催化工程第四章-1氣固多相催(已修改)
2025-01-08 13:29 本頁(yè)面
【正文】 第四章 氣固多相催化反應(yīng) 動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 167。 1引言 一 多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容 反應(yīng)物在催化劑的作用下以怎樣的 速度 和 機(jī)理 發(fā)生催化反應(yīng)的 .(何種影響因素 ,如何影響 ,何種機(jī)理 ) 二多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn) 1 多相催化反應(yīng)是一個(gè)多步驟的過程 ,每一步驟都有各自的歷程和動(dòng)力學(xué)規(guī)律 . 2 吸附、表面反應(yīng)和脫附都是在催化劑表面上進(jìn)行的 ,吸附物種的表面濃度還不能直接測(cè)量 ,給結(jié)果帶來了近似性 3 在反應(yīng)過程中催化劑的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不斷發(fā)生變化 ,因此 ,應(yīng)在動(dòng)態(tài)中即應(yīng)該在反應(yīng)的實(shí)際 (原位 )狀態(tài)下考察催化反應(yīng) .(in situ) 三 研究多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的意義 1 為認(rèn)識(shí)催化反應(yīng)機(jī)理提供幫助 反應(yīng)物在催化劑的表面可以形成多種吸附態(tài) ,究竟是哪種吸附態(tài)在催化反應(yīng)中起關(guān)鍵作用還需用動(dòng)力學(xué)的研究加以鑒別 . 2 為現(xiàn)有催化劑的改進(jìn)和新型催化劑的設(shè)計(jì)提供依據(jù) 對(duì)于一個(gè)性能不完善的催化劑 ,確定了反應(yīng)機(jī)理 ,就等于知道了它的薄弱環(huán)節(jié) ,從而容易找到改進(jìn)催化劑的方法 . 3 為選擇反應(yīng)的最宜條件提供計(jì)算依據(jù) ,為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作、控制和最佳化提供可靠的計(jì)算方程 . 四 一些預(yù)備知識(shí) 五 1 柱塞流管式反應(yīng)器 六 (pistonflow tubular 七 reactor PFTR)中 八 的速率表達(dá)式 九 rdV= FA0dxA, 十 r為單位時(shí)間單位反 十一 應(yīng)體積內(nèi)組分 A反應(yīng) 十二 掉的摩爾數(shù) , xA組分 十三 A的轉(zhuǎn)化率 , FA0為單 十四 位時(shí)間內(nèi) ,組分 A進(jìn)入 十五 反應(yīng)器入口處的摩爾數(shù) , r= 積分 在催化反應(yīng)器中更常用催化劑重量 w的微元 dw而不用 體積微元 dV,這時(shí) 式中的反應(yīng)速率 r是單位時(shí)間在單位重量催化劑上反應(yīng)物 A所轉(zhuǎn)化掉的摩爾數(shù)。根據(jù)該式，實(shí)驗(yàn)時(shí)改變反應(yīng)物料的流速FA0，測(cè)定反應(yīng)器出口反應(yīng)物 A的轉(zhuǎn)化率 x，然后作 x對(duì) w/ FA0圖，等溫線上某點(diǎn)的斜率就代表該點(diǎn)的反應(yīng)速率。 )(0AFVddx?? fxA rdxFw00?? ? fxVA rdxFVd00 0 )( ??fxA rdxFV00)(0AFwddxr ?? 這就是反應(yīng)速率的圖解微分法。 ? 積分反應(yīng)器和微分反應(yīng)器 從上述兩個(gè)積分式來看，反應(yīng)器出口處的轉(zhuǎn)化率是整個(gè)催化劑床層各個(gè)截面轉(zhuǎn)化率積分的總結(jié)果，因此這種反應(yīng)器稱為積分反應(yīng)器。積分反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率要求高。 ? 與積分反應(yīng)器相對(duì)照的是微分反應(yīng)器，微分反應(yīng)器滿足微分操作條件，所代表的動(dòng)力學(xué)情況相當(dāng)于積分反應(yīng)器的一個(gè)截面。它與積分反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上沒有原則的區(qū)別，只是催化劑的用量較少（ 1克左右，常摻有惰性物質(zhì)），因而轉(zhuǎn)化率較低（一般在 5%左右）反應(yīng)物的濃度沿床層變化很小。 因此，可假定在該轉(zhuǎn)化率的范圍內(nèi)，整個(gè)反應(yīng)體積內(nèi)反應(yīng)速率可以近似當(dāng)作一個(gè)常數(shù)， r≈ 改變反應(yīng)物 A的進(jìn)料速率 FA0 x就要隨之發(fā)生變化，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的兩個(gè) ΔX值，利用該式，可以直接測(cè)定和計(jì)算反應(yīng)速率。實(shí)際上這是一個(gè)平均反應(yīng)速率。 循環(huán)式無梯度反應(yīng)器是理想的微分反應(yīng)器 消除了床層前后的濃度和溫度梯度，所以這樣的反應(yīng)器稱為無梯度反應(yīng)器。整個(gè)床層近似以同一個(gè)反應(yīng)速率進(jìn)行反應(yīng)，這與積分反應(yīng)器內(nèi)沿床層反應(yīng)速率逐漸變化有明顯的區(qū)別。 )/( 0AFwx?? 3 空間速度、空間時(shí)間和平均停留時(shí)間 空間速度簡(jiǎn)稱為空速 (space velocity) sv=V0/V V0為單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物料的總體 積， V為催化劑床層的體積， 空速表示單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物料的總體積與催化劑床層體積之比， 單位為時(shí) 1。 在指定的反應(yīng)條件下，空速越大表示反應(yīng)器處理物料的能力越大，因而反應(yīng)器的生產(chǎn)能力越高。一般情況下把 V0換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。 液時(shí)空速（ LHSV）和 氣時(shí)空速（ GHSV） 在流動(dòng)體系中，把空速的倒數(shù)定義為空間時(shí)間或簡(jiǎn)稱為空時(shí)，以符號(hào) τ來表示 τ=1/SV=V/V0 它表示在一定的條件下， 處理相當(dāng)于一個(gè)反應(yīng)器體積的反應(yīng)物料所需要的時(shí)間。 在許多實(shí)際體系中，可以近似的把空時(shí)看作是平均停留時(shí)間或者接觸時(shí)間。 4
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1