化学反应工程第七章流固相非催化反应共62页

非催化反应的意思
非催化反应中存在气相和固相的一种多相反应过程，包括气固相催化反应过程和气固相非催化反应过程。

拓展资料：
气固相非催化反应过程：
气相反应物和固相反应物之间发生的反应，如硫铁矿和闪锌矿的焙烧，煤的气化；固相反应物受热分解生成气相产物的反应，如石灰石的煅烧。

气相反应物生成固相产物的反应也可归属此类，但化学工业中较少见。

一般而言，气固相非催化反应过程也由气相反应物向固相的传递、在固相内部的传递和表面反应等步骤串联而成，但由于固体颗粒直接参加反应，因此除表面反应和传递过程外，还必须考虑反应过程中颗粒性状变化的影响。

根据颗粒性状变化的特点，已提出多种气固相非催化反应模型，其中应用较广的有缩核模型和缩粒模型。

1
1 ] 0.21
s tanh 3s 3s 4.38 tanh(3 4.38) 3 4.38
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A的吸附速率：vA ka pAv ka 'A (14.1.22)
表观反应速率：rs ksA ks 'P
(14.1.23)
P的脱附速率： vP kPP kP ' pPv
A P v 1
(14.1.24) (14.1.25)
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第一节 固相催化反应器
1.反应物吸附过程控制
rA vA ka pAv ka 'A
（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
dr
Rr
0
流体边界层
流体中浓度 cA cA＋dcA
cAs cAb
流 体 中 浓 度
0
Rr 0 rR
第半26径页位/共置99页
第一节 固相催化反应器
1.球形催化剂的基本方程 A从r＋dr面的进入量：
dr
Rr
0
De
4π(r
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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第一节 固相催化反应器
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）
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第一节 固相催化反应器
【例题利用直径为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，试计算该催化反应的 催化剂的有效系数。

间大于完全反应时间tf的那部分颗粒，上式应加限制条件 xB 1。因此。上式也可以写成
1 xB
tf 0
(1
xB
)E(t)dt
将全混流的停留时间分布密度
E(t)
1
( t )
e tm 代入上式，
得
tm
1 xB
tf 0
(1
xB )
1 tm
( t )
e tm dt
1 xB
tf 0
(1
xB )
如果考虑各种阻力同时起作用，对于颗粒大小不变的反 应，总体速率为
dnA dt
1 b
dnB dt
4
RS2cAg
[
1 kG
RS (RS RC ) RC Deff
RS2 ]1 RC2 k
对于颗粒缩小的反应，可得
dnA dt
1 b
dnB dt
4
RC2
c
Ag
[
1 kG
1 ]1 k
上述讨论的球形颗粒，如颗粒为其他形状，例如平板形、 圆柱形，相应的计算式见表7-1。
t tf
1
( RC RS
)2
1 (1
xB )
二、化学反应控制
当反应过程为化学反应控制时，与颗粒大小不变时的情 况完全一样，故式（7-28）仍可适用。
t
B RS
bM BkCAg
1 1
xB
1/3
B RS
bM BkCAg
1
RC RS
当固相反应物完全反应时，RC=0， xB =1，完全反应时
对流化床反应器，有颗粒不被吹出和颗粒被吹出两种情 况。
RS，颗粒初始半径；CAg，流体主体中反应物浓度；CAS，颗粒外表面的浓度； CAC，颗 粒中心的浓度； CFS，颗粒外表面产物的浓度； CFC，颗粒中心产物的浓度。

>120 0.121 0.99
1
100-120 0.133 0.752
80-100 0.163 0.797
60-80 0.208 1.680
40-60 0.298 0.839
<40 0.360 0.139
xi 1 dP 0 . 99 0 . 752 0 . 797 1 . 680 0 . 839 0 . 139 0.192mm d Pi
5
6
7
2.流化床类似液体的性状
• • • • • 轻的物体浮起； 表面保持水平； 固体颗粒从孔中喷出； 床面拉平； 床层重量除以截面积等于压强
8
3.流化床的优点
（1）传热效能高，固体颗粒迅速混合，整个床 层易于 控制等温； （2）颗粒流动类似液体，易于处理，控制，宜于大规 模操作； （3）颗粒可以在两个流化床之间流动、循环，使大量 热、质有可能在床层之间传递； （4）气体和固体之间的热质传递较其它方式高； （5）流化床与床内构件的给热系数大； （6）由于粒子细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥 催化剂的效能。
第七章 气固相催化流化床反应器
1
第一节：流化床反应器及其特点
•一、流态化现象 • 流态化现象：使微粒固体通过与气体或 液体接触而转变成类似流体的操作。 • 固体颗粒层与流体接触的不同类型：
固 定 床 初 始 流 态 化 气体 聚式流态化 散式流态化 液体 流体流速增加
2
腾涌dP g d Pumf
2 mf

umf： dP： ρ ，ρ P： Lmf： De： μ ：
初始流化速度 颗粒平均粒径 流体密度，颗粒密度 初始流化时的浓相段床高 流体的扩散系数 流体粘度