1气固催化反应的七个步骤

1气固催化反应的七个步骤 1）气体反应物通过滞留膜向催化剂颗粒面的传质(外扩散) 2） 气体沿微孔向颗粒内的传质(内扩散) 3）气体反应物在微孔表面的吸附 4）吸附反应物在催化剂表面的反应 5）吸附产物的脱附 6）气体产物沿微孔向外扩散(内扩散) 7）气体产物穿过滞流膜扩散到气流主体(外扩散) 1,7为外扩散过程 2,6为内扩散过程 3,4,5为化学动力学过程 (本征动力学） 2颗粒反应速率 外扩散很慢 cA0>>cAscA0 rNA=kGcA0 外扩散（external transfer)的速率： NA = kGa(cAg-cAs) NA = kga(pAg-pAs) 传质 传热(Ts-T0)max=(kG/h) (-H) (cA0-cAe) 内扩散很慢 cA0 cAs > cA     r=rs(cAs) rs(cA0) 3分子内扩散 气体在催化剂内的扩散属孔内扩散，根据孔的大小分为两类：孔径较大时，为一般意义上的分子扩散；孔径较小时，属克努森（Knudson）扩散 费克（Fick）扩散定律 ※当微孔孔径远大于分子平均自由程时，扩散过程与孔径无关，属分子扩散。 ※努森扩散 、                                            DK,j为克努森扩散系数； T为温度， K r为微孔半径，cm Mj为组分j的相对分子质量 ※综合扩散 有效扩散系数：Dej = (  / t) D    4有效因子 三种有效因子 平板 球形 柱形 柱状催化剂的特征尺寸R/2 等温条件下，催化剂有效因子是Thiele模数的函数  任意形状催化剂通用Thiele模数 对于n级反应而言    = 1/ 在内扩散影响严重的情况下，表观反应级数都向一级靠拢。， 内扩散严重时，宏观反应活化能是本征活化能的一半 原因：通常情况下，反应的活化能远大于扩散活化能 5内扩散对反应的影响 平行反应 若两反应均为一级反应，则选择性不受扩散的影响若两反应级数不同，则内扩散降低高级数反应的选择性串联反应 对连串反应，内扩散导致选择性下降。 6.消除内外扩散 外扩散：    改变气速（搅拌速度），从而改变外扩散传质阻力。 T、cA0、τ不变， 改变进料的质量流速G ，若流速G的改变不再改变反应速度，则消除外扩散。内扩散：用改变粒度的办法来消除内扩散的影响。    在恒定的空时τ下，粒径不再影响转化率时，内扩散的影响消除。7反应器 积分反应器 = t dc/r(c) 微分反应器: 反应速度可视为常数 r = - dc/dt r = - dc/dw 循环无梯度反应器 r(c,T) = (c0-c)/ r(c,T) = (c0-c)/ w 8. 缩芯模型的描述 气相反应物通过气膜扩散到外表面； 气体反应物通过产物层扩散到芯表面； 气相反应物与固相反应物在表面反应生产固相产物S和气相产物F； 气相产物通过产物层扩散到外表面； 气相反应物扩散穿过气膜到达气流主体； 动力学模型外扩散：NA ＝ 4πRs2kG(cAG - cAs) 产物层扩散：NA = -De4πRs2(dcA/dR)Rs = - De4πRc2(dcA/dR)Rc 表面反应：rA = 4πRc2 k cAc 综合控制         外 扩散rA = 4πRs2kGcAG     t = [rBRs/3(β/α)MBkGcAs][1-(Rc/Rs)3] t/tf = xB 产物层扩散控制rA = ＮA=4πRsRcDeCAG/(Rs-Rc) t/τf = 1-3(1-xB)2/3+2(1-xB) 表面反应控制    rA = 4πRc2kCAG 、 粒径缩小的缩芯模型： 气相反应物通过气膜扩散到芯表面； 气相反应物与固相反应物在表面反应生成气相产物F； 气相产物通过扩散穿过气膜到达气流主体：