劑效率因子與西勒模數(shù)的關(guān)系催化劑效率因子與西勒模數(shù)的關(guān)系 SS S S 13 12 0 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 內(nèi)內(nèi)擴(kuò)擴(kuò)散散影影響響 6 2 2 其它形狀催化劑的等溫宏觀動(dòng)力學(xué)方程其它形狀催化劑的等溫宏觀動(dòng)力學(xué)方程 1 無限長(zhǎng)圓柱無限長(zhǎng)圓柱 指大長(zhǎng)徑比 兩端擴(kuò)散的影響可忽略 指大長(zhǎng)徑比 兩端擴(kuò)散的影響可忽略 對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 積累量為對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 積累量為 0 則 則 對(duì)對(duì) A 衡算衡算 入 出 反應(yīng)入 出 反應(yīng) 6 2 14 入 入 2 2 A 2 e A e 2 A 2 e A e A Ae dr dr Cd LD2 dr dr dC LD2dr dr Cd rLD2 dr dC rLD2 dr r C C dr d LD drr 2 R o r dr 13 出 出 dr dC rLD2 A e 反應(yīng) 反應(yīng) r rLdr2 A 代入整理后得 代入整理后得 6 2 15 e AA 2 A 2 D r dr dC r 1 dr Cd 邊界條件 邊界條件 ASA A CC Rr 0 dr dC 0r 令令 6 2 16 C f D k 2 R AS e S 6 2 17 2 I 2 I r R S0S S1 SAA 式中式中為貝塞爾 為貝塞爾 Bessel 函數(shù) 函數(shù) x I x I 10 和和 1k k 2 x x I x I k 2 x x I 1k2 01 0k 2 k2 0 14 2 圓形薄片催化劑的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 圓形薄片催化劑的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 半徑遠(yuǎn)大于厚度 側(cè)面處的擴(kuò)散可忽略 半徑遠(yuǎn)大于厚度 側(cè)面處的擴(kuò)散可忽略 對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 積累為對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 積累為 0 對(duì)對(duì) A 衡算 入 出 反應(yīng)衡算 入 出 反應(yīng) 入 入 dl l C C dl d DR A Ae 2 出 出 dl dC DR A e 2 反應(yīng) 反應(yīng) r dlR A 2 代入并整理得 代入并整理得 e A 2 A 2 D r dl Cd 邊界條件 邊界條件 ASA A CC 2 Ll 0 dl dC 0l 令令 6 2 18 C f D k 2 L AS e S 6 2 19 S S SAA th r R 3 任意形狀催化劑的等溫宏觀動(dòng)力學(xué)方程 任意形狀催化劑的等溫宏觀動(dòng)力學(xué)方程 1 西勒模數(shù)的通用表達(dá)式西勒模數(shù)的通用表達(dá)式 L 2 L L 2 0 R dl 15 a 球形球形 3 R R4 R 3 4 S V 2 3 S S b 無限長(zhǎng)圓柱形無限長(zhǎng)圓柱形 2 R RL2 LR S V 2 S S c 圓形薄片形圓形薄片形 2 L R2 LR S V 2 2 S S 若取若取作為西勒模數(shù)的定性尺寸 便可將不同形狀催化劑的西勒模作為西勒模數(shù)的定性尺寸 便可將不同形狀催化劑的西勒模 S S S V 數(shù)表達(dá)式統(tǒng)一起來 數(shù)表達(dá)式統(tǒng)一起來 6 2 20 C f D k S V AS eS S S 2 效率因子的近似估算效率因子的近似估算 圖圖 6 5 不同形狀催化劑不同形狀催化劑 與與 S關(guān)系圖關(guān)系圖 三種形狀催化劑的三種形狀催化劑的相差不多 因此用球形的結(jié)果來計(jì)算不會(huì)相差不多 因此用球形的結(jié)果來計(jì)算不會(huì) 出現(xiàn)大的偏差 出現(xiàn)大的偏差 C f D k S V AS eS S S 16 SAA SSS r R 3 1 3 th 1 1 6 3 非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué) 6 3 1 催化劑顆粒內(nèi)部的溫度分布規(guī)律催化劑顆粒內(nèi)部的溫度分布規(guī)律 a 以球?yàn)槔?在穩(wěn)定過程中 體積元內(nèi)放出的熱量應(yīng)該是化學(xué)反應(yīng) 以球?yàn)槔?在穩(wěn)定過程中 體積元內(nèi)放出的熱量應(yīng)該是化學(xué)反應(yīng) 在該體積元內(nèi)放出的反應(yīng)熱在該體積元內(nèi)放出的反應(yīng)熱 g Q r V 0 r A e 2 rAg H dr dC Dr4dV r H Q 反應(yīng)量 擴(kuò)散量 b 傅立葉傳熱 傅立葉傳熱 為有效導(dǎo)熱系數(shù)為有效導(dǎo)熱系數(shù) er Q dr dT r4Q e 2 r 對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 rg QQ 則則 e AedC D H dT 邊界條件 邊界條件 ASAS CC TT Rr 積分解為 積分解為 C C 1 T CD H T TT AS A Se ASe S S 17 令令 稱為能量釋放系數(shù) 稱為能量釋放系數(shù) Se ASe T CD H 可得 可得 6 3 1 C C 1 1 TT AS A S 將 將 6 2 5 代入上式得 代入上式得 3 zsh z3 shC C S SAS A 6 3 2 3 zsh z3 sh 1 1 TT S S S 由上式可求得在催化劑顆粒內(nèi)不同位置處的溫度值 由上式可求得在催化劑顆粒內(nèi)不同位置處的溫度值 對(duì)放熱反應(yīng) 在催化劑顆粒中心處有最高溫度 其值為 當(dāng)對(duì)放熱反應(yīng) 在催化劑顆粒中心處有最高溫度 其值為 當(dāng) 時(shí) 由時(shí) 由 6 3 1 得出 得出 0CA 1 TT Smax 18 6 3 2 非等溫條件下的宏觀動(dòng)力學(xué)方程非等溫條件下的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 對(duì)球形催化劑非等溫條件下的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 可由下列式子對(duì)球形催化劑非等溫條件下的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 可由下列式子 聯(lián)解求得 聯(lián)解求得 r R ASA 6 3 3 SAS V 0 SA V r dV r S C fekr A RT E 0A e AA 2 A 2 D r dr dC r 2 dr Cd 6 3 4 C C 1 1 TT AS A S 圖圖 6 6 非等溫條件下球形催化劑非等溫條件下球形催化劑 S關(guān)系關(guān)系 19 圖中 圖中 西勒模數(shù) 西勒模數(shù) C f D k S V AS eS S S 能量釋放系數(shù) 能量釋放系數(shù) Se ASe T CD H 阿累尼烏斯數(shù) 阿累尼烏斯數(shù) RT E 由圖中可看出 由圖中可看出 1 對(duì)對(duì) 0H 0 0H 0 0H0 放放熱熱 吸吸熱熱 等等溫溫 2 對(duì)放熱反應(yīng)當(dāng)顆粒內(nèi)溫度升高的影響大于濃度降低對(duì)放熱反應(yīng)當(dāng)顆粒內(nèi)溫度升高的影響大于濃度降低 1 的影響時(shí) 對(duì)放熱反應(yīng)可能的影響時(shí) 對(duì)放熱反應(yīng)可能 1 3 可能多值可能多值 對(duì)強(qiáng)放熱反應(yīng) 對(duì)強(qiáng)放熱反應(yīng) 小的區(qū)對(duì)同一個(gè)小的區(qū)對(duì)同一個(gè)有三個(gè)有三個(gè) S S 值 熱平衡狀態(tài) 中間不穩(wěn)定 一有擾動(dòng)就可能使放熱反應(yīng)劇增 值 熱平衡狀態(tài) 中間不穩(wěn)定 一有擾動(dòng)就可能使放熱反應(yīng)劇增 溫度升高到成為擴(kuò)散控制為止 或者放熱劇減溫度下降成為表面反溫度升高到成為擴(kuò)散控制為止 或者放熱劇減溫度下降成為表面反 應(yīng)控制的地步 落在此區(qū)的情況比較少見 應(yīng)控制的地步 落在此區(qū)的情況比較少見 6 3 3 內(nèi)擴(kuò)散對(duì)復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響內(nèi)擴(kuò)散對(duì)復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響 1 兩個(gè)獨(dú)立并存反應(yīng)兩個(gè)獨(dú)立并存反應(yīng) 副副 主主 WSB CPA 2 1 k k 設(shè)設(shè) 21B2B A1A kkCkr Ckr 且且 20 用速率比表示選擇性 用速率比表示選擇性 當(dāng)無擴(kuò)散影響時(shí) 當(dāng)無擴(kuò)散影響時(shí) 6 3 5 B2 A1 BAP Ck Ck r r S 當(dāng)有擴(kuò)散影響時(shí) 當(dāng)有擴(kuò)散影響時(shí) 6 3 6 R R S BAP 已知 已知 BS22B AS11A Ck R Ck R 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散影響大時(shí) 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散影響大時(shí) 則則 1 1 2S 2 1S 1 6 3 7 BS22eB AS11e AS1 1 1e AS1 1S AS11A CkD R 3 R CkD R 3 Ck k D R 3 Ck 1 Ck R 當(dāng)當(dāng)時(shí) 時(shí) 2e1e DD BS2 AS1 21BS AS 2 1 B A P Ck Ck k k 1 C C k k R R S 6 3 8 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散嚴(yán)重影響時(shí) 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散嚴(yán)重影響時(shí) 就降低了就降低了倍 倍 P S k k 21 2 平行反應(yīng) 平行反應(yīng) 21 副副產(chǎn)產(chǎn)物物 目目的的 SA PA 2 1 k k m A22A n A11A Ck r Ck r a 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散無影響時(shí) 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散無影響時(shí) ASA CC 內(nèi)內(nèi) 6 3 9 nm AS 1 2 m AS2 n AS1 n AS1 2A1A 1A P C k k 1 1 CkCk Ck r r r S b 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散有影響時(shí) 當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散有影響時(shí) 設(shè)此時(shí)瞬時(shí)選擇性為設(shè)此時(shí)瞬時(shí)選擇性為 ASA CC 內(nèi)內(nèi)P S 由由 6 3 9 可看出 可看出 當(dāng)當(dāng) Pp Pp Pp SSnm SSnm SSnm 時(shí)時(shí) 時(shí)時(shí) 時(shí)時(shí) 內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)級(jí)數(shù)大的反應(yīng)不利 內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)級(jí)數(shù)大的反應(yīng)不利 3 連串反應(yīng) 連串反應(yīng) DPA 21 kk 目目的的 P2A1p CkCkr 6 3 10 A1 P2 A1 P2A1 A P P Ck Ck 1 Ck CkCk r r S PAPP AP SC CCr rC C p C 濃濃度度高高 即即催催化化劑劑內(nèi)內(nèi)部部的的變變隨隨 6 4 流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱 6 4 1 流體與催化劑顆粒外表面間的傳質(zhì)流體與催化劑顆粒外表面間的傳質(zhì) 22 對(duì)邊界層內(nèi)外對(duì)邊界層內(nèi)外 6 4 1 CC Sk dt dn ASAgSg A 氣相傳質(zhì)系數(shù)氣相傳質(zhì)系數(shù) g ks cm 顆粒表面利用系數(shù) 對(duì)球顆粒表面利用系數(shù) 對(duì)球 1 圓柱 圓柱 0 91 其它形狀 其它形狀 0 9 顆粒表面處和氣相主體中顆粒表面處和氣相主體中 A 的濃度 的濃度 AgAS C C 1 氣相傳質(zhì)系數(shù)氣相傳質(zhì)系數(shù) g k 因子法因子法 D J 6 4 2 3 2 C gg D S G k J 氣相密度 氣相密度 g 3 cm g 氣體質(zhì)量流速 氣體質(zhì)量流速 Gscm g 2 施密特準(zhǔn)數(shù) 施密特準(zhǔn)數(shù) D S g g C 氣相粘度 氣相粘度 g scm g 氣相分子擴(kuò)散系數(shù)氣相分子擴(kuò)散系數(shù) Ds cm 2 是雷諾數(shù)的函數(shù) 是雷諾數(shù)的函數(shù) D J 當(dāng)當(dāng) 41 0 D 51 0 D mRe19 1 J6000mRe300 mRe10 2 J300mRe3 0 時(shí) 時(shí)時(shí) 時(shí) 時(shí) 時(shí)時(shí) 時(shí) 6 4 3 1 Gd mRe Bg S 催化劑的比表面當(dāng)量直徑 催化劑的比表面當(dāng)量直徑 S d 23 單位顆粒體積具有的表面積 單位顆粒體積具有的表面積 V S 顆粒體積 顆粒體積 S V 顆粒表面積 顆粒表面積 S S 催化劑床層空隙率 催化劑床層空隙率 B 6 d 3 R S V S S S S S V V S S VS S S S 6 S V 6d 2 傳質(zhì)過程對(duì)反應(yīng)的影響 傳質(zhì)過程對(duì)反應(yīng)的影響 對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程對(duì)連續(xù)穩(wěn)定過程 6 4 4 C kfVV R CC Sk dt dn ASSSAASAgSg A 此式將此式將關(guān)聯(lián)起來 則 關(guān)聯(lián)起來 則 ASAg C C 6 4 5 C f Sk kV CC AS Sg S ASAg 令令稱為坦克萊 稱為坦克萊 Damkohler 準(zhǔn)數(shù) 準(zhǔn)數(shù) 6 4 Sg S a Sk kV D 6 的物理意義是化學(xué)反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率之比 的物理意義是化學(xué)反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率之比 a D 當(dāng)當(dāng)外擴(kuò)散影響上升 外擴(kuò)散影響上升 a D 當(dāng)當(dāng)時(shí) 外擴(kuò)散影響趨于時(shí) 外擴(kuò)散影響趨于 0 0Da 對(duì)一級(jí)反應(yīng) 對(duì)一級(jí)反應(yīng) 24 Ag a AS ASaASAg ASAS C D1 1 C CDCC C C f 對(duì)二級(jí)反應(yīng)對(duì)二級(jí)反應(yīng) a Aga AS 2 ASaASAg 2 ASAS D2 1CD41 C CDCC C C f 其它類型的本征動(dòng)力學(xué)方程均可按同樣方法求得 其它類型的本征動(dòng)力學(xué)方程均可按同樣方法求得 之間的之間的 AgAS C C 關(guān)系即關(guān)系即 C C AgAS 有外擴(kuò)散影響的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 由有外擴(kuò)散影響的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 由 6 4 4 式 為 式 為 C C V Sk C kf C kf R AgAg S Sg AgASA 6 4 7 當(dāng)當(dāng)外擴(kuò)散控制 外擴(kuò)散控制 0Ckk ASg Agg S AggAg S Sg A Ck d 6 Ck R 3 C V Sk R 當(dāng)當(dāng)外擴(kuò)散影響可忽略 外