實驗八催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子測定

1、實驗八催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的測定(精)實驗八催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的測定(精)10/10實驗八催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的測定(精)實驗八催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的測定一、實驗?zāi)康募耙饬x“多相系統(tǒng)中的化學(xué)反響與傳達(dá)現(xiàn)象”是反響工程課程的要點講課內(nèi)容之一，經(jīng)過實驗使學(xué)生認(rèn)識內(nèi)、外擴(kuò)散過程及其對反響的影響；掌握催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的見解及其實驗測定方法；認(rèn)識本征反響動力學(xué)的實驗測定方法。二、實驗原理1苯加氫氣固相催化反響方程式在Ni/Al2O3固體催化劑作用下，苯加氫反響方程式為：C6H6(g)3H2(g)1301800CC6H12(g)此反響為單調(diào)不可以逆放熱反響。在氫氣大大過分狀況下可視為擬一級反響。2內(nèi)

2、擴(kuò)散有效因子的測定在外擴(kuò)散影響已除去的基礎(chǔ)上測定催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子。經(jīng)預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)，因為本系統(tǒng)所使用的氫氣大大過分，所以在實驗溫度、流量范圍內(nèi)，外擴(kuò)散的影響均已除去。本實驗在反響管內(nèi)裝填1028目范圍內(nèi)的粒子(假定為球形顆粒)、質(zhì)量為W(g)的催化劑。在某一床層溫度（如150左右）下，經(jīng)過改變苯和氫氣的進(jìn)料流量，測定相應(yīng)的出口轉(zhuǎn)變率xA，獲得xAVP/FA0曲線。曲線上隨意一點的斜率就對應(yīng)于該轉(zhuǎn)變率下的宏觀反響速率（RA）。對一級不可以逆反響，宏觀反響速率又可寫成：(RA)kPCAG(1)式中：CAGCA0（1xA）所以：(RA)(2)kPCAG因為本征反響速率常數(shù)kP值未知，故不可以直接由式

3、（2）求出內(nèi)擴(kuò)散有效因子。依據(jù)：2R2kP(RA)R2(RA)(3)SSDeAkPCAGDeACAG式中：S為大西勒（Thiele）模數(shù);S為球形顆粒一級反響時的西勒（Thiele）模數(shù)。R為催化劑顆粒半徑、DeA為氣態(tài)苯在催化劑顆粒內(nèi)部的有效擴(kuò)散系數(shù)、（RA）為宏觀反應(yīng)速率、CAG為轉(zhuǎn)變率為xA時苯的摩爾濃度，均可由實驗測得，故由式（3）即可直接求出S（即S2）值。而3(11)(4)Stanh(S)S59所以可先假定S此時判斷獲得的2S代入式(4)2S值能否等于由式（3）求得的S2值？若不等，從頭假定S值，頻頻計算，直到相等。若相等，此時的值即為所求。三、實驗裝置及流程圖1、實驗裝置：該裝置

4、由反響系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成：反響系統(tǒng)的反響器為管式，不銹鋼材質(zhì)。反響管內(nèi)徑：20mm；長度：550mm。管內(nèi)有直徑為3mm的不銹鋼管穿過反響管的上下兩頭，以便在3mm管內(nèi)插入直徑為1mm的塏裝式熱電偶，經(jīng)過上下拉動熱電偶可測出床層內(nèi)不同樣高度處的反響溫度。預(yù)熱器直徑：10mm；長度：250mm；加熱功率：0.5kW。反響加熱爐采納三段加熱控溫方式，加熱爐直徑：220mm；長度：550mm；各段加熱功率：1kW。上下段溫度控制靈巧，恒溫區(qū)較寬。控溫與測溫數(shù)據(jù)均數(shù)字顯示。2實驗裝置流程圖15氫氣鋼瓶穩(wěn)壓閥調(diào)理閥苯計量泵轉(zhuǎn)子流量計壓力表預(yù)熱器床層測溫?zé)犭娕挤错懝艽呋瘎?填料復(fù)合床層、加熱爐上、中、下三

5、段熱電偶苯儲罐氣相色譜儀圖1.實驗流程表示圖四、實驗操作步驟1正確稱取2克1028目的催化劑，并量出該催化劑的體積，記為VPmL；再稱取克同樣目數(shù)的瓷粒子，此后平均混淆，并用量筒量取其體積，將其裝入反響管中，記錄床層高度和床層地點。再將反響器固定在反響加熱爐中。通氣體進(jìn)行試漏，直至不漏。2催化劑活化。催化劑床層溫度以25/h的升溫速率從室溫升到180,控制適合的氫氣流量（300mL/min左右）通入反響器。在180恒溫2h,此后以25/h的降溫速率降溫，到50以下時封閉氣源和電源。3計量泵苯流量的標(biāo)定。（上述三步由實驗指導(dǎo)老師開初達(dá)成）。4翻開氫氣鋼瓶減壓表，開啟氣相色譜儀，分析條件為：柱室8

6、0，進(jìn)樣器150，60橋流150MA,柱前壓力0.15MPa。翻開氫氣鋼瓶減壓表，調(diào)理穩(wěn)壓、穩(wěn)流閥，控制適合的氫氣流量（400mL/min左右），通入反響器，目的是床層溫度高升時使床層溫度平均，同時氫氣又是反響原料氣。6開啟電源開關(guān)，設(shè)置好預(yù)熱器和反響器加熱爐上、中、下三段的溫度分別為150、110、140、110左右。7調(diào)理預(yù)熱器和反響器加熱爐上、中、下三段的電流給定旋鈕，預(yù)熱器電流不超出1A，反響器加熱爐上、中、下段不超出2，電流表有電流指示表示已開始加熱。8待預(yù)熱器和反響器加熱爐上、中、下三段的溫度分別達(dá)到所設(shè)定的溫度時，開啟計量泵，泵入苯，苯的流量依據(jù)逗留時間的要求控制在某一適合的流量

7、（苯的流量可控制在0.21g/min），并要求苯和氫氣的進(jìn)料摩爾配比保持在1：6，依據(jù)此摩爾配比調(diào)理氫氣的流量。9苯在預(yù)熱器汽化并與氫氣混淆后進(jìn)入催化劑床層發(fā)生反響。因為是放熱反響，反響器加熱爐上、中、下三段的溫度均會高升，待操作一段時間，溫度堅固后，拉動床層測溫?zé)犭娕迹瑱z測整個床層的溫度散布能否在150左右且各處能否湊近等溫。不然需要對加熱爐中段給定溫度稍作調(diào)整。10當(dāng)反響器床層溫度達(dá)到所要求的溫度，且加熱爐上、中、下三段的溫度均堅固不變時，用2mL玻璃注射器對反響器出口氣體進(jìn)行取樣，注入到色譜儀中進(jìn)行熱導(dǎo)分析，獲得反響器出口氣體的構(gòu)成結(jié)果。11改變苯進(jìn)料流量，同時相應(yīng)改變氫氣進(jìn)料流量，保持

8、苯和氫氣的進(jìn)料摩爾配比不變，仍為1：6。重復(fù)實驗步驟910。12共進(jìn)行了5個流量時，可結(jié)束實驗。封閉苯計量泵，封閉加熱電源。連續(xù)通入氫氣，待床層溫度降至100以下可封閉氫氣鋼瓶，以防備溫度過高造成催化劑失活。五、實驗數(shù)據(jù)記錄：氣溫：大氣壓：MPa實驗日期：表1催化劑催化劑催化劑填料稀釋比整體積床層高目數(shù)(g)(mL)(g)(mL)(cm)表2序號氫氣流量苯流量上段溫度中段溫度下段溫度()()()(mL/min)(mL/min)設(shè)定實測設(shè)定實測設(shè)定實測1234561序號床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）

9、實測溫度()數(shù)據(jù)序號表3床層溫度散布狀況表4分析結(jié)果y1y2xAxAW/FA0(%)(%)(%)(%)(g.h/mol)六、實驗數(shù)據(jù)辦理：1反響器出口轉(zhuǎn)變率的計算設(shè)苯的流量為FA0(mol/h)，反響器出口轉(zhuǎn)變率為XA，出口氣體中，苯的質(zhì)量百分含量為y1，環(huán)己烷的質(zhì)量百分含量為y2（不考慮此中氫氣的質(zhì)量百分含量），即y1y2100%。由化學(xué)方程式：C6H6(g)3H2(g)Ni,1500CC6H12(g)反響前：(mol/h)FA0062反響后：(mol/h)FA0*(1XA)FA0*XA即：(g/h)FA0*(1XA)*78FA0*XA*8478*FA0*(1XA)13(1XA)(5)y1X

10、A)84*FA0*XA13(1XA)14XA78*FA0*(184*FA0*XA14XA(6)y2XA)84*FA0*XA13(1XA)14XA78*FA0*(113(1y1)13y2(7)化簡得:XA或XAy213y114y1和y2可經(jīng)過氣相色譜分析反響器出口氣體構(gòu)成而得。所以可經(jīng)過式(7)計算出口轉(zhuǎn)變率。2反響速率（RA）的計算由實測的xAVP/FA0曲線，可用多項式擬合，此后求導(dǎo)，任何一個xA所對應(yīng)的導(dǎo)數(shù)值就是該點的反響速率值。3有效擴(kuò)散系數(shù)DeA值苯在催化劑顆粒中的有效擴(kuò)散系數(shù)可取0.2cm2/s。七、實驗注意事項1實驗前，必定要檢查管路的氣密性，尾氣要接到室外；2實驗操作必定要按步驟進(jìn)行，防備催化劑失活；3實驗中要注意保持氫氣、苯流量的堅固；4實驗結(jié)束后，檢查水、電、氣的閥門，封閉后才能走開。八、思慮題1外擴(kuò)散阻力怎樣除去？2本征反響動力學(xué)怎樣測定？九、參照文件1陳甘棠主編.化學(xué)反響工程第一