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1、CompanyCompany LOGOLOGO第五讲第五讲气固相催化反应气固相催化反应 宏观动力学宏观动力学第五讲第五讲 主主 要要 内内 容容气固相催化反应宏观过程剖析气固相催化反应宏观过程剖析1宏观动力学方程宏观动力学方程2气固催化反应控制步骤气固催化反应控制步骤3粒内扩散与粒内扩散与4粒内扩散对复合反应选择性的影响粒内扩散对复合反应选择性的影响5粒外传质与粒外传质与Company Logo 主主 要要 内内 容容化学反应化学反应动力学动力学反应动力学反应动力学宏观反应宏观反应动力学动力学消除内外扩散消除内外扩散内外扩散存在内外扩散存在动画动画动画动画图片图片Company Logo一、气
2、固相催化反应宏观过程剖析一、气固相催化反应宏观过程剖析1. 1. 过程历程过程历程动画动画Company Logo2.2.浓度分布浓度分布CAsCAgCACAcCA0CAcCAsCAgCACA0CAcCBcCB0CBCBgCBCompany Logo2.2.浓度分布浓度分布可逆反应，在可逆反应，在r=Rr=Rd d处达平衡处达平衡r=0r=0R Rd d区为死区区为死区( (无反应无反应) )CAsCAgCA0Rp Rd 0动画动画Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo二、宏观动力学方程二、宏观动力学方程1. 宏观动力学方程的表达宏观动力学方程的表达粒内反应量等
3、于气流主体向颗粒表面的外扩量：粒内反应量等于气流主体向颗粒表面的外扩量： rA=kgSe(CAgCAS)ksSif(CAS)rA： 宏观反应速率宏观反应速率( (综合内外扩散综合内外扩散) )；kg： 外扩散传质系数；外扩散传质系数；ks： 单位内表面积上的反应速率常数单位内表面积上的反应速率常数；Se：单位体积催化剂的外表面积；单位体积催化剂的外表面积；Si: 单位体积催化剂的内表面积；单位体积催化剂的内表面积；： 内扩散效率因子或内表面利用率。内扩散效率因子或内表面利用率。Company Logo主主 要要 内内 容容对一级可逆反应对一级可逆反应对一级不可逆反应对一级不可逆反应 f(CAS
4、)=CASCompany Logo比比 较较气气- -固催化反应的宏观速率方程式（固催化反应的宏观速率方程式（global reaction rate)global reaction rate) 就如同欧姆定律中的两个电阻，总阻力为两电阻阻值之就如同欧姆定律中的两个电阻，总阻力为两电阻阻值之和，总推动力为两电阻上所受电压之和，而电流恒等于推动和，总推动力为两电阻上所受电压之和，而电流恒等于推动力与阻力的商。力与阻力的商。Company Logo2. 2. 宏观反应中颗粒的传热宏观反应中颗粒的传热( (粒外温差粒外温差) ) 颗粒内反应热等于颗粒外表面与气颗粒内反应热等于颗粒外表面与气流主体的传
5、热量：流主体的传热量：rA(HR)=ksSif(CAS)(HR)=SSe(TsTg)S：颗粒外表面对气流主体给热系数；颗粒外表面对气流主体给热系数； Ts：颗粒外表面温度；颗粒外表面温度； Tg：气流主体温度。气流主体温度。放热反应：放热反应：HRTCompany Logo3. 3. 内表面利用率内表面利用率( (内扩散效率因子内扩散效率因子) ) 由于内扩，由于内扩，CA，rA；由于平衡由于平衡CA，rA，S S内未全利用，故有内未全利用，故有=1，( (化学动力学化学动力学) )本征过程，本征过程，CA=CAS S一般：一般：01，CACAS，内扩散影响严重内扩散影响严重(CAcCAS，1
6、)Company Logo关于关于v 被称为催化剂的内表面利用率、效率因子或有效因子被称为催化剂的内表面利用率、效率因子或有效因子（effectivesseffectivess););v由于内扩散（由于内扩散（diffusiondiffusion）的存在，某些催化剂微孔表面没）的存在，某些催化剂微孔表面没有或不能完全起催化作用，内表面利用率可以理解为真正反有或不能完全起催化作用，内表面利用率可以理解为真正反应的表面占总表面的分率；应的表面占总表面的分率；v由于内扩散的存在，催化剂内孔表面的反应物浓度比颗粒表由于内扩散的存在，催化剂内孔表面的反应物浓度比颗粒表面低，与外表面浓度条件下的催化反应速
7、率相比，降低了反面低，与外表面浓度条件下的催化反应速率相比，降低了反应效率，故应效率，故也被称为催化剂的效率因子或有效因子。也被称为催化剂的效率因子或有效因子。Company Logo三、气固催化反应控制步骤三、气固催化反应控制步骤CAsCAgCAcCACA*Company Logo主主 要要 内内 容容CAsCAgCAcCACA*Company Logo主主 要要 内内 容容CAsCAgCAcCACA*Company Logo主主 要要 内内 容容CAsCAgCAcCACA*Company Logo主主 要要 内内 容容CAsCAgCAcCACA*Company Logo四、粒内扩散与四、粒
8、内扩散与Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容措施措施Company Logo主主 要
9、要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo五、粒内扩散对复合反应选择性的影响五、粒内扩散对复合反应选择性的影响Company Logo2. 连串反应连串反应Company Logo六、粒外传质与六、粒外传质与Company LCompany Logo本章本章内容内容提要提要Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company LCompany LCompany Logo内扩散内扩散Company Logo外扩散外扩散Company Logo主主 要要 内内 容容Company Logo主主 要要 内内 容容Company LogoCompanyCompany LOGOLOGOThe end
