第15讲有效扩散VIP免费

有效扩散•在前面孔扩散的基础上进行两点修正：•1、以孔的真实长度代替直孔长度•xL=τl•2、计算基准变成催化剂外表面积：颗粒孔面积分率：颗粒外表面积，孔截面积SSSSSPSPSS，因此，即：于催化剂的孔隙率孔面积分率都相等且等匀的，任意截面上注意：催化剂孔隙是均AAAPASPSLPeAAeSPdddddtddddddtd0.40.517encccDSDSDSxllDDncDSlD因此：令则：：以催化剂外表面积为基准的有效扩散系数通常，取，取－•例5-1镍催化剂在200℃时进行苯加氢反应，若催化剂微孔的平均孔径d0=5×10-9[m]，孔隙率εP=0.43，曲折因子τ=4，求系统总压为101.33kPa及3039.3kPa时，氢在催化剂内的有效扩散系数De。•解：为方便起见以A表示氢，B表示苯。由前面表格可得：•MA=2VA=7.07cm3mol-1•MB=78VB=90.68cm3mol-1•氢在苯中的分子扩散系数为：•当p=101.33kPa时DAB=0.7712cm2s-1•p=3039.3kPa时DAB=0.02571cm2s-112231315.05.1ABscm15.7868.9007.721781200273436.0ppD分子扩散•当微孔孔径远大于分子平均自由程时，扩散过程与孔径无关，属分子扩散。•判据：kPa100133.1:103020：压力分子平均自由程估算孔径：分子平均自由程ppddP=101.33kPa时，λ=10-7m，λ/d0=10-7/0.5×10-8=20>10克努森扩散经验公式要。体系中扩散已经无关紧孔壁，扩散物在什么由于扩散的主要阻力为微孔直径扩散物的相对分子质量温度努森扩散系数式中：时cmscm/4850100k12k0dMTDMTdDdo•氢在催化剂孔内的克努森扩散系数为：•在101.33kPa时，分子扩散的影响可以忽略，微孔内属克努森扩散控制：127kscm0373.024731054850D12Pescm004010.0443.00373.0DD•当p=3039.3kPa时-3-3-7-9-9-901.0133101.013310===3.310cm=3.310mp3039.33.310==0.6d510综合扩散•微孔孔径在一定范围之内，两种扩散同时起作用。•当10-2<λ/do<10时ABkBAABAABABAk/1/110ABA,1/1/11DDDaNNyNNNNaDayDD，等分子扩散，率组分在气相中的摩尔分：组分的扩散通量，：•当p=3039.3kPa时，两者影响均不可忽略，综合扩散系数为：•有效扩散系数为：12scm01522.002571.010373.011D12Pescm001636.0443.001522.0DD气固相催化反应等温宏观动力学•考虑到内扩散问题的影响，定义催化剂有效因子η•注意是在外表面温度、浓度下的反应量，而不是在外表面的反应量。•对照：度、浓度下的反应量剂单位时间在外表面温单位体积（质量）催化量剂单位时间的实际反应单位体积（质量）催化球型催化剂上等温宏观动力学•推导：•对置于连续气流中的球型催化剂粒子，取一微元对反应物A进行物料衡算drRr并令z=r/R方程。可得相应的宏观动力学根据不同本征动力学，程为球型催化剂的基础方整理得量积累量反应消耗量输出量输入ASAAAe2A2A2A2A2eAA2e,1,0dd,0,0:BCdd2dd0dπ4ddπ4ddddddπ4AAcczRrzczrrDRzczzcrrrrcrDrrccrrrDAAASAAAe2A2A2222eA22A22AA2A2e2A2A22eA2A2eAA2e,1,0dd,0,0:BCdd2dd,dd,dd,ddddddd2dπ4ddπ4ddddddd2π4dπ4ddπ4ddddddπ4cczRrzczrrDRzczzcRzrzRrzRrRrzDrrrrrcrrcrrrrrrcrDrrcrcrrrrDrrrrcrDrrccrrrD代入上式得则令：忽略高阶无穷小并整理推导过程：－－描述浓度分布并代入边界条件得：二阶常微分方程，解之则模数定义无因次数群应，对于等温一级不可逆反SSASAA2SA2A22Se2eSAe2A2A2AA3sinh3sinh3dd2dd3,3Thieled2ddzzccczczzckDRDkRkcDRdzczzckcrSSSAS0AS032AASSS0S2AA03S2ASA03SAASAASSSSd14dπd4πd314πd4π3sinh314πd4sinh3π311133VVVRRrVRdVRrVVrVrrVRkcrrRrcRRkrrrRRRkcRkcth...