1气固催化反应的七个步骤

1、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表面的传质（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Cao>>cas Ca 0 r : N=kGcA0外扩散（external transfer） 的速率：NA = k Ga（c Ag-C As） N A = k ga（pAg-pAs）传质传热（Ts-T

2、0） ma=（k c/h） （- H） （c A0-C Ae）内扩散很慢Cao : cas > car= r s（c As） :r s（c a（）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 ）扩散定律专 "DaSF Da：扩散系数cm2s，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；do 10时Dk=9.7 "Or / M j ) cm2s，有效扩散系数：Dej = （D有效扩散系数：Dej = （DD K,j为克努森扩

3、散系数；T为温度,子质量综合扩散NDjm 1 _yj k=j D jkK r为微孔半径，cm M为组分j的相对分1D1/Dkj 1-ayA / Dab“Nb a = 1 -Na等分子扩散， L .DjD jmNa,Nb： A，B组分的扩散通量 yA: A组分在气相中的摩尔分率Na = -Nb，a = 01DK,j有效扩散系数：Dej = （Dr=-24有效因子有内扩散影响时的实阪应速率以颗粒外表面反应条俶本征速率计算的反圧速率卩二;心0 Vp三种有效因子5 M A.平板球形可二-札 Mg、M侑柱形% 几= £/ D客R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

4、模数的函数申=催彳匕剂的寸 X入卩二严2v任意形状催化剂通用Thiele模数 ' ' °雅c 0.4时*帀sH. 即内护煎可哄急略护3时，内亍低严童，三条 班的渐进藏重令，此对 聊二丄对于n级反应而言二1/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Em=(E+ED)/2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

5、拌速度)，从而改变外扩散传质阻力。T、cAO、t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t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V _匚xA dx=t Jdc/r(c)V厂 Fao Jo 二微分反应器：反应速度可视为常数r = - dc/dtr = - dc/dw循环无梯度反应器r(c,T) = (co-c)/.r(c,T) = (co-c)/ wS和气相产物F;综合控制Na8.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

6、相反应物在表面反应生产固相产物 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：= 4 n RkqcAG - c as) 产物层扩散：NA = -D e4 n R (dc JdR) Rs = - D e4 n R (dc JdR) rc 表面反应：r a = 4 n R2 k c Ac1.Rs-Rc.14 Rs2kG4 RsRcDe4 Rc2ks23外 扩散 rA = 4 n R2k9AG t = rBRs/3( B / a )MBkGcAs1-(Rc/Rs) t/tf = xB产物层扩散控制rA = NA=4n RRHCAR s-RJt/ T f = 1-3(1 -x b)2/3+2(1 -Xb) 2t > Rcx 1/3表面反应控制rA = 4 n kkCAG