化学反应工程陈甘棠第五章第二节.pptx
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1、20 四月 2024二、催化剂颗粒中的扩散二、催化剂颗粒中的扩散1 1、孔扩散、孔扩散 1 1)催化剂中气体扩散的形式)催化剂中气体扩散的形式 扩散扩散分子扩散分子扩散努森扩散努森扩散构型扩散构型扩散表面扩散表面扩散/2ra1010-2-2,分子间的碰撞分子间的碰撞/2ra 10-2,分子与孔壁的碰撞分子与孔壁的碰撞孔半径孔半径(0.5-1.0nm)(0.5-1.0nm)的微孔的微孔内表面上分子向表面浓度降低的方向移动内表面上分子向表面浓度降低的方向移动20 四月 20242)2)分子扩散分子扩散 对于反向的一维扩散,根据费克定律:对于反向的一维扩散,根据费克定律:20 四月 2024对于多组
2、分气体,其扩散系数:对于多组分气体,其扩散系数:3 3)努森扩散)努森扩散 20 四月 2024 对于圆柱形微孔对于圆柱形微孔 20 四月 20244 4)分子扩散与努森扩散同时存在)分子扩散与努森扩散同时存在努森:努森:分子分子:20 四月 2024把分子扩散和努森扩散看成是串联过程,则把分子扩散和努森扩散看成是串联过程,则扩散的总推动力扩散的总推动力 20 四月 2024令:令:等分子反向扩散:等分子反向扩散:单向扩散:单向扩散:20 四月 2024即:单向扩散:单向扩散:等分子反向扩散:等分子反向扩散:20 四月 20245 5)催化剂颗粒内组分的有效扩散系数)催化剂颗粒内组分的有效扩散
3、系数 有效扩散系数有效扩散系数:以整个催化剂颗粒来考虑的组分扩散系以整个催化剂颗粒来考虑的组分扩散系 数,称为有效扩散系数。数,称为有效扩散系数。,=2520 四月 20242 2、等温催化剂的有效因子、等温催化剂的有效因子 催化剂的有效因子催化剂的有效因子即即:适用于等温反应及非等温反应适用于等温反应及非等温反应 20 四月 2024Rr r+r20 四月 202420 四月 2024即:边界条件为:边界条件为:20 四月 2024定义:定义:无因次内扩散模数无因次内扩散模数s s(希尔模数)(希尔模数)表征内扩散影响的重要参数表征内扩散影响的重要参数 物理意义:物理意义:20 四月 202
4、4希希尔尔模模数数值值的的大大小小反反应应了了表表面面反反应应速速率率与与内内扩扩散散速速率率之之比比,内扩散阻力越大内扩散阻力越大,s s值越大值越大。20 四月 2024设为一级反应,方程可改写为:设为一级反应,方程可改写为:令:20 四月 2024代入方程得:解此常系数方程解此常系数方程20 四月 2024代入边界条件代入边界条件解得:20 四月 2024粒内的浓度分布为粒内的浓度分布为:20 四月 202420 四月 2024适适用用于于球球形形、一一级级反反应应等等温温有有效效因因子子,对对于于片片状状、圆圆柱柱状状的粒子不能用此式的粒子不能用此式20 四月 2024对对于于片片状状
5、、圆圆柱柱状状的的催催化化剂剂,采采用用一一特特征征尺尺寸寸表表征征的的内内扩扩散模数散模数L L 式中:式中:=片状,片状,为催化剂厚度为催化剂厚度 圆柱状,圆柱状,R R为圆柱的半径为圆柱的半径 球形颗粒球形颗粒 20 四月 2024 代表了代表了表面反应速率表面反应速率与与内扩散速率之比内扩散速率之比 对片、柱、球状催化剂等温物料衡算对片、柱、球状催化剂等温物料衡算其中:n=0,片状,无限大平板片状,无限大平板,一维一维1 1,圆柱,无限长圆柱,圆柱,无限长圆柱 2 2,球,球 20 四月 2024边界条件:边界条件:片片 柱柱 则:球球 20 四月 2024解出解出:片状一级反应:片状
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