第二章氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)課件

1、Overall progression of heterogeneously catalysed reactionReaction steps1. External film diffusion2. Internal pore diffusion3. Adsorption on active sites4. Surface reaction to products5. Desorption of products6. Internal diffusion of products7. External diffusion of productsA （g） B（g）ABcAGcAS多相催化化學(xué)反應(yīng)

2、過(guò)程步驟多相催化化學(xué)反應(yīng)過(guò)程步驟第二章氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)第二章氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)宏觀動(dòng)力學(xué) macrokinetics包括了物理因素的反應(yīng)速率又稱為總體速率global rate 指單位（床層）體積、單位時(shí)間的反應(yīng)物消耗量單位（床層）體積、單位時(shí)間的反應(yīng)物消耗量單位（床層）體積、單位時(shí)間的反應(yīng)物消耗量第一節(jié)氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過(guò)程2-1氣氣-固相催化反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)組分的濃度分布固相催化反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)組分的濃度分布由于不斷地反應(yīng)消耗，顆粒內(nèi)的反應(yīng)物濃度低于流體主體處的反應(yīng)物濃度；由于不斷地反應(yīng)生成，顆粒內(nèi)的產(chǎn)物濃度高于流體主體處的產(chǎn)物濃度。從流體主體到顆粒中心，形成了反應(yīng)物（產(chǎn)物）

3、濃度由高（CAg）到低（CAc）的連續(xù)分布。距離0CACAgCASCAcRp毛澤東（18931976）2-2 內(nèi)擴(kuò)散有效因子與總體速率內(nèi)擴(kuò)散有效因子與總體速率 Effetiveness factor由于內(nèi)擴(kuò)散阻力的影響，越靠近中心，反應(yīng)物濃度越低，因而反應(yīng)越慢。=顆粒實(shí)際反應(yīng)速率按外表面濃度計(jì)算的反應(yīng)速率()=()isASsAsik f Cdsk f CS=按外表面濃度梯度計(jì)算的反應(yīng)速率按外表面濃度計(jì)算的反應(yīng)速率穩(wěn)態(tài)時(shí)，就單個(gè)顆粒對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行物料衡算，易知：顆粒內(nèi)的反應(yīng)速率透過(guò)外表面的擴(kuò)散速率反應(yīng)物由氣流主體向外表面的傳質(zhì)速率的數(shù)值大小代表什么？的數(shù)值一般在（0,1）之間，特殊情況下會(huì)大于1（

4、類如負(fù)級(jí)數(shù)反應(yīng)）。的數(shù)值越接近于1，說(shuō)明顆粒內(nèi)部反應(yīng)物濃度越接近外表面濃度，內(nèi)擴(kuò)散影響因素越小。這時(shí)，顆粒實(shí)際反應(yīng)速率與“虛擬反應(yīng)速率”越接近，這時(shí)，催化劑顆粒越有“效率”。的數(shù)值越接近0，則正相反。=顆粒實(shí)際反應(yīng)速率按外表面濃度計(jì)算的反應(yīng)速率距離0CACAgCASCACRp距離0CACAgCASCACRp1 0上式聯(lián)立后消去中間變量CAs,即可獲得形式上的宏觀動(dòng)力學(xué)方程式。以一級(jí)可逆反應(yīng)為例：宏觀動(dòng)力學(xué)方程宏觀動(dòng)力學(xué)方程（關(guān)聯(lián)總體速率與（關(guān)聯(lián)總體速率與“總體總體”變量）變量）*g()() ( ) = ()=()AsAsAAAsAsAiGeAgAsrk f Ck CCrk CCSk S CC顆

5、粒內(nèi)的反應(yīng)速率反應(yīng)物由氣流主體向外表面的傳質(zhì)速率g ( ) = Ar過(guò)程的總推動(dòng)力外擴(kuò)散阻的力內(nèi)擴(kuò)散-反應(yīng)的阻力)()()(ASAAAcfSkccSkrisSgeGgiseGggSkSkCCr11)(*AAA2-3催化反應(yīng)階段的判別iseGSkSk11且CA*1。本征動(dòng)力學(xué)控制CA0Rp1。本征動(dòng)力學(xué)控制0CARp1。本征動(dòng)力學(xué)控制0CARp1。本征動(dòng)力學(xué)控制0CARp1。本征動(dòng)力學(xué)控制0CARp0CACAgCASCACRp2。內(nèi)擴(kuò)散強(qiáng)烈影響*g ( ) = 11AgAAGesiCCrk Sk S111Gesik Sk S且*AgAsAcACCCCg ( ) = () AsAsirk f CS

6、0CARp2。內(nèi)擴(kuò)散強(qiáng)烈影響0CARp2。內(nèi)擴(kuò)散強(qiáng)烈影響0CARp2。內(nèi)擴(kuò)散強(qiáng)烈影響0CACAgCASCACRp3。外擴(kuò)散控制*g ( ) = 11AgAAGesiCCrk Sk S*AgAsAcACCCC111Gesik Sk S且*g ( ) = ()AGeAgArk S CC0CARp3。外擴(kuò)散控制0CARp3。外擴(kuò)散控制0CARp3。外擴(kuò)散控制0CARp3。外擴(kuò)散控制0CARp3。外擴(kuò)散控制 測(cè)定氣固催化本征動(dòng)力學(xué)時(shí)，必須消除內(nèi)、外擴(kuò)散的影響，使過(guò)程屬于動(dòng)力學(xué)控制。 原因：僅在這種情況下的宏觀動(dòng)力學(xué)與本征動(dòng)力學(xué)相同 措施：增大外擴(kuò)散傳質(zhì)質(zhì)數(shù)（增強(qiáng)對(duì)流）及催化劑顆粒的外表面積；減小催化劑

7、顆粒測(cè)定本征動(dòng)力學(xué)的基本要求：第二節(jié)催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴(kuò)散24催化劑中氣體擴(kuò)散的形式 分子擴(kuò)散（/2ra102） 10100nmMolecular diffusion Knudsen擴(kuò)散（ /2ra 10）Knudsen diffusion 構(gòu)型擴(kuò)散（0.51.0nm）configurational diffusion 表面擴(kuò)散surface diffusion24催化劑中氣體擴(kuò)散的形式擴(kuò)散系數(shù)代表（單位濃度梯度時(shí)的）擴(kuò)散的強(qiáng)度構(gòu)型擴(kuò)散表面擴(kuò)散Favoured in micropores, by high temperatures, at low partial-/ total-pressur

8、e and a high degree of coverage221(/)22sDexpE RT Knudsen擴(kuò)散系數(shù)23KaDr V2-5 氣體中的分子擴(kuò)散 對(duì)于雙組分氣體，相對(duì)于體質(zhì)mol中心的擴(kuò)散通量（單位時(shí)間，單位截面積上通過(guò)的物質(zhì)量）其規(guī)律可以用Ficks law來(lái)表達(dá)：（擴(kuò)散通量與濃度梯度成正比）JJAABAAABTADCD Cy 或gradgrad在多孔固體催化劑中氣體的擴(kuò)散，也可以用上述Ficks law來(lái)表達(dá)，其比例常數(shù)稱為“有效擴(kuò)散系數(shù)”JJAAeffAAAeffTADCDCy 或gradgrad一般催化劑中，只考慮分子擴(kuò)散和努森擴(kuò)散綜合綜合擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)有效擴(kuò)散系數(shù)分

9、子擴(kuò)散系數(shù)努森擴(kuò)散系數(shù)有效有效擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)曲折因子effcDD第三節(jié)催化劑有效因子210球形催化劑顆粒內(nèi)組分的濃度分布及溫度分布微分方程一、濃度分布微分方程進(jìn)入離開(kāi)反應(yīng)()()()11bedviAvAAsAkSrk f Cf Ck f C聯(lián)系p18,(1-38)式不同基準(zhǔn)下反應(yīng)速率常數(shù)的關(guān)系式2224 ()(4)(4)AAAeffAeffAR dRRdCdCDRdRDRR dR rdRdRR R+dR一、濃度分布微分方程22(4)4()11AAeffvAbedvisvdCdDRR k f CdRdRkS kk其中221()AAeffvAdCdDRk f CRdRdR00AAsAR= RCC

10、dCRdRp邊界條件（無(wú)死區(qū)）：時(shí)，時(shí)，222()AAAeffvAd CdCDk f CdRR dRPellet 小球顆粒不同基準(zhǔn)下反應(yīng)速率常數(shù)的關(guān)系式以反應(yīng)體積為基準(zhǔn)，稱為體積速率常數(shù)kv以反應(yīng)面積為基準(zhǔn)，稱為表面速率常數(shù)ks兩者關(guān)系的推導(dǎo)：kv：濃度為1時(shí)，單位時(shí)間單位體積的反應(yīng)量ks：濃度為1時(shí)，單位時(shí)間單位面積的反應(yīng)量假如單位體積里包含的表面積為Si,由述結(jié)論，則顯然有：kv = ks Si11,nnAAvAsAdndnk Ck CV dtS dt以床層體積為基準(zhǔn)，速率常數(shù)記為kv以顆粒體積為基準(zhǔn)，速率常數(shù)記為kv兩者關(guān)系的推導(dǎo)：濃度為1時(shí)kv： 單位時(shí)間單位床層體積的反應(yīng)量kv ：?jiǎn)?/p>

11、位時(shí)間單位顆粒體積的反應(yīng)量因?yàn)閱挝淮矊芋w積里包含的顆粒體積為1-,于是：(1)vvkk1vvkk催化劑有效因子薄片狀催化劑顆粒內(nèi)組分的濃度分布微分方程()()()AAeffZ dZeffZvAdCdCD AD Ak f CAdZdZdZ()()()()AAAeffZZeffZvAdCdCdCdDAdZDAdZdZdZdZk f CAdZZ Z+dZ22()vAAeffkd Cf CdZD進(jìn)入離開(kāi)反應(yīng)00AAsAR= RCCdCRdRp邊界條件（無(wú)死區(qū)）：時(shí)，時(shí)，R R+dR厚度：2Rp圓柱狀催化劑顆粒內(nèi)組分的濃度分布微分方程圓柱狀催化劑顆粒內(nèi)組分的濃度分布微分方程進(jìn)入離開(kāi)反應(yīng)圓柱狀催化劑顆粒內(nèi)

12、組分的濃度分布微分方程2 ()(2)(2)AAAeffAeffAR dRRdCdCDRdR LDRLRdRL rdRdRR R+dR進(jìn)入離開(kāi)反應(yīng)221()vAAAeffkd CdCf CdRR dRD00AAsAR= RCCdCRdRp邊界條件（無(wú)死區(qū)）：時(shí)，時(shí)，三種顆粒催化劑濃度分布微分方程221()AAAeffvAd CdCDk f CdRR dR220()AAAeffvAd CdCDk f CdZR dR222()AAAeffvAd CdCDk f CdRR dR1（擴(kuò)散）梯度差；2面積差；3反應(yīng)項(xiàng)一、溫度分布微分方程 有效導(dǎo)熱系數(shù)eedTQdR 進(jìn)入焓離開(kāi)焓反應(yīng)吸熱2224 ()4(4

13、)()eevARR dRRdTdTRdRRR dR k f CHdRdRR R+dR一、溫度分布微分方程222()evARd TdTk f CHdRR dR(00sR= RTTdTRdRp邊界條件：時(shí)，外表面溫度）時(shí)，222()AAAeffvAd CdCDk f CdRR dR二、溫度分布微分方程222()evARd TdTk f CHdRR dR(00sR=RTTdTRdRp邊界條件：時(shí)，外表面溫度）時(shí)，222()AAAeffvAd CdCDk f CdRR dR00AAsAR= RCCdCRdRp邊界條件（無(wú)死區(qū)）：時(shí)，時(shí)，22eAAeffRdCdddTDRRdRdRHdRdR22.eAA

14、effRdCdTDRRConstdRHdR00,0.0AdCdTRdRdRConst當(dāng)時(shí)，故:式中的,A effAReDdCdTHdRdR)(,AAsReeffAssAsApCCHDTTTTCCRR可得時(shí)，根據(jù),A effcsRAsmaxeDTTHC211等溫催化劑一級(jí)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析解一、球形催化劑球形催化劑上進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)AACCf)(222()AAAeffvAd CdCDk f CdRR dR222AAAeffvAd CdCDk CdRR dReffwppeffispeffvpDkRDSkRDkRmodulusThieleThiele3)1 (33）模數(shù)（222229AAAp

15、d CdCCdRR dRR(3)(3 )AspARC shRCRsh內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析解24|pApeffR RdCR DdRAsvpCkR3342(3 /)3 (/)3 (/)|(3 )131()(3 )pppAspppAR RR RAsppR CRRchR RshR RdCdRshRCthRR234|111=4(3 )33pApeffR RpvAsdCR DdRthR k C球形催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析解xxxxxxxxeeeetanheecoshxeesinhx,2,2薄片形、圓柱形催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析解221AAAeffvAd CdCDk CdRR dR102 ()(2 )2

16、pAASpveffRIRCCIRkD其中定義為I0為零階第一類修正Bessel function ,I1為一階第一類Bessel function。 120(2)|(2 )1()(2 )pApeffR RpvAsdCR L DIdRR L k CI22221(1)0d ydymydxx dxx22AeffvAd CDk CdR()( )pAAsvpeffRchRCCchkRD其中定義為薄片形、圓柱形催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析解(2 )|1( )(2)pAeffR RpvAsdCA DdRtanhR A k C1( )th10(2 )1(2 )II111=(3 )3th2pveffRkD3pve

17、ffRkDvpeffkRD球形催化劑211等溫催化劑一級(jí)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析解Effectiveness factor versus Thiele modulus for a first-order reaction in a sphere. Dimensionless concentration versus dimensionless radial position for different values of the Thiele modulus 球形催化劑211等溫催化劑一級(jí)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析解Effectiveness factor versus Thiele modul

18、us for a first-order reaction in a sphere. Dimensionless concentration versus dimensionless radial position for different values of the Thiele modulus 濃度分布隨Thiele模數(shù)的變化Thiele modulus的物理意義3224()11333(4)()()pvAsAsAspeffppRk CCCRDRR不計(jì)入內(nèi)擴(kuò)散影響時(shí)的反應(yīng)速率以為濃度梯度的擴(kuò)散速率1135(3 )1,=131150=3th當(dāng)時(shí)，此時(shí)，；當(dāng)時(shí)，此時(shí)，二、不同形狀的催化劑2pv

19、effRkD3pveffRkDvpeffkRDpvpeffVkSD1( )th10(2)1(2)II111=(3 )3th 1.00.8 0.6 0.4 0.2 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 4.0 6.0 10.0 薄片 無(wú)限長(zhǎng)園柱 園球 1( )th10(2 )1(2 )II111=(3 )3th2pveffRkD3pveffRkDvpeffkRD擴(kuò)散反應(yīng)方程的一般形式dJs ASVJddsrv Ar dvSVdsJdiv Jdv AdivJr effAJDgradC ()effAADdiv gradCr進(jìn)入面積微元的量進(jìn)入面積微元的量體積元里的反應(yīng)量體積元里的反應(yīng)量總（

20、凈）進(jìn)入總反應(yīng)總（凈）進(jìn)入總反應(yīng)2effAADCr高斯定理： dsJS, VV是任意的，若積分相等，則被積函數(shù)一定相等。Hamilton operator ,Laplace operator Block Cylinder Sphere 211()()()1()AAAAACCCCRRRRRRZZdCdRR dRdR222222211()()1()AAAAACCCCsinRsinR sinRRsindCdRR dRdR222222222AAAAACCCd CCxyzdz2, 221()vAAAeffkd CdCf CdRR dRD22()vAAeffkd Cf CdZD221()AAeffvAdC

21、dDRk f CRdRdR212等溫催化劑非一級(jí)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的簡(jiǎn)化近似解222()AAAeffvAd CdCDk f CdRR dRnAvArk C222AnAAAeffvd CdCDk CdRR dR一、Satterfield 近似解 二、Kjaer近似解 三、Bischoff的普遍化近似解 四、粒度、溫度和轉(zhuǎn)化率對(duì)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的影響 五、內(nèi)擴(kuò)散影響的判據(jù)222AAAeffvAd CdCDk CdRR dR一、Satterfield 近似解1AvAnnAAsAvrkrkCCC222AnAAAeffvd CdCDk CdRR dR2122nAsAeffAAvAddDdRR dCRCCC

22、k線性化方案111111=(3)3th11npvAspeffVk CSD2212292AAApd CdCCdRR dRR定義Thiele modulus222AAAeffvAd CdCDk CdRR dR二、Kjaer近似解222AnAAAeffvd CdCDk CdRR dR1221()2nnvAsAsAsnAsvAeffAsAAAAsAddDdk CnCCCk nCRCCCCdCRRn2222292pdddRR duuRuR線性化方案222111=(3)3th12npvAspeffVknCSD定義Thiele modulus1200000()()()()( )()()()().2()AAs

23、AsAAsnnAsAsAnsAAf Cf Cf CCCCnCCfxf xf xfxxCCxxxAsAsACCuCn1222nvAsAeffddDdRR dRk nCuuu222AAAeffvAd CdCDk CdRR dR四、粒度、溫度和轉(zhuǎn)化率對(duì)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的影響0CTvERkk e111=(3 )3th3pveffRkD粒度的影響： Rp越大，則越大，越小溫度的影響： T 越大，則越大，越小表觀活化能Ea：總體速率常數(shù)：00 =CalnRTTvERvEkkk eek e低溫時(shí)，表觀活化能趨近于EC；溫度升高，逐步降低至反應(yīng)活化能與擴(kuò)散活化能的平均值。轉(zhuǎn)化率對(duì)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的影響n=1無(wú)影響

24、n1轉(zhuǎn)化率越大，顆粒中心反應(yīng)組分濃度越低，則thiele模數(shù)越大，有效因子越小2-13 等溫催化劑非一級(jí)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的數(shù)值解數(shù)值積分打靶法,V=Spvpeff AkD221nAAAeffvAd CdCDk CdRR dR220nAAAeffvAd CdCDk CdZR dR222nAAAeffvAd CdCDk CdRR dRpRxR22214nAAcAd CdCCdxx dx2220nAApAd CdCCdxx dx22229nAAsAd CdCCdxx dxBlock Cylinder Sphere 221(2)|()2pAApeffR RnpvAscAsxdCdCR L DdxdR

25、R L k CC22314|=433pAApeffR RnsAspvAsxdCdCR DdxdRCR k C21(2 )|(2)3pAAeffR RnpvAspAsxdCdCA DdxdRR A k CC2pvceffRkD3pvseffRkDvppeffkRD216內(nèi)擴(kuò)散對(duì)多重反應(yīng)選擇率的影響一、平行反應(yīng)1122112200knBAknDAABrk CnAD rk Cn 112211212111nBAnnnnAAAArk Cskrk Ck CCk212111nnAsskCkn1n2 s s內(nèi)擴(kuò)散使選擇率降低n1=n2 s = s內(nèi)擴(kuò)散對(duì)選擇率無(wú)影響n1 s內(nèi)擴(kuò)散使選擇率升高216內(nèi)擴(kuò)散對(duì)多重

26、反應(yīng)選擇率的影響二、連串反應(yīng)（以一級(jí)不可逆反應(yīng)為例）12kkABD 反應(yīng)越深入顆粒中心，內(nèi)擴(kuò)散使選擇率越低BsBAAsCCssCCvs218活性組分不均勻分布催化劑及異形催化劑由各種因素對(duì)顆粒催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的影響的討論可知，催化劑的本征活性越大，反應(yīng)溫度越高，顆粒越大，內(nèi)擴(kuò)散有效因子越低，即催化劑的有效活性層愈薄，催化劑中的死區(qū)越大，大部分催化劑未得到充分利用。,V=SpvpeffAkD一、活性不均勻分布催化劑(a)均勻分布(b)外表型(c)內(nèi)部型(d)中間型 蛋殼型 蛋黃型 蛋白型外表型：（1）單反應(yīng)減少活性組分的用量（2）多重反應(yīng)提高選擇率（連串反應(yīng)及部分平行反應(yīng)）內(nèi)部型：（1）單反

27、應(yīng)減少活性組分的用量（負(fù)級(jí)數(shù)反應(yīng)）（2）顆粒外層易中毒中間型：內(nèi)部型的外表型，用于上述各種情況的綜合一、活性不均勻分布催化劑各種不同形狀的催化劑二、異形催化劑六筋舵輪七孔形七孔形第四節(jié)氣固相間熱、質(zhì)傳遞過(guò)程對(duì)總體速率的影響220外擴(kuò)散（External diffusion）有效因子ex外擴(kuò)散無(wú)影響時(shí)按催化劑外表面組成計(jì)算的反應(yīng)速率ex外擴(kuò)散有影響時(shí)按催化劑外表面組成計(jì)算的反應(yīng)速率CAgCAsvAsAsexvAgAgk CCk CCexDamkhler準(zhǔn)數(shù)（Damkhler number） ：反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率之比內(nèi)擴(kuò)散無(wú)影響時(shí)，一級(jí)不可逆反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散無(wú)影響時(shí)，一級(jí)不可逆反應(yīng)220外擴(kuò)散（外擴(kuò)散

28、（External diffusion）有效因子有效因子1AgAsCCDasigek SDak S11vAsAsexvAgAgk CCk CCDavAsAsvAgAxgek Cck Ccn 級(jí)不可逆級(jí)不可逆)()()()(ASAgASASAgASsgACCSkCSkCCSkCfSkreGSieGi 達(dá)姆堪勒準(zhǔn)數(shù)越大，則反應(yīng)物在主流體與顆粒外表面處的濃度差越大。外擴(kuò)散影響越嚴(yán)重 達(dá)姆堪勒準(zhǔn)數(shù)vs梯爾模數(shù) n級(jí)不可逆反應(yīng)220外擴(kuò)散有效因子外擴(kuò)散有效因子1nsiAggek S CDak S222212,1414240.5,112221,114exexexnDaDaDanDanDa )()()()(

29、ASAgnASSASAgASSgACCSkCSkCCSkCfSkreGieGiDa趨近于0時(shí)，趨近于1。不同反應(yīng)級(jí)數(shù)的不可逆反應(yīng)的外擴(kuò)散有效因子對(duì)Da準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系圖示exn0時(shí)，二者負(fù)相關(guān)；n0時(shí)，二者正相關(guān)；ex內(nèi)外擴(kuò)散都有影響時(shí)的總有效因子 0 = 內(nèi)外擴(kuò)散均有影響時(shí)的反應(yīng)速率 內(nèi)外擴(kuò)散均無(wú)影響時(shí)的反應(yīng)速率00 相互關(guān)系（一級(jí)反應(yīng)）01111exAG0ASAgASgA)()()(CkCCSkCSkrveGivavegisvvDCkSkSkCkCkr11)(AGAGASgA第一節(jié) 氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過(guò)程第二節(jié) 催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴(kuò)散第三節(jié) 內(nèi)擴(kuò)散有效因子第四節(jié) 氣-固相間熱、質(zhì)傳遞過(guò)程對(duì)

30、總體速率的影響第二章第二章 氣氣-固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)第一節(jié) 氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過(guò)程 反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑顆粒的外表面-外擴(kuò)散 反應(yīng)物從外表面向催化劑的孔道內(nèi)部擴(kuò)散-內(nèi)擴(kuò)散 在催化劑內(nèi)部孔道內(nèi)組成的內(nèi)表面上進(jìn)行催化反應(yīng)-化學(xué)反應(yīng) 產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散到外表面-內(nèi)擴(kuò)散 產(chǎn)物從外表面擴(kuò)散到氣流主體-外擴(kuò)散多孔催化劑上進(jìn)行的氣固相催化反應(yīng)第一節(jié) 氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過(guò)程一、氣-固相催化反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)組分的濃度分布第一節(jié) 氣-固相催化反應(yīng)的宏觀過(guò)程二、內(nèi)擴(kuò)散有效因子與總體速率內(nèi)擴(kuò)散有效因子（內(nèi)表面利用率）：等溫催化劑單位時(shí)間內(nèi)顆粒中的實(shí)際反應(yīng)量與按外表面反應(yīng)組分

31、濃度及顆粒內(nèi)表面積計(jì)算的反應(yīng)速率之比。用公式表示為：反應(yīng)物濃度高反應(yīng)物濃度低內(nèi)外反應(yīng)速率不一致iASsSAsScfkdScfki)()(0)(AsAAcfkdSdNr 在定態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)從催化劑顆粒外表面由擴(kuò)散作用進(jìn)入催化劑內(nèi)部的反應(yīng)組分量與單位時(shí)間內(nèi)整個(gè)催化劑顆粒中實(shí)際反應(yīng)的組分量相等，因此，內(nèi)擴(kuò)散有效因子也可表示為：速率及內(nèi)表面積計(jì)算的反應(yīng)按反應(yīng)組分外表面濃度計(jì)算的擴(kuò)散速率按反應(yīng)組分外表面濃度 對(duì)于整個(gè)反應(yīng)過(guò)程而言，定態(tài)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)氣相主體擴(kuò)散至顆粒外表面的反應(yīng)組分量也等于顆粒內(nèi)的實(shí)際反應(yīng)量，因此：(rA)g-組分A的宏觀反應(yīng)速率Se-單位體積催化劑床層中顆粒外表面積kG-外擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)若在顆粒內(nèi)發(fā)生的是一級(jí)可逆反應(yīng)，則f(CA)= CA- CA*，有：)()()(*AASASAggACCSkCCSkriseG第一節(jié)第一節(jié) 氣氣- -固相催化反應(yīng)的宏觀過(guò)程固相催化反應(yīng)的宏觀過(guò)程)()()(ASASAggACfSkCCSkriseGiseGiseGiseGSkSkCCrSkSkrCCSkrCCSkrCC11)(11)()()(*AAggAgA*AAggA*AASgAAsAg兩式相加：阻力阻力外擴(kuò)散阻力推動(dòng)力