第三章非均相反应ppt课件

.,第三章非均相反应与传递,流固催化反应(气固/液固/气液固)流固非催化反应(气固/液固/气液固)流流非均相反应(气液/液液),.,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,工业气-固相催化反应举例:,.,固定床反应器径向混合充分,当反应器尺寸催化剂颗粒尺寸时,近似为平推流,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,.,流化床反应器宏观上近似为一全混流反应器,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,.,需解决的问题反应器设计固定床反应器体积计算固定床反应器的平推流性质流化床反应器体积计算流化床反应器的全混釜性质重点讨论的问题气固反应器内的动力学问题,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,.,固定床：近似平推流反应器；流化床：近似全混流反应器；,床层固体颗粒,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,.,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,气固催化反应过程可描述为：,外扩散,内扩散,吸附,反应,脱附,外扩散,内扩散,气相反应物由气相主体扩散至催化剂外表面,反应物由催化剂外表面扩散至内表面,反应物在催化剂内表面发生吸附,反应物在活性中心上进行化学反应生成产物,产物从催化剂内表面发生脱附,产物从催化剂内表面向外表面扩散,产物从催化剂外表面扩散至气相主体,.,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,总体归结为：,扩散,吸附,表面反应,脱附,扩散,核心,包含扩散、吸脱附、表面反应三大过程，即物理和化学过程,.,浓度,CAg,CAs,CAc,CAe,径向位置,Rp,Rp,0,气相主体,层流区,球形催化剂颗粒,球形催化剂颗粒内反应物A的浓度分布曲线,稳定条件下：CAgCAsCAcCAe,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,.,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,外扩散控制：,CAgCAsCAcCAe,rA=kga（CAg-CAs）kga（CAg-CAe）,反应速度快，如：Pt催化剂上的NH3氧化反应、催化燃烧反应等，过程阻力取决于外扩散。,.,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,表面反应控制：,CAgCAsCAcCAe,rA=AprAs（CA）=AprAs（CAg）,反应速度慢，如铁生锈反应、或者流态化下颗粒内部反应。过程阻力取决于表面化学反应。此时反应速率称之为本证反应速率或称微观反应速率。,.,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,内扩散控制：,CAgCAsCAcCAe,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,反应速度快，而且流体流速较高，过程阻力取决于颗粒内部的传递。,：内表面利用率、效率因子或有效因子,.,3.1气固催化反应过程的控制步骤与速率方程,对于一级不可逆反应：,=有内扩散影响时的实际反应速率/以颗粒外表面反应条件按本征速率式计算的反应速率。,表明内扩散对化学反应的影响程度,，1/Djm1/Dk,j，DjDjm，分子扩散占主导地位；,r，1/DjmCAi，r0；当液相主体B浓度大于临界浓度时，反应由气相扩散控制，此时提高B浓度已对反应速率无影响。,利用气液传质平衡可求B的临界浓度：,.,3.7流体-流体反应,2.极慢反应,特点：气相反应物相间传质阻力忽略不计,气相反应物A在液相主体的浓度近似等于其溶解度，反应发生在整个液相空间，此时可视为液相均相反应，按照本证动力学过程处理。,.,3.7流体-流体反应,3.中等速率反应,特点：介于极快反应与极慢反应之间，传质对反应速率的影响不能忽略。,对于液膜进行微元物料平衡：,根据不同的反应条件以及边界条件，求出液膜内反应物的浓度分布及反应速率。,.,3.7流体-流体反应,1）二级不可逆反应,反应在液膜内形成反应区，区内反应速率为：rA=kCACB,边界条件为：界面上，l=0，CA=CAi，dCB/dl=0液相主体：l=l，CB=CBl,当反应在液膜内完成，则液膜内气相反应物浓度为0，则有：