第七章第一二節(jié) 氣體吸收

第七章第一二節(jié)氣體吸收1第一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)氣體擴(kuò)散

氣體擴(kuò)散過程氣體擴(kuò)散過程包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散。分子擴(kuò)散－分子運(yùn)動(dòng)引起湍流擴(kuò)散－流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)引起對(duì)于吸收來說，混合氣體中的氣態(tài)污染物首先要從氣相主體擴(kuò)散到氣液界面，然后才能由界面擴(kuò)散到液相主體中。第一節(jié)氣體擴(kuò)散第二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四一、氣體在氣相中的擴(kuò)散（Gilliland方程）T－絕對(duì)溫度，KDAB－擴(kuò)散系數(shù)，cm2/sM－氣體的摩爾質(zhì)量－氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積,cm3/molA－氣體密度，g/cm3第一節(jié)氣體擴(kuò)散第三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨介質(zhì)的種類、溫度、壓強(qiáng)和濃度的不同而變化。一、氣體在氣相中的擴(kuò)散（Gilliland方程）部分氣體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)（0oC，101.33kPa）第四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量Stephan過程第五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四二、氣體在液相中的擴(kuò)散氣體在液相中的擴(kuò)散系數(shù)B－液體的粘度，cp－溶劑的締結(jié)因數(shù)，水2.6，甲醇1.9，乙醇1.5，非締結(jié)如苯、乙醚為1.0擴(kuò)散系數(shù)隨溶液濃度變化很大上式只適用于稀溶液第一節(jié)氣體擴(kuò)散第六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四二、氣體在液相中的擴(kuò)散一些氣體物質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)（20oC，稀溶液）第七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)氣體吸收氣體吸收是溶質(zhì)A從氣相傳遞到液相的相間傳質(zhì)過程，其吸收機(jī)理以雙膜理論模型應(yīng)用最廣。第八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四吸收質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積界面而被吸收劑吸收的量稱之為吸收速率。在穩(wěn)態(tài)吸收操作中，從氣相主體傳遞到界面吸收質(zhì)的通量等于從界面?zhèn)鬟f到液相主體吸收質(zhì)的通量，在界面上無吸收質(zhì)的積累和虧損。吸收傳質(zhì)速率方程一般表達(dá)為：吸收速率＝吸收推動(dòng)力×吸收系數(shù)吸收阻力與吸收系數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系。一、吸收機(jī)理第二節(jié)氣體吸收第九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四在雙膜理論模型中，pA表示組分氣相主體的分壓，pAi表示在界面上的分壓；CA及CAi分別表示組分在液相主體及界面上的濃度。將吸收過程簡化為通過氣液兩層層流膜的分子擴(kuò)散，其分子擴(kuò)散阻力就是吸收過程的總阻力。第二節(jié)氣體吸收第十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四1.氣相分傳質(zhì)速率PA、PAi——分別表示被吸收組分在氣相主體和相界面上的分壓，Pa；yA、yAi——分別表示被吸收組分在氣相主體和相界面上的摩爾分率；kA——以y-yi為推動(dòng)力的氣相分吸收系數(shù)，kmol/(m2·s);kg——以p-pi為推動(dòng)力的氣相分吸收系數(shù)，kmol/(m2·s·Pa);第二節(jié)氣體吸收第十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.液相分傳質(zhì)速率xA、xAi——分別表示被吸收組分在液相主體和相界面上的分壓，Pa；cA、cAi——分別表示被吸收組分在液相主體和相界面上的摩爾濃度，kmol/m3;kx——以x-xi為推動(dòng)力的液相分吸收系數(shù)，mol/(m2·s);kl——以c-ci為推動(dòng)力的液相分吸收系數(shù)，m/s;第二節(jié)氣體吸收第十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四3.總傳質(zhì)速率方程以一個(gè)相的虛擬濃度與另一相中該組分平衡濃度的濃度差為總傳質(zhì)過程的推動(dòng)力，穩(wěn)定吸收過程的氣相和液相總傳質(zhì)速率方程：液相總傳質(zhì)速率方程式：氣相總傳質(zhì)速率方程式：第二節(jié)氣體吸收第十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四二、氣液平衡在一定的溫度和壓力下，混合氣體中可吸收組分（吸收質(zhì)）與液相（吸收劑）接觸時(shí)，部分吸收質(zhì)向液相傳遞，稱為吸收過程；液相中的吸收質(zhì)向氣相傳遞，稱為解吸過程。當(dāng)吸收過程的傳質(zhì)速率等于解吸過程的傳質(zhì)速率時(shí)，氣液兩相就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，簡稱相平衡或平衡。溶解度：100kg水中溶解氣體的kg數(shù)第二節(jié)氣體吸收第十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四二、氣液平衡常見氣體的平衡溶解度第二節(jié)氣體吸收第十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四亨利定律

一定溫度下，稀溶液中溶質(zhì)的溶解度與氣相中溶質(zhì)的平衡分壓成正比。吸收系數(shù)由于吸收推動(dòng)力表示方法不同，吸收速率方程式呈現(xiàn)了多種不同的形式，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)了多種形式的吸收系數(shù)。第二節(jié)氣體吸收第十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四吸收系數(shù)吸收系數(shù)的不同形式第十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力－吸收系數(shù)的倒數(shù)傳質(zhì)總阻力=氣相傳質(zhì)阻力+液相傳質(zhì)阻力m—相平衡常數(shù)氣膜控制（m值很小，Ky≈ky)難溶氣體（稀堿溶液吸收CO2，水吸收O2等）液膜控制（m值很大，Kx≈kx)易溶氣體（堿或氨液吸收SO2等）對(duì)于中等溶解度的氣體，組分在氣、液兩相中所表現(xiàn)出的傳質(zhì)阻力都不可忽略。第二節(jié)氣體吸收第十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四傳質(zhì)過程吸收系數(shù)的影響因素吸收質(zhì)與吸收劑設(shè)備、填料類型流動(dòng)狀況、操作條件吸收系數(shù)的獲取實(shí)驗(yàn)測(cè)定；經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)計(jì)算第二節(jié)氣體吸收第十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四常用吸收系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式

水吸收氨屬于易溶氣體的吸收，吸收的主要阻力在氣膜中，計(jì)算氣膜體積吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：kga=6.07×10-4G0.9L0.39kga

—?dú)饽んw積吸收系數(shù)（kmol/m3·h·kpa）G、L—?dú)?、液相空塔流量（kg/m2·h)第二節(jié)氣體吸收第二十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四常用吸收系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式

常壓下用水吸收CO2屬于易難溶氣體的吸收，吸收的主要阻力在液膜中，計(jì)算液膜體積吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：kla=2.57×U0.96kla—液膜體積吸收系數(shù)（l/h）U—噴淋密度（m/h)第二節(jié)氣體吸收第二十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四常用吸收系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式用水吸收SO2屬于中等溶解度的氣體吸收，需許考慮液膜阻力和氣膜阻力。計(jì)算體積吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：kga=9.81×10-4G0.7L0.25

kla=a×L0.82氣液界面上的氣相濃度和液相濃度難以用取樣分析法測(cè)定，常用作圖法和解析法計(jì)算。第二節(jié)氣體吸收第二十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四三、物理吸收操作線方程通過對(duì)逆流操作吸收塔進(jìn)行物料衡算，可得出吸收操作線Ls—單位時(shí)間通過塔內(nèi)任一截面單位面積的吸收劑流量，kmol/(m2·s);GB—單位時(shí)間通過塔內(nèi)任一截面單位面積的惰性氣體流量，kmol/(m2·s)。y—任一截面上混合氣體中吸收質(zhì)的mol分?jǐn)?shù)；x—任一截面上吸收液中吸收質(zhì)的mol分?jǐn)?shù)。第二節(jié)氣體吸收第二十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四最小液氣比（平衡線上凸）X1*是理論上吸收液所能達(dá)到的最高濃度；第二節(jié)氣體吸收第二十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四填料塔高度計(jì)算依據(jù)過程條件進(jìn)行繪圖積分或數(shù)值積分，即可求得z值。第二節(jié)氣體吸收第二十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四四、化學(xué)吸收1.化學(xué)反應(yīng)對(duì)吸收的影響化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)溶質(zhì)進(jìn)入溶劑后因化學(xué)反應(yīng)消耗掉，溶劑容納的溶質(zhì)量增多液膜擴(kuò)散阻力降低填料表面的停滯層仍為有效濕表面若吸收過程所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是可逆的，吸收劑也可循環(huán)使用。第二節(jié)氣體吸收第二十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四縱坐標(biāo)表示液相內(nèi)A與B的濃度，過O點(diǎn)的垂直線代表氣液界面，橫坐標(biāo)代表液相內(nèi)各點(diǎn)距相界面的舉例，z1為液膜的厚度。四、化學(xué)吸收第二節(jié)氣體吸收第二十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.化學(xué)吸收的氣液平衡

氣體溶于液體，若發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，被吸收組分的氣液平衡關(guān)系既應(yīng)服從相平衡關(guān)系，也應(yīng)服從化學(xué)平衡關(guān)系。平衡濃度計(jì)算（1）吸收質(zhì)與溶劑作用（如水吸收氨）化學(xué)反應(yīng)式：AgA1＋BM1K第二節(jié)氣體吸收第二十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.化學(xué)吸收的氣液平衡平衡濃度計(jì)算（2）吸收后發(fā)生解離（如水吸收SO2和CO2）化學(xué)反應(yīng)式：AgA1＋BMK++A-KK1第二節(jié)氣體吸收第二十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.化學(xué)吸收的氣液平衡平衡濃度計(jì)算（3）吸收質(zhì)與溶劑中活性組分反應(yīng)（如Ca(OH)2溶液吸收SO2）第二節(jié)氣體吸收第三十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四3.伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收速率吸收速率在化學(xué)反應(yīng)吸收過程中，被吸收組分與吸收劑或吸收劑中的活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增大了傳質(zhì)推動(dòng)力和吸收系數(shù)，加快了吸收過程的速率。單位接觸面積的氣液間化學(xué)反應(yīng)吸收速率可表述為：K1－未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的液相傳質(zhì)分系數(shù)－由于化學(xué)反應(yīng)使吸收速率增強(qiáng)的系數(shù)相當(dāng)于選取相同的推動(dòng)力C,選用不同的傳質(zhì)系數(shù)－引入增強(qiáng)系數(shù)第二節(jié)氣體吸收第三十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四第三節(jié)氣體吸附吸附用多孔固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中的組分濃集于固體表面吸附質(zhì)—被吸附物質(zhì)吸附劑—附著吸附質(zhì)的物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：效率高、可回收、設(shè)備簡單缺點(diǎn)：吸附容量小、設(shè)備體積大第三節(jié)氣體吸附第三十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附1.吸附力－范德華力；2.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程快，瞬間達(dá)到平衡；4.放熱反應(yīng)；5.吸附可逆；第三節(jié)氣體吸附第三十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四物理吸附和化學(xué)吸附化學(xué)吸附1.吸附力－化學(xué)鍵力；2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程慢；4.升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；第三節(jié)氣體吸附第三十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四物理吸附和化學(xué)吸附同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附。若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附第三節(jié)氣體吸附第三十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四一、吸附劑吸附劑需具備的特性內(nèi)表面積大具有選擇性吸附作用高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性吸附容量大來源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能常用的工業(yè)吸附劑：活性炭、活性氧化鋁、硅膠、白土、沸石分子篩第三節(jié)氣體吸附第三十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度(kg/m3)200-600750-1000800800800800熱容(KJ/Kg·K)0.836-1.2540.836-1.0450.920.7940.794——操作溫度上限

（K）423773673873873873平均孔徑

（?）15-2518-48224513再生溫度

（K）373-413473-523393-423473-573473-573473-573比表面積（㎡/g）600-1600210-360600——————第三節(jié)氣體吸附第三十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四幾種常用的分子篩分子篩特性第三節(jié)氣體吸附第三十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四3.影響氣體吸附的因素（1）操作條件低溫有利于物理吸附；高溫利于化學(xué)吸附增大氣相壓力利于吸附（2）吸附劑性質(zhì)孔隙率、孔徑、粒度等會(huì)影響比表面積，從而影響吸附劑的吸附效果。第三節(jié)氣體吸附第三十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四（3）吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑－吸附質(zhì)不易滲入的最大直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性（4）吸附劑活性單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量靜活性－吸附達(dá)到飽和時(shí)的吸附量動(dòng)活性－未達(dá)到平衡時(shí)的吸附量3.影響氣體吸附的因素第三節(jié)氣體吸附第四十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四4.吸附劑再生加熱再生通過升高吸附劑溫度，使吸附物脫附降壓或真空解吸壓力降低時(shí)，脫附占優(yōu)勢(shì)

置換再生選擇合適的氣體，將吸附質(zhì)置換與吹脫出來

溶劑萃取選擇合適的溶劑，將吸附物溶解下來第三節(jié)氣體吸附第四十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四吸附過程的凈化效果取決于吸附平衡與吸附速率。這兩類因素是設(shè)計(jì)吸附裝置或強(qiáng)化吸附過程的關(guān)鍵。二、吸附機(jī)理第三節(jié)氣體吸附第四十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四1.吸附平衡當(dāng)吸附速度＝脫附速度時(shí)，吸附達(dá)到平衡。極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附達(dá)到平衡時(shí)，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度關(guān)系，一般用吸附等溫線或等溫吸附方程式表示。NH3在活性炭上的吸附等溫線第四十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四XT—被吸附組分的質(zhì)量與吸附劑質(zhì)量之比值P－吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓K,n－經(jīng)驗(yàn)常數(shù),實(shí)驗(yàn)確定吸附方程式弗羅德里希（Freundlich）方程（I型等溫線中壓部分）lgXT對(duì)lgP作圖為直線。由斜率1/n和截距l(xiāng)gk可求出n和k值。如斜率在0.1～0.5之間，表示吸附容易進(jìn)行，若大于2，吸附難以進(jìn)行。第三節(jié)氣體吸附第四十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四吸附方程式朗格繆爾（Langmuir）方程（I型等溫線）V－被吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積P－吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓Vm－吸附劑被覆蓋滿一層時(shí)吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積B－吸附與解析速率常數(shù)之比以P/V對(duì)P作圖為一直線，由直線的斜率1/Vm和截距1/（BVm）可計(jì)算出B與Vm。第三節(jié)氣體吸附第四十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四吸附方程式BET方程（I、II、III型等溫線，多分子層吸附）V－被吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積P－吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓P0－吸附溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓Vm－吸附劑被覆蓋滿一層時(shí)吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積C－與吸附熱有關(guān)的常數(shù)第三節(jié)氣體吸附第四十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.吸附速率吸附過程

吸附

外擴(kuò)散（氣流主體外表面）

內(nèi)擴(kuò)散（外表面內(nèi)表面）第三節(jié)氣體吸附第四十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.吸附速率外擴(kuò)散速率（吸附質(zhì)從氣流主體穿過顆粒周圍氣膜擴(kuò)散至外表面的速率）內(nèi)擴(kuò)散速率（吸附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附劑微孔表面的速率）總吸附速率方程（到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附的速率）第三節(jié)氣體吸附第四十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四三、吸附工藝與設(shè)備計(jì)算1.吸附工藝及設(shè)備吸附工藝按吸附劑在吸附器中的工作狀態(tài)可分為固定床、流動(dòng)床、沸騰（流化）床吸收過程。按操作過程的連續(xù)性可分為間歇吸附與連續(xù)吸附過程。第三節(jié)氣體吸附第四十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四1.吸附工藝與設(shè)備計(jì)算(1)固定床在氣體凈化中最常用的是將兩個(gè)以上的固定床組成一個(gè)半連續(xù)式吸附流程。污染氣體連續(xù)通過床層，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)，可切換到另一個(gè)吸附器進(jìn)行吸附。第三節(jié)氣體吸附第五十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四

(2)移動(dòng)床

控制吸附劑在床層中的移動(dòng)速度，使凈化后的氣體達(dá)標(biāo)排放。吸附了污染物的吸附劑送入脫附器中進(jìn)行脫附，再送入吸附器旋使用。1.吸附工藝與設(shè)備計(jì)算第三節(jié)氣體吸附第五十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四(3)流化床吸附劑在多層流化床吸附器中借助于被凈化氣體較大的氣流速度使其懸浮呈流態(tài)化狀態(tài)。流化床生產(chǎn)能力大，適合治理連續(xù)性、大氣量的污染源。1.吸附工藝與設(shè)備計(jì)算第三節(jié)氣體吸附第五十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.固定床吸附計(jì)算(1)固定床吸附器內(nèi)的濃度分布

含有一定濃度的污染物氣流，連續(xù)通過固定床吸附器，在不同的時(shí)間內(nèi)，吸附床不同介面處氣流中污染物的濃度分布如圖所示。第三節(jié)氣體吸附第五十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.固定床吸附計(jì)算(2)保護(hù)作用時(shí)間a－靜活度，％S－吸附層截面積,m2L－吸附層厚度,m－吸附劑堆積密度，kg/m3v－氣體流速，m/s－污染物濃度，kg/m3

－保護(hù)作用時(shí)間損失；h－死區(qū)長度希洛夫方程:（假定吸附層完全飽和）

第三節(jié)氣體吸附第五十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四(3)吸附床長度假定條件等溫吸附低濃度污染物的吸附吸附等溫線為第三種類型吸附區(qū)長度為常數(shù)吸附床的長度大于吸附區(qū)長度2.固定床吸附計(jì)算第三節(jié)氣體吸附第五十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四吸附床長度L0－吸附區(qū)長度WA－穿透至耗竭的惰性氣體通過量WE－耗竭時(shí)的通過量(1-f)－吸附區(qū)內(nèi)的飽和度2.固定床吸附計(jì)算第三節(jié)氣體吸附第五十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四(4)吸附器的壓力損失氣流通過吸附器的壓力損失取決于吸附劑的形狀、大小、床層厚度以及氣體流速。2.固定床吸附計(jì)算第三節(jié)氣體吸附第五十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四移動(dòng)床吸附器是在固體吸附劑和含污染物氣體的連續(xù)逆流中完成吸附過程的。移動(dòng)床吸附器的計(jì)算主要是確定吸附區(qū)的高度和吸附劑的用量。3.移動(dòng)床吸附計(jì)算第三節(jié)氣體吸附第五十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四第四節(jié)氣體催化凈化含塵氣體通過催化床層發(fā)生催化反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化為無害或易于處理的物質(zhì)應(yīng)用工業(yè)尾氣和煙氣去除SO2和NOx有機(jī)揮發(fā)性氣體VOCs和臭氣的催化燃燒凈化汽車尾氣的催化凈化第四節(jié)氣體催化凈化第五十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四一、催化作用和催化劑1.催化作用改變反應(yīng)歷程，降低活化能提高反應(yīng)速率

（阿累尼烏斯方程）顯著特征對(duì)于正逆反應(yīng)的影響相同，不改變化學(xué)平衡。可縮短達(dá)到平衡的時(shí)間。選擇性第四節(jié)氣體催化凈化第六十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四2.催化劑催化劑—加速化學(xué)反應(yīng)，而本身的化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)

（1）組成：活性組分＋助催化劑＋載體第六十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四（2）催化劑的性能活性—是催化劑效能大小的標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)上，催化劑的活性常用單位體積（或質(zhì)量）催化劑在一定條件下（溫度、壓力、空速和反應(yīng)物濃度），單位時(shí)間內(nèi)所得的產(chǎn)品量表示：W－產(chǎn)品質(zhì)量WR－催化劑質(zhì)量t－反應(yīng)時(shí)間選擇性第四節(jié)氣體催化凈化第六十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四（2）催化劑的性能穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性表示方法：壽命老化活性組分的流失、燒結(jié)、積炭結(jié)焦、機(jī)械粉碎等中毒對(duì)大多數(shù)催化劑，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb第四節(jié)氣體催化凈化第六十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四二、氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過程(1)反應(yīng)物從氣流主體-催化劑外表面(2)進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散(3)反應(yīng)物在催化劑的表面上被吸附(4)吸附的反應(yīng)物轉(zhuǎn)為為生成物(5)生成物從催化劑表面脫附下來(6)脫附生成物從微孔向外表面擴(kuò)散(7)生成物從外表面擴(kuò)散到氣流主體 (1),(7)：外擴(kuò)散；(2),(6)內(nèi)擴(kuò)散 (3),(4),(5)：動(dòng)力學(xué)過程第四節(jié)氣體催化凈化第六十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化劑反應(yīng)動(dòng)力學(xué)催化劑中的濃度分布第四節(jié)氣體催化凈化第六十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化劑反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第四節(jié)氣體催化凈化第六十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化劑反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度取決于帶^反應(yīng)(最慢反應(yīng))，其它都達(dá)到平衡例：A＋BR＋SA的吸附：B的吸附：表面反應(yīng)：R的脫附：S的脫附：表面反應(yīng)控制吸附或脫附控制第四節(jié)氣體催化凈化第六十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程表面化學(xué)反應(yīng)速率對(duì)于催化床NA－反應(yīng)物A的流量，kmol/hVR－反應(yīng)氣體體積，m3x－轉(zhuǎn)化率L－反應(yīng)床長度，mA－反應(yīng)床截面積，m2Q－反應(yīng)氣體流量，m3t－接觸時(shí)間，hcA0－反應(yīng)物的初始濃度,kmol/m3第四節(jié)氣體催化凈化第六十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程宏觀動(dòng)力學(xué)方程外擴(kuò)散的傳質(zhì)速率KG－擴(kuò)散系數(shù)，m/hSe－單位體積催化劑的外表面積，m2/m3φa－催化劑的有效表面系數(shù)；球形φa＝1CAG－主氣流中反應(yīng)物A的濃度，mol/m3CAS－催化劑外表面上A的濃度，mol/m3第四節(jié)氣體催化凈化第六十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程宏觀動(dòng)力學(xué)方程內(nèi)擴(kuò)散反應(yīng)速率Ks－反應(yīng)速率常數(shù)η－催化劑有效系數(shù)Si－單位體積催化劑的內(nèi)表面積,m2/m3f－與濃度分布有關(guān)的函數(shù)第四節(jié)氣體催化凈化第七十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程催化劑有效系數(shù)反應(yīng)催化劑微孔內(nèi)濃度分布對(duì)反應(yīng)速率的影響在內(nèi)擴(kuò)散的影響下催化劑微孔內(nèi)表面上反應(yīng)物很低，沿微孔方向降至平衡濃度催化劑內(nèi)表面積并未充分利用η值較小第四節(jié)氣體催化凈化第七十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程催化劑有效系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定s－齊勒模數(shù)R－催化劑特征長度Kv－反應(yīng)速率常數(shù)Deff－內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算法等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，球形催化劑若s很小，1，說明內(nèi)擴(kuò)散的影響可以忽略；反之不容忽視第四節(jié)氣體催化凈化第七十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程催化劑有效系數(shù)一級(jí)不可逆反應(yīng)第四節(jié)氣體催化凈化第七十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四內(nèi)外擴(kuò)散的影響外擴(kuò)散控制降低催化劑表面反應(yīng)物濃度，從而降低反應(yīng)速度表現(xiàn)因數(shù)：KG消除方法提高氣速，以增強(qiáng)湍流程度，減小邊界層厚度氣速提高到一定程度，轉(zhuǎn)化率趨于定值，外擴(kuò)散影響消除－下限流速第四節(jié)氣體催化凈化第七十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四內(nèi)外擴(kuò)散的影響內(nèi)擴(kuò)散控制降低催化劑內(nèi)反應(yīng)物濃度，從而降低反應(yīng)速度表現(xiàn)因數(shù)：η消除方法盡量減小催化劑顆粒大小粒徑減小到一定程度，轉(zhuǎn)化率趨于定值，內(nèi)擴(kuò)散影響消除第四節(jié)氣體催化凈化第七十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)停留時(shí)間決定反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率由催化床的空間體積、物料的體積流量和流動(dòng)方式?jīng)Q定VR－催化劑體積,m3Q－反應(yīng)氣體的實(shí)際體積流量,m3/hε－催化床空隙率,%第四節(jié)氣體催化凈化第七十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)反應(yīng)器的流動(dòng)模型活塞流、混合流實(shí)際流態(tài)介于兩者之間反應(yīng)器內(nèi)每一點(diǎn)的流態(tài)各不相同，停留時(shí)間各異不同停留時(shí)間的物料在總量中所占的分率具有相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分布－停留時(shí)間分布函數(shù)工業(yè)上，連續(xù)釜式反應(yīng)器－理想混合反應(yīng)器；徑高比大的固定床－活塞流反應(yīng)器第四節(jié)氣體催化凈化第七十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)空間速度單位時(shí)間通過單位體積催化床的反應(yīng)物料體積VR－催化劑體積,m3QN－標(biāo)態(tài)下反應(yīng)氣體體積流量,m3/h接觸時(shí)間－空間速度的倒數(shù)第四節(jié)氣體催化凈化第七十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期四催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法將催化床作為一個(gè)整體利用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)通過中間實(shí)驗(yàn)確定最佳工藝條件VR－催化劑體積,m3QN－標(biāo)態(tài)下反應(yīng)氣體體積流量,m3/h