第四章气-固相催化反应宏观动力学

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第四章气－固相催化反应宏观动力学
在多孔催化剂进行的气－固相催化反应由下列几个步骤所组成： ① 反应物从气相主体扩散到催化剂颗粒的外表面。

② 反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散。

§一、布。

死区：可逆反应，催化剂颗粒中反应物可能的最小浓度是颗粒温度夏的平衡浓度C *A ,如果在距中心半径R d 处反应物的浓度接近平衡浓度，此时，在半径R d 颗粒内催化反应速率接近于零，这部分区域称为“死区”。

0 R P
R P
二、内扩散有效固子与总体速率
内扩散内表面上的催化反应
}同时进行，使催化剂内各部分的反映速率并不一致，越接近于外表面，反
应物浓度↗，产物浓度↘，颗粒处于等温时，越接近于外表面，单位内表面上催化反应速率↗，内扩散有效因子（或内表面利用率）ζ：
等温催化剂单位时间颗粒中实际反应量与按外表面组分浓度及颗粒内表面积计
K S S i S e K G g A )(γ§一、分子扩散：
20
102-≤γλ
纽特逊扩散（Knudsen ）
1020
≥γλ
构型扩散nm a 0.1~5.0=γ与分子大小相当，扩散系数与分子构型有关
表面扩散（重点了解分子扩散与纽特逊扩散，简要提及构型扩散与表面扩散）
二、分子扩散
Fick 定律dx dy G D dx dC D J A AB A AB A -=-= 三、纽特逊扩散
直圆孔中Knudsen 扩散系数D K 可按下式估算：
V D a k γ3
2=
cm 2
/s 式中V 又V R λ一、二、 有效扩散系数 θ为孔隙率，σ为曲折因子。

§4.3内扩散有效因子
内扩散过程实际为扩散与反应耦合过程，是催化反应宏观动力学的主要研究内容。

早在1939年，梯尔（Thiele ）就提出球形催化剂内进行一级不可逆反应时反应一扩
散方程及其解析解。

一、 球形催化剂颗粒内反应－扩散方程 1、
浓度分布微分方程
取半径为R ，厚度dR 的微元壳体，定态时，
R (4π无“死区”{0
0C C R R AS
A P ===dR
dC
R A 时，＝时， 有“死区”{0
00C C R R *
AS
A P =====dR
dC C C R A A A ，时，＝时， 2、
温度分布微分方程
dR R e dR dT dR R +⋅+(
)(42λπ－R e dR
dT
R )(42λπ⋅＝R A s i H C f k s dR R ∆-⋅
⋅)()1()4(2επ H ∆为反应热，放热反应其值为负，吸热反应，其值范围正，化简
边界条件：{
S
P T T R R dR
dT
====时，时，0
0R 联立以上两微分方程：)]([()(22dR
dT
R dR d H dR dC R dR d D R e A eff A ∆=λ，
为0
非均相催化过程（反应条件和定时产率的规范值以及反应器类型）。