沈阳大学石油化工学院：《反应过程与设备》课程教学资源（PPT课件）第五章 多相系统中的化学反应传递现象

第五章多相系统 中的化学反应传递现象 51多相催化反应过程步骤 52流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热 53气体在多孔介质中的扩散 54多孔催化剂中的扩散与反应 55内扩散对复合反应选择性的影响 56多相催化反应过程中扩散影响的判定 19:31

19:31 5.1 多相催化反应过程步骤 5.2 流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热 5.3 气体在多孔介质中的扩散 5.4 多孔催化剂中的扩散与反应 5.5 内扩散对复合反应选择性的影响 5.6 多相催化反应过程中扩散影响的判定 第五章 多相系统 中的化学反应传递现象

实际生产中,多数化学反应系在多相系统 中进行、如合成氨、乙烯氧化为环氧乙烷、乙 炔与氯化氢合成氯乙烯、苯氯化、苯氧化为顺 丁烯二酸酐等均属此类。 多相系统的特征是系统中同时存在两个或 两个以上的相态,在发生化学反应的同时,也 发生着相间和相内的传递现象,主要是质量传 递和热量传递。如果这些传递现象不存在,那 么就不可能发生化学反应。 19:31

19:31 实际生产中，多数化学反应系在多相系统 中进行、如合成氨、乙烯氧化为环氧乙烷、乙 炔与氯化氢合成氯乙烯、苯氯化、苯氧化为顺 丁烯二酸酐等均属此类。 多相系统的特征是系统中同时存在两个或 两个以上的相态，在发生化学反应的同时，也 发生着相间和相内的传递现象，主要是质量传 递和热量传递。如果这些传递现象不存在，那 么就不可能发生化学反应

多相系统中的反应可概括为三种基本类型: (1)在两相界面处进行反应,所有气固反应 或气固相催化反应都属于这一类型; (2)在一个相内进行反应,大多数气液反应 均属于这种情况,进行反应的相叫做反应相; (3)在两个相内同时发生反应,某些液液反 应属于这种情况。 本章中着重讲述气固相催化反应,并讨论 定量处理的方法。 19:31

19:31 多相系统中的反应可概括为三种基本类型： (1)在两相界面处进行反应，所有气固反应 或气固相催化反应都属于这一类型； (2)在一个相内进行反应，大多数气液反应 均属于这种情况，进行反应的相叫做反应相； (3)在两个相内同时发生反应，某些液液反 应属于这种情况。 本章中着重讲述气固相催化反应，并讨论 定量处理的方法

5.1多相催化反应过程步骤 多相催化反应是在固体催化剂的表面上 进行的,因此,流体相主体中的反应物必须 传递到催化剂表面上,然后进行反应,反应 产物也不断地从催化剂表面传递到流体相主 体。 19:31

19:31 多相催化反应是在固体催化剂的表面上 进行的，因此，流体相主体中的反应物必须 传递到催化剂表面上，然后进行反应，反应 产物也不断地从催化剂表面传递到流体相主 体。 5.1 多相催化反应过程步骤

固体催化剂的宏观结构及性质 绝大多数固体催化剂颗粒为多孔结构, 使得催化剂颗粒内部存在着巨大的表面,化学 反应便是在这些表面上发生的。比表面由实验 测定得到,以m2/g为单位,常用的测定方法是 BET法或色谱法。 14:12

14:12 一、固体催化剂的宏观结构及性质 绝大多数固体催化剂颗粒为多孔结构， 使得催化剂颗粒内部存在着巨大的表面，化学 反应便是在这些表面上发生的。比表面由实验 测定得到，以m2 /g为单位，常用的测定方法是 BET法或色谱法

1孔容、平均孔半径<r2 多孔催化剂的比表面与孔道的大小有关, 孔道越细,则比表面越大。通常用孔径分布来 描述催化剂颗粒内的孔道粗细情况,孔径分布 是通过由实验测定的孔容分布计算得到 孔容是指单位质量催化剂颗粒所具有的孔 体积,常以cm3/g为单位 14:12

14:12 1.孔容、平均孔半径 多孔催化剂的比表面与孔道的大小有关， 孔道越细，则比表面越大。通常用孔径分布来 描述催化剂颗粒内的孔道粗细情况，孔径分布 是通过由实验测定的孔容分布计算得到。 孔容是指单位质量催化剂颗粒所具有的孔 体积，常以cm3／g为单位

为了定量比较和计算上的方便,常用平均孔 半径来表示催化剂孔的大小。若不同孔径ra 的孔容分布已知,平均孔径=7「 d 0 (51-1) 式中:为半径为r的孔的体积,按单位质量催 化剂计算,V为催化剂的总孔容 19:31

19:31 为了定量比较和计算上的方便，常用平均孔 半径来表示催化剂孔的大小。若不同孔径ra 的孔容分布已知，平均孔径可由下式算出： (5.1-1) 式中：V为半径为ra的孔的体积，按单位质量催 化剂计算，Vg为催化剂的总孔容。 0 1 Vg a a g r r dV V   = 

缺乏孔容分布数据时,可按下列办法估算平均 孔径: 3=n2n()D] V=n[丌(a 两式相除得 (r>=2V/S (51-2) 式中:n是单位质量催化剂中含有的圆柱形孔道数。 19:31

19:31 缺乏孔容分布数据时，可按下列办法估算平均 孔径： 两式相除得 (5.1-2) 式中：n是单位质量催化剂中含有的圆柱形孔道数。 2 [2 ] [ ] g a g a S n r L V n r L =   =     2 / a g g   = r V S

2孔隙率、催化剂密度 催化剂颗粒的孔体积还可用孔隙率Ep来表示。 孔隙率等于孔隙体积与催化剂颗粒体积(固体体积与 孔隙体积之和)之比,显然<1。孔隙率与孔容两者 的关系为: &n gp (51-3) 式中:p为颗粒密度,或称表观密度。 14:12

14:12 2.孔隙率、催化剂密度 催化剂颗粒的孔体积还可用孔隙率εp来表示。 孔隙率等于孔隙体积与催化剂颗粒体积(固体体积与 孔隙体积之和)之比，显然εp<1。孔隙率与孔容两者 的关系为： (5.1-3) 式中：ρp为颗粒密度，或称表观密度。   P g p =V

催化剂密度 表征密度的是颗粒密度p,它是指包括粒内微 孔在内的全颗粒的密度。如除去微孔容积,则为固 体的真密度pso如以单位床层体积中颗粒的质量来 定义,则称为床层密度或堆积密度,以表示之。 颗粒密度p=固体的质量/顺粒的体积 骨架密度p=固体的质量/固体的体积 堆积密度pb=固体的质量/床层的面积 19:31

19:31 催化剂密度 表征密度的是颗粒密度ρP，它是指包括粒内微 孔在内的全颗粒的密度。如除去微孔容积，则为固 体的真密度ρS。如以单位床层体积中颗粒的质量来 定义，则称为床层密度或堆积密度，以ρB表示之。 颗粒密度ρp＝固体的质量/颗粒的体积 骨架密度ρt ＝固体的质量/固体的体积 堆积密度ρb ＝固体的质量/床层的面积