第14章非均相化反应器

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第6章非均相流固反应器

❖固定床反应器：固体催化剂颗粒堆积起来静止不动，反应气体自上而下流过床层；
3
❖流化床反应器：
流化床
固体催化剂颗粒被
自下而上流动的气体反应物夹带而处于剧烈运动的状态。
4
绝热式固定床反应器
① 结构简单 ② 高空速 ③ 很少催化剂损耗 ④ 很小气固返混 ⑤ 较长的扩散时间及距离 ⑥ 高床层压降 ⑦ 床内取热供热困难 ⑧ 催化剂取出更新困难
① 外扩散 ② 内扩散 ③ 吸附 ④ 表面反应 ⑤ 脱附 ⑥ 内扩散 ⑦ 外扩散
12
外扩散、内扩散是物理过程；吸附、脱附和表面反应则是化学过程，又称为动力学过程或表面过程。以上七个步骤是前后串联的。
外扩散内扩散吸附表面反应脱附内扩散外扩散表面过程
13
七个步骤中，速率特别慢的一步称为控制步骤。该速率决定实际反应所达到的速率。控制步骤是一个扩散过程，则称为扩散控制，又称传质控制；控制步骤是吸附、表面反应或脱附，则称为动力学控制。动力学控制又可分为吸附控制、表面反应控制和脱附控制。
第6章非均相流固催化反应器
1
6.1 概述
流固催化反应器是气相或/和液相反应物借助于固相催化剂进行反应的设备，包括气-固、气-液-固、液-固三类催化反应器。
气固相催化反应器可分两大类：固定床反应器和流化床反应器。
由于这两类反应器中固体催化剂颗粒运动状态不同，其反应性能也有显著差别。
本章主要叙述气-固相反应的概念、特征及反应器计算 2
③ 反应器操作弹性与容积生产能力较大。
7
相对于流化床反应器，固定床反应器缺点：
① 催化剂颗粒较大，有效系数较低； ② 催化剂床层传热系数较小，容易产生局
部过热； ③ 催化剂的更换费事，不适于容易失活的

非均相反应器

固定床催化反应器结化构剂层示温意度分图布接近于较理想的状况。（双套管催化床）
自热式固定床反应器
自热式反应器在开车时需要外部热源。
甲烷化炉
34
固定床催化反应器的热点温度及降低措施
概念：沿固定床催化剂床层轴向上，存在温度分布（如下图），其中最高温度称为热点温度。
轴向的温度分布主要决定于沿轴向各点的放热速率和管外载热体的移热速率。
46
床层内空隙率径向分布不均匀，引起各处的流速不同，因而床层内各处的传热和停留时间也不一样。为减少壁效应的影响，设计时要求床层直径至少要大于颗粒直径的 8 倍以上。
47
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.3.2 固定床反应器内的流体流动特性固定床反应器内的流体流动直接影响床层的压力降和传递过程，并最终影响反应结果。
当流速较低时，床层固体颗粒静止不动，颗粒之间仍保持接触，床层的空隙率及高度都不变，流体只在颗粒间的缝隙中通过
固定床
流速继续增大，当流体通过固体颗粒产生的摩擦力与固体颗粒的浮力之和等于颗粒自身重力时，床层略有膨胀，但颗粒不能自由运动，颗粒间仍处于接触状态，
当流速进一步增加到高于初始流化的流速时，颗粒全部悬浮在向上流动的流体中，即进入流化状态。此时床层高度发生变化，但存在明显的上界面
（5）形状系数 s
催化剂颗粒的形状系数定义为：球形颗粒的外表面积与体积相同的非球形颗粒的外表面积之比，即
s
As Ap
（6-7）
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
2. 床层空隙率空隙率是催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比，可用式(6-8)进行计算。
(6-8)

化学反应工程第六章非均相反应器(上)

流化床反应器62流化床反应器63固定床反应器61第六章非均相反应器其他非均相反应器简介6461固定床反应器611固定床反应器的特点固定床反应器无论塔式还是管式均垂直设置气体由顶部进入流动方向与重力方向一致这样可以防止气体冲动床层造成催化剂分布不均匀和催化剂的磨损带出同时有利于反应器中可能形成的液态物质的排除
6.1.5 固定床反应器的工艺计算
(4)管间采用道生油强制外循环换热。道生油进口温度 503K，出口温度508K,道生油对管壁给热系数α0可取 2717kJ／(m2·h·K)。 (5)催化剂为球形，直径dP为5mm，床层空隙率ε为0.48。 (6)年工作7200h，反应后分离、精制过程回收率为90％，第一反应器所产生环氧乙烷占总产量的90%。
6.1.2 固定床反应器的类型
气流不是沿轴向而是沿径向通过催化剂床层，这种流程可以解决床层过高、走轴向压力降过大的问题，该合成塔床层阻力小、可以采用大气量、小颗粒催化剂，利于减小内外扩散的阻力，强化传质，因此特别适用于大中型生产规模的场合。
图6-7 径向反应塔示意图
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.4.1 固定床中的传质内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是 CAg≈CAs>> CAc≈CAeq 。
外扩散的控制过程传质速度（外扩散速度）即为总反应速度。外扩散控制发生的场合是颗粒小，气速小、温度高。外扩散控制过程浓度分布的特征是
CO2 52.67+3.26=55.93kmol/h
N2
566.35kmol/h
C2H4O 3.16kmol/h

反应器基本理论课件

反器基本理
• 反应器概述 • 反应器的基础理论 • 反应器的类型与选择 • 反应器的操作与优化
反器概述
01
反应器的定义和分类
分类
连续反应器（Continuous Reactor）：反应物以稳定流速连续加入，产物也连续流出。
定义：反应器是一种用于进行化学反应的设备或系统，通过控制反应条件来促进化学反应的进行，并获取所需的产物。
批式反应器（Batch Reactor）：反应物一次性加入，反应完成后产物一次性取出。
半连续反应器（Semi-Batch Reactor）：反应物一部分连续加入，一部分批次加入。
反应器在化工流程中的地位
01
02
03
核心设备
反应器是化工流程中的核心设备之一，直接影响产品质量和生产效率。
反应条件控制
评估指标
评估反应器性能的主要指标包括反应器的转化率、选择性、产率等。此外，还需关注反应器的能耗、设备寿命、操作稳定性等方面的指标。在实际应用中，需根据具体反应体系和需求，综合权衡各方面因素，选择最适合的反应器类型和设计参数。
04
反器的操作
化
反应器的稳态操作
稳态操作定义
指的是反应器在连续、稳定的状态下进行操作，各参数不随时间变化。
适用场景
非均相反应器适用于涉及固-液、固气等反应体系的反应过程，如催化裂化、气体吸附等。
反应器的选择与评估
选择因素
在选择反应器时，需要考虑反应物的性质、反应条件、产物要求等因素。例如，对于快速反应，宜选择均相反应器；对于慢反应，宜选择非均相反应器。同时，还需考虑反应器的传热、传质性能，设备的投资与运行成本等因素。
非理想流动模型
分析实际反应器中可能出现的非理想流动现象，如返混、死区等，以及这些现象对反应器性能的影响。

液-液非均相反应器研究进展

液-液非均相反应器研究进展
马韶阳;徐涵卓;张亮亮;孙宝昌;邹海魁;罗勇;初广文
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2024(75)3
【摘要】化学工业生产过程中涉及众多液-液非均相反应体系,因其反应过程发生于两相界面,反应效果通常取决于相间传质效率及混合程度。

由于大多数液-液非均相反应过程复杂,所用反应器的传质和混合性能对反应过程有很大影响。

近年来,可通过强化液-液非均相反应进而提升产品质量,液-液非均相反应器的研发备受关注。

综述了用于液-液非均相反应体系的传统反应器及过程强化反应器的研究进展,通过对比传统反应器及过程强化反应器的特性,总结了各类反应器的适用范围和优化策略,提出了采用过程强化技术助力液-液非均相反应安全性提升的可行途径。

【总页数】16页(P727-742)
【作者】马韶阳;徐涵卓;张亮亮;孙宝昌;邹海魁;罗勇;初广文
【作者单位】北京化工大学教育部超重力工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051
【相关文献】
1.高粘度物料固液非均相反应器的设计与应用
2.固液非均相反应器RTD研究
3.固液非均相硝化反应器最佳中试规模的研究
4.贵金属液相非均相催化氧化甘油制备二羟基丙酮的研究进展
5.液相非均相混合过程技术研究进展
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非均相催化氧化课件

催化剂的活性组分
金属元素
如铂、钯、铱等贵金属和铜、铁、钴等过渡金属，具有催化活性的中心。
非金属元素
如氧、硫、磷等，作为氧化还原中心或酸性中心参与催化反应。
催化剂的载体
硅酸盐载体
如硅藻土、石英等，具有良好的热稳定性和化学稳定性。
活性碳载体
具有较大的比表面积和良好的孔结构，能够提高催化剂的分散度和活性。
有机物的选择性氧化
总结词
非均相催化氧化在有机物的选择性氧化中具有独特优势，可以实现高选择性、高收率的氧化反应。
详细描述
在有机物的选择性氧化中，非均相催化氧化能够有效地控制反应条件，使有机物在氧化过程中只发生特定的反应，从而获得高纯度、高附加值的氧化产物。这种方法在制药、精细化工等领域具有广泛的应用前景。
探究催化剂表面的活性中心，理解活性中心与反应物之间的相互作用机制，为催化剂的设计和优化提供理论支持。
反应动力学
研究反应的动力学过程，建立反应速率方程，为反应条件的优化和控制提供依据。
反应过程的优化与控制
反应条件优化
通过实验研究，探索最佳的反应温度、压力、浓度等条件，提高反应效率和产物选择性。
实验流程
反应物通入反应器，在催化剂的作用下进行氧化反应，产物通过收集系统进行收集，同时对反应温度、压力进行控制和监测。
实验操作方法
催化剂装填
按照实验要求，将催化剂装填入反应器中。
反应物通入
将反应物通入反应器中，调整流量和温度。
氧化反应
在催化剂的作用下进行氧化反应。
产物收集
对产物进行收集，记录数据。
求。
多功能催化剂
研究能够同时实现多种催化功能的催化剂，如氧化还原、酸碱催化等，以提高催化效率。

非均相光芬顿体系的建立与内循环流化床反应器的研究

非均相光芬顿体系的建立与内循环流化床反应器的研究一、本文概述随着环境保护和可持续发展的日益重视，高效、绿色的废水处理技术成为了研究的热点。

在众多高级氧化技术中，光芬顿反应以其强大的氧化能力和环境友好性受到了广泛关注。

然而，传统的均相光芬顿体系存在反应速率慢、催化剂难以回收、易产生二次污染等问题。

为了解决这些问题，本文提出了一种非均相光芬顿体系，并深入研究了内循环流化床反应器在该体系中的应用。

本文首先概述了非均相光芬顿体系的基本原理和研究现状，指出了传统均相光芬顿体系存在的问题和挑战。

然后，详细介绍了非均相光芬顿体系的建立过程，包括催化剂的选择、制备和表征，以及反应条件的优化。

在此基础上，进一步探讨了内循环流化床反应器的设计原理和结构特点，并通过实验验证了其在非均相光芬顿体系中的应用效果。

本文的研究旨在为非均相光芬顿体系在实际废水处理中的应用提供理论基础和技术支持，为推动绿色、高效的废水处理技术发展提供新的思路和方法。

本文的研究成果也有助于促进环境保护和可持续发展的实现，具有重要的社会意义和经济价值。

二、非均相光芬顿体系理论基础非均相光芬顿体系是一种高级氧化技术，结合了光催化与芬顿反应的优势，旨在提高污染物的降解效率和矿化度。

其理论基础主要源自光催化、芬顿反应以及两者的协同作用。

光催化过程中，光敏催化剂如TiO₂在受到光能激发后，会产生电子-空穴对。

这些电子-空穴对具有很高的氧化还原活性，可以引发一系列氧化还原反应。

当这些反应发生在水溶液中时，可以产生羟基自由基（·OH）等强氧化剂，从而实现对有机污染物的降解。

芬顿反应则是一种利用亚铁离子（Fe²⁺）和过氧化氢（H₂O₂）在酸性条件下发生反应，产生高活性的羟基自由基（·OH）。

羟基自由基具有很强的氧化能力，可以无选择性地氧化大多数有机污染物，甚至可以将它们完全矿化为二氧化碳和水。

在非均相光芬顿体系中，光催化与芬顿反应相互协同，共同促进污染物的降解。

反应工程原理

第一节反应器与反应操作
③空间时间（空时、空塔接触时间）(space time) 反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。空间时间
V / qV
(11.1.1)
注意： • 具有时间的单位，但不是反应时间也不是接触时间 • 可视为处理与反应器体积相同的物料所需要的时间。 τ＝30s 表示了什么？每30s处理与反应器有效体积相等的流体
反应量 -rAV
qnA0 qV cA0
浓度cA，cB 体积V
第一节反应器与反应操作
（四）有关反应器操作的几个工程概念 ①反应持续时间 (reaction time)：简称反应时间，主要用于间歇反应器，指达到一定反应程度所需的时间。 ②停留时间 (retention time)：亦称接触时间，指连续操作中一物料“微元”从反应器入口到出口经历的实际时间。平均停留时间：在实际的反应器中，各物料“微元” 的停留时间不尽相同，存在一个分布，即停留时间分布。各“微元”的停留时间的平均称平均停留时间。
第III篇反应工程原理
将化学和生物反应原理应用于污染控制工程，需要借助适宜的装置，即反应器来实现。系统掌握反应器的基本类型及其操作原理和设计计算方法，对于优化反应器的结构型式、操作方式和工艺条件，提高污染物去除效率有重要意义。本篇主要阐述化学与生物反应的计量学、动力学及其研究方法，环境工程中常用的各类化学和生物反应器及其基本设计计算方法等。
第一节反应器与反应操作
四、反应器内反应物的流动与混合状态
在实际的反应器中，一般存在浓度、温度和流速的分布，从而可能造成不同的“流团”间有不同的停留时间、组分、浓度和反应速率。(例子：同时进场以班为单位顺序出场；跳球抽号机) 返混(back mixing)：处于不同停留时间的“流团”间的混合称返混。混合后形成的新“流团”的组分和浓度与原来的“流团” 不同，反应速率亦可能随之发生变化，这将影响整个反应器的反应特性。

反应器基础知识—化学反应器的类型

反应过程进行的条件
操作温度：等温反应、变温反应。操作压力：常压反应、加压反应、减压反应。操作方式：间歌式、连续式、半连续式。旗热方式：自热式、对外换热式、绝执斗。
相的类别和数目
根据反应过程中所涉及的物料的相态可把反应分为均相反应和非均相反应。均相度应：指反应过程中只存在一个相态。如气相反应、液相反应、固相反应。均相反应：反应过程中不只存在一个相态。如气液相反应、液固相反应、气-液-固三相反应、气-固相反应。
反应速率除考虑温度、浓度等因素外，还与相间传质速率有关。
2. 按反应器结构分类（a）釜式反应器；（b）管式反应器；（c）固定床反应器；（d）流化床反应器；（e）塔式反应器：板式塔、填料塔、鼓泡塔、喷雾塔
实质是按传递过程的特征分类，相同结构反应器内物料具有相同流动、混和、传质、传热等特征。
。
常见的工业反应器
均相间歇反应器
半间歇反应器
连续搅拌反应器组合
轴向填充床催化反应器
流化床催化反应器
一、化学反应类型：
化学反应类型
操作温度：操作压力：操作方式：换热方式：
均相反应：非均相反应：
反应特性
反应机理：简单反应（只发生一个化学反应）、复杂反应（不只发生一个反应，如平行反应、连串反应、自催化反应）。反应级数：零级反应、一级反应、二级反应、分数级反应等。不同级数的反应，反应浓度对反应速率的贡献不同。反应分子数：单分子反应、双分子反应、三分子反应等。可逆性：可逆反应、不可逆反应。热效应：吸热反应、放热反应。
均相：气相：如石油烃管式裂解炉液相：如乙酸丁酯的生产
非均相： g-l相：如苯的烷基化 g-s相：如合成氨 l-l相：如已内酰胺缩合 l-s相：如离子交换 g-l-s相：如焦油加氢精制

非均相催化反应的动力学研究进展

非均相催化反应的动力学研究进展动力学研究是化学领域中的重要分支之一，主要研究反应速率、反应机理以及反应动力学等相关问题。

在催化反应领域，非均相催化反应是一项重要的研究课题。

本文将探讨非均相催化反应的动力学研究进展，并对其相关研究进行概述。

一、简介非均相催化反应是指在反应中，催化剂与反应物处于不同的物理态，如固体催化剂与气体或液体反应物之间的反应。

这种反应方式广泛应用于工业生产中的催化过程，并且在环境保护以及能源转化领域有着重要的应用价值。

二、非均相催化反应的动力学研究方法1. 表面反应动力学测定方法表面反应动力学是研究非均相催化反应的重要手段之一。

通过测定反应物在催化剂表面上的吸附、解离以及反应中间体等参数，可以获得反应速率常数、反应机理以及活性位等关键信息。

常用的表面反应动力学测定方法包括逆反射红外光谱、电化学技术和原位X射线吸收光谱等。

2. 反应器设计与动力学模型建立反应器设计与动力学模型建立是非均相催化反应动力学研究的重要内容。

合理的反应器设计可以提高反应效率和选择性，而动力学模型的建立则可以揭示反应机理、解释实验现象以及预测反应行为。

常见的反应器设计方法包括催化剂固定床反应器、流动床反应器以及催化剂悬浮床反应器等。

三、非均相催化反应动力学研究的挑战与进展1. 反应物传质限制与催化剂失活问题在非均相催化反应中，由于反应物与催化剂的界面传质过程，常常会出现反应物传质受限的情况，导致反应速率下降。

此外，催化剂在长时间反应中也容易发生失活，影响催化性能。

针对这些问题，研究者们通过改变反应条件、催化剂结构以及添加助剂等方式，不断寻找改善催化反应性能的方法。

2. 动力学模型复杂性与多相反应机理研究非均相催化反应的动力学模型通常比较复杂，涉及到多个反应步骤和中间体，因此，建立准确的动力学模型是一个具有挑战性的任务。

同时，多相反应机理研究也是非均相催化反应动力学研究中的难点之一。

通过采用理论计算、实验分析以及模型拟合等手段，研究者们正在努力解决这些问题。

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表观吸附速率＝吸附速率-脱附速率
vA ka pA v ka ' A
(14.1.11)
达到吸附平衡时：吸附速率＝脱附速率
ka A KA k 'a pA v
吸附平衡方程（KA为吸附平衡常数）
第一节固相催化反应器
（二）表面化学反应
表面反应方程
Aσ Pσ
各反应组分与活性中心的络合物
d 2cA 2 dcA (3s ) 2 cA dz 2 z dz
积分得
cAs sinh(3s z ) cA z sinh(3s )
(14.1.59)
颗粒内部浓度分布
第一节固相催化反应器
3.球形催化剂内的宏观速率方程
1 RA VP
4 3 VP πr 3

VP
0
(rA )dVP
A σ Aσ
Aσ Pσ
Pσ P σ
第一节固相催化反应器
各过程的速率方程（气-固相反应）
v A的吸附速率： A ka pA v ka ' A
表观反应速率：rs
(14.1.22)
(14.1.23)
ks A ks ' P
P的脱附速率： vP kP P kP ' pP v
4k 3 n πR k V cAs n 1 2 最大反应速率 R k V cAs 2 3 ＝＝ 3s 内部最大扩散速率 4πR 2 De (cAs / R) 3 De
v
R s 3
k c De
n1 V As
Φs称西勒(Thiele)模数
第一节固相催化反应器
Φs称西勒(Thiele)模数的物理意义
(14.1.48) （边界条件参见讲义）
第一节固相催化反应器
2.球形催化剂内的浓度分布方程球形催化剂的最大反应速率
4 3 n πR k V cAs 3
（n级反应）
球形催化剂的内部最大扩散速率式
4πR 2 De (cAs / R)
催化剂内部球心处的A的浓度为零，浓度梯度达到最大
第一节固相催化反应器
1 1 RA [ ]k V cAs s tanh(3s ) 3s
(14.1.62)
RA k V cAs RA (rAs )
1
1 1 [ ] s tanh(3s ) 3s
1
(14.1.64)
第一节固相催化反应器
【例题14.1.1】利用直径为0.3cm的球形硅铝催化剂进行粗柴油的催化分解反应，该反应可以
大多数固体催化剂的比表面积在5～1000m2/g之间。 (2)孔体积(Vg)和孔隙率(εp)
每克催化剂内部微孔所占的体积。
孔隙率是固体催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。 (3)固体密度(ρs )和颗粒密度(ρP ) ：固体密度(ρs ) ：指催化剂固体物质本身的密度。颗粒密度(ρP ) ：指单位体积固体催化剂颗粒（包括孔体积）的质量。
第十四章非均相化学反应器
第十四章非均相化学反应器
本章主要内容
第一节固相催化反应器第二节气-液相反应器非均相反应的特点：？存在不同“相”之间的物质传递
第一节固相催化反应器
本节的主要内容
一、固相催化反应与固体催化剂
二、固相催化反应过程
三、固相催化反应的本征动力学
四、固相催化反应的宏观动力学五、固相催化反应器的设计与操作
2
6
固体催化剂
A
1
A
3
A
4 5
P
P
P
7
P 微孔
扩散过程动力学过程 (表面过程)
①反应物的外扩散；②反应物的内扩散；③反应物的吸附； ④表面反应；⑤产物的脱附；⑥产物的内扩散；⑦产物的外扩散
第一节固相催化反应器固相催化反应的特点
①多步骤串联过程
②固相反应速率与反应本身和反应组分的扩散有关
③反应速率取决于慢步骤，该步骤称为控制步骤 (rate controlling step) 扩散控制(传质控制)、动力学控制 ④反应达到定常态时，各步骤的速率相等
dVP 4πr 2 dr
cAs sinh(3s z ) （1级反应） cA z sinh(3s )
rA k V cA
1 1 RA [ ]k V cAs s tanh(3s ) 3s
1
(14.1.62)
第一节固相催化反应器
由催化剂的有效系数的定义：
RAVP RA k V cAsVP k V cAs
表观反应速率＝正反应速率-逆反应速率
rs r r ' ks A ks ' P
ks P Ks ks ' A
(14.1.17)
反应达到平衡时：正反应速率＝逆反应速率
(14.1.18)
第一节固相催化反应器
（三）本征动力学
基本假设：
①三个反应步骤中必然存在一个控制步骤； ②除控制步骤外，其它步骤处于平衡状态； ③吸附过程和脱附过程属理想过程，即可用朗格谬尔吸附模型来描述。反应 A P 的基本过程
xA
无内扩散阻力
有内扩散阻力
0
dP
第一节固相催化反应器
思考题：固体催化剂颗粒内部各处的反
应速率是否相同？为什么?
内部各处浓度不同、
温度也有可能不同。
本征动力学方程不便于应用
第一节固相催化反应器
四、固相催化反应的宏观动力学 (一)宏观反应速率宏观反应速率(－RA)：催化剂颗粒体积为基准的平均反应速率。－RA与－rA之间的关系： RA
• 排除内扩散影响的方法：尽量减小催化剂的颗粒直径
第一节固相催化反应器
消除外扩散影响的实验条件的确定方法
高流速区无外扩散阻力填充量m1 （层高度h1）填充量m2 （层高度h2）
xA
(h1>h2)
有外扩散阻力
0
m qnA0
第一节固相催化反应器
消除内扩散影响的实验条件的确定方法
m/qnA0一定
第一节固相催化反应器
一、固相催化反应与固体催化剂（一）催化反应的特征及其在环境工程中的应用
催化剂：能改变反应的速率，而本身在反应前后并不发生变化
的物质。
催化反应：均相催化反应、非均相催化反应应用：有机废气的催化氧化处理(Pt，Mn-Cu，Mn-Fe)；低浓度废水、污染地下水的高级氧化处理(TiO2)；高浓度有机废水的催化湿式氧化；
表14.1.1常用的固相催化剂载体表 16.1－1 常用的固体催化剂载体
类型无孔低表面载体有孔低表面积载体载体石英粉碳化硅浮石沸碳化硅烧结物耐火砖硅藻土活性炭硅胶活性氧化铝活性白土硅酸铝比表面积（mg /g）比表面积/(m2·－1) 1 左右 <20
2
特点硬度高，导热性好，耐热耐高温
反应物A在催化剂表面的浓度以颗粒体积为基准的反应速率常数
（三）固相催化反应的宏观动力学球形固体催化剂内反应物A的浓度分布
催化剂颗粒 R dr
流体边界层
r
0
流体中浓度
0
R
r
0
r
半径位置
cA＋dcA
流体中浓度 cA
R
cAs
cAb
第一节固相催化反应器
1.球形催化剂的基本方程
R dr
r
认为一级反应，且在630℃时的本征动力学方程
为－rA= 7.99×10-7pA mol/(s•cm3)。已知粗柴油
的有效扩散系De=7.82×10-4 cm2/s，试计算该
第一节固相催化反应器
(4)微孔的结构与孔体积分布 (5)颗粒堆积密度( ρb ) 固体催化剂填充层的密度（质量与填充层体积之比） (6)填充层空隙率(εb) 固体催化剂填充层内空隙体积与总体积之比。
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二、固相催化反应过程
固相催化反应的发生场所：催化剂的表面（外、内表面）
流体主体边界层内表面 A
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（二）固体催化剂 1. 固体催化剂的组成
活性物质、载体、助催化剂、抑制剂 (1)活性物质：催化剂中真正起催化作用的组分，它常被分散固定在多孔物质的表面。（金属、金属氧化物） (2)载体（担体）：载体常常是多孔性物质，主要作用是提供大的表面和微孔，使催化活性物质附着在外部及内部表面。 (3)促进剂：改善催化剂活性（氨催化合成铁催化剂＋CaO） (4)抑制剂：抑制催化剂活性，增强稳定性（银催化剂中加入卤化物控制乙烯的完全氧化）影响催化剂寿命的主要因素？
0
A从r＋dr面的进入量：
d dcA De 4π(r dr ) [cA dr ] dr dr
2
A从r面的排出量： De 4πr 2 dcA
dr
A的反应量：
(4πr 2dr )( rA )
根据物料衡算式整理可得(z＝r/R)：
d 2 cA 2 dcA R 2 (rA ) 2 dz z dz De
(14.1.45)
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幂函数型的速率方程
rA kp k ' p
m A
n P
特点：
•形式简单，计算方便，比较适用于反应的控制
•不如双曲线型的速率方程能反映反应的机理
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（四）本征动力学方程的实验测定 • 固相催化反应本征动力学实验的关键：排除外扩散和内扩散过程的影响 • 排除外扩散影响的方法：加大流体速度，提高流体湍流程度，可以减小边界层的厚度，使边界层的扩散阻力小到足以忽略的程度
(14.1.24)
A P v 1