化学反应工程教案12(化工13)-胡江良.doc

化学反应工程 课程教案课次12课时2课 型（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他授课题目（教学章、节或主题）：第4章 气固相催化反应本征动力学4.4本征动力学方程的实验测定教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1. 掌握外扩散与内扩散影响的消除方法； 2. 熟悉固定床、微分反应器和外循环反应器等各种反应器的特点；3. 掌握数学模型建立的步骤；教学重点及难点：重点：固定床、微分反应器和外循环反应器等各种反应器的特点。难点：本征动力学推导的过程。教 学 基 本 内 容方法及手段4.4本征动力学方程的实验测定从化学反应工程的观点出发，研究多相催化反应动力学的目的之一是获得所需的速率方程。所以实验测定动力学数据就是要确定最佳的动力学模型，并确定模型中的参数。4.4.1 外扩散与内扩散影响的消除在气固相催化反应过程中，一般气相主体中组分浓度（或分压）、颗粒表面组分浓度、微孔内组分浓度都是不相同的。1、外扩散影响的消除 基本原则：改变通过催化剂床层气体的线速度，减小气膜阻力。当气体线速度对反应动力学不产生影响时，即可认为消除了外扩散的影响 实验测定：一般采用变空速的方式进行2、内扩散影响的消除基本原则：改变催化剂粒度，缩短扩散距离，减小内扩散阻力。当催化剂粒度（尺寸）的变化对反应动力学不产生影响时，即可认为消除了内扩散的影响实验测定：在恒定条件下（反应器入口气体组成、温度和停留时间等），测定颗粒尺寸对反应器出口组分A转化率的影响 本征动力学测试的基本要求（1）反应气体需高度净化，严格控制有害杂质含量（2）测试用反应器应严格控温（等温或绝热）（3）根据物系特性，选取适宜分析和流量计量方法（4）严格消除内、外扩散过程的影响4.4.2 本征动力学测试常见的反应器1、 (等温)积分反应器优点：结构简单，实验方便，由于转化率高，不仅对取样和分析要求不苛刻，而且对于产物有阻抑作用和副反应的情况也易于全面考察，对实际的过程开发甚为重要。 缺点：对于热效应较大的反应，管径即使很小，仍难以消除催化剂床层内的温度梯度，而使数据的精确性受到严重影响。此外，数据处理复杂，也是一个缺点。数据处理：2、 (等温)微分反应器结构与数据处理：微分反应器与积分反应器在构造上并无原则差别，只是催化剂装量较少，转化率低(一般在10%以下)，因此可假定反应物A的消耗速率为一常数，则优点：可以直接求出反应速率；容易做到等温 。缺点：对分析精度的要求多；配料费事，若有副产物生成，其量更微，难于掌握；此外，因床层较薄，如有沟流，影响更大，所以装料时要力求均匀 。3、循环式无梯度反应器循环式无梯度反应器属于CSTR，在数据处理和计算方面比固定床积分反应器要方便得多优点：由于没有温度和浓度梯度，操作上相当于CSTR反应器，数据处理方便；反应器进出口浓度差大，易于分析；流体流速高，易于消除外扩散的影响；反应量小，热效应小，容易做到等温操作；可以使用原颗粒催化剂，研究宏观动力学4.4.5本征动力学模型（方程）的建立概述（1）根据已有理论知识和对过程的认识，提出可能的数学模型（包括机理型和经验型模型；（2）模型的筛选；（3）模型参数估计（作图法或最优化参数估计法）；（4）模型的显著性检验。（a）物理化学准则检验（b）秩和检验：（c）局部偏差检验； （d）概率统计检验：可用F或c2统计检验进行讲解作业、讨论题、思考题：名词解释固定床积分反应器、微分反应器、外循环反应器、内循环无梯度反应器简答简述数学模型的建立的四个步骤。参考资料（含参考书、文献等）化学反应工程（第二版），郭 锴， 化学工业出版社， 201