最新反应工程第二篇课件-(天大)ppt课件
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1 绪 论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比),反应后甲醇的转化率达72%,甲醛的收率为69.2%。
试计算(1) (1) 反应的选择性;(2) (2) 反应器出口气体的组成。
解:(1)由(1.7)式得反应的选择性为:0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====(2)进入反应器的原料气中,甲醇:空气:水蒸气=2:4:1.3(摩尔比),当进A P 醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为:n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P=18.96 moln C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式,水(n W )、氧气(n O )和氮气(n N )的摩尔数分别为:n W =n W0+n P +2n C =38.30 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol1. 1. 2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇,其主副反应如下:23CO 2H CH OH +⇔23222CO 4H (CH )O H O +⇔+242CO 3H CH H O +⇔+24924CO 8H C H OH 3H O +⇔+222CO H O CO H +⇔+由于化学平衡的限制,反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇,为了提高原料的利用率,生产上采用循环操作,即将反应后的气体冷却,可凝组份变为液体即为粗甲醇,不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空,大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。
下图是生产流程示意图Bkg/h 粗甲醇原料气和冷凝分离后的气体组成如下:(mol)组分原料气冷凝分离后的气体CO 26.82 15.49H268.25 69.78CO2 1.46 0.82CH40.55 3.62N2 2.92 10.29粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百分率。
第二章气-固相催化反应宏观动力学概述在化工生产中,有许多重要的反应都是气-固相催化反应。
从上述反应可以得出气-固相催化反应的特点。
1.反应特点1)反应物和产物均为气体;2)使用固体催化剂,具有惊人的内表面;3)反应区在催化剂颗粒内表面。
2.反应步骤反应区在颗粒内部,整个反应过程是由物理过程和化学反应过程组成的,反应分5步进行。
1)反应物从气相主体扩散到颗粒外表面——外扩散;2)反应物从颗粒外表面扩散进入颗粒内部的微孔道——内扩散;3)反应物在孔道的内表面进行化学反应,反应分三步串联而成:反应物在活性位上被吸附;活性吸附态组分进行化学反应;吸附态产物的脱附4)反应产物从内表面上扩散到颗粒外表面;5)反应产物从颗粒外表面扩散到气相主体。
第1、5步称为外扩散过程,第2、4步称为内扩散过程,第3步称为本征动力学过程。
在颗粒内表面上发生的内扩散和本征动力学是同时进行的,相互交织在一起,因此称为扩散-反应过程。
3.宏观动力学气-固相催化反应速率,是反应物和反应产物在气相主体、固体颗粒外表面和内表面上进行物理过程和化学过程速率的“总和”,称之为总体速率。
气-固相催化反应动力学包含了物理过程和化学反应过程,称之为宏观动力学,其速率称为总体速率。
4.本章主要内容讨论气-固相催化反应宏观动力学的基本理论,主要内容有以下几方面。
1)催化剂颗粒内气体的扩散;2)催化剂颗粒内扩散-反应过程的关联方法——内扩散有效因子;3)宏观动力学方程,或称之为总体速率方程的建立。
第一节气-固相催化反应的宏观过程2-1 气-固相催化反应过程中反应组分的浓度分布设某反应的关键组分为A;催化剂为球形,关径R p;颗粒内活性组分均匀分布;颗粒外表面有滞流边界层;A在气相主体、颗粒外表面、内表面的浓度分别为C Ag 、C As、C Ac;平衡浓度为C A*。
1.外扩散过程扩散推动力:C Ag -C As C A 是直线分布 2. 扩散-反应过程C A 为内扩散过程和反应过程的表观浓度,是一条曲线。