北京化工大學(xué)—化學(xué)反應(yīng)工程全套第二

1、1會計學(xué)北京化工大學(xué)北京化工大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程全套第二化學(xué)反應(yīng)工程全套第二234567891011重油的催化裂化流化床反應(yīng)器12攪拌釜式反應(yīng)器13鄰二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反應(yīng)器14乙苯加氫氣液塔式反應(yīng)器15輕油裂解制乙烯管式非催化反應(yīng)器161718192021SRBAsrba22SRBAsrba0SRBAsrba233222SOO2SO322SOO21SO240SRBAsrbaI0IInn 25II0I nn26A0A0AAAnnnAx組分的起始量組分量轉(zhuǎn)化了的2728A0AAnxI0II nn0AAA0Annnx29AA0AI0IIxnnnAA0A1xnn3013smmoldd1tVr3

2、113AAsmmoldd1tnVr324D3C2BA對于反應(yīng) 以反應(yīng)物B為基準(zhǔn)定義的反應(yīng)速率為： 以反應(yīng)產(chǎn)物C為基準(zhǔn)定義的反應(yīng)速率為：13BBsmmoldd1tnVr13CCsmol.mdd1tnVr33 DCBA413121rrrrIIrrIIrr 343536SRBAsrba13BAcAsmmolnmcckr37RTEkkec0c3839nmckctnVrBAAAdd140AAAddkctcrAA0A11lnlnxcckt412AAddkctcAA0A0AA1111xxccckt0A211kct 4243ktcc0AAln444546TREkkekkRTE1lnln004748t/hr01

3、2345678醋酸轉(zhuǎn)化量102/kmol.m-301.6362.7323.6624.5255.4056.0866.8337.39849nnmckckctcrAABAAdd50t/hrcAcA0-cA0AAlncc0AA11cc00.233200010.21680.016360.072980.324420.20590.027320.12450.568630.19660.036620.17070.798340.18790.045250.21601.0337550.17920.054050.26301.292260.17230.060860.30301.515770.16490.068330.347

4、01.776180.15920.073980.38201.993251520AA11cc5354tcddAnkctcAAddAAlnlnddlncnktc55tcddlnAAln c56571b1r1out1insmolAsmolAsmolAsmolAFFFF量的積累元中物料單位時間內(nèi)體積量物料元中反應(yīng)消失的單位時間內(nèi)體積量體積元的物料單位時間排出量體積元的物料單位時間進(jìn)入broutinFFFF58t590RVV601R0VhVVS1RNOVhVVS61626364656667686970的積累量物料中單位時間內(nèi)的量消失的物料內(nèi)反應(yīng)單位時間的量的物料單位時間排出的量的物料單位時間進(jìn)入AAAAR

5、RRRVVVV1ARAsmoldd00tnVr711A0ARAsmolddtxnVrAr0RAAA00rddxtVrxntt72A0AA1xccAA0AAA0AAA0rddccxrcrxct7374A0AAA0rdxrxctttVVCFVr0RA0AR或75RRVV76132AAminmkmolkcr1133minkmolm1097. 1k7778AfAf0A02A2A0AA00AAA0r111ddAfAfxxkcxkcxcrxctxxh10. 26015 . 015 . 041097. 113rt7910Ahkmol684. 0146242400F130A0A0hm171. 04684. 0

6、cFV803t0Rm63. 15 . 9171. 0tVV3RRm17. 275. 063. 1VV8182838485AR0AA00ARddxVrxFVA0AA0A0ARdxrxcFVA0AA0A0RdxrxcVV86A0AA1xcc2A1AAA0RdccrcVV872A1AAA0A0RdxxrxcVV222AAA0A02A20AA0A0R111dxxkcxkcxcVVx33Rm45. 16018 . 018 . 041097. 1171. 0V3Rm26. 3V888990SRBAsrba0SRBAISRBAIAIA9102312C3BA2A9293001AAAAxxxVVV94AA0Ay

7、95AAA0AAII0AA0A0AAI0III11xxccxVxnnVncAAA0AA11xxcc96972113AA0AA0Adxrxc9830R1313008 . 00AA8 . 00AAA8 . 00AAA0AA0A8 . 00AA0A0AA0Am4 .381587. 08 .241sm1587. 0hm2 .57140018515.273314. 85 . 0/30s8 .2411ln2100d1110011dddAVVpRTFVxxxxxxxkcxckcxcrxcx99100CBAHHCHC242621111117Bskmol175. 0kmolkg28hs3600dh24ad330

8、akg1014F1011ABA0skmol219. 08 . 0175. 0 xFF11000110010001100314. 8103 .347K110010001100100011001000011000K1000K11000s23. 3e0725. 0eeee3kkkkkkkRERERERTE10211111A111AA0Ay1333000A0sm34. 3106001100314. 810219. 0pRTFV10338 . 00AAR8 . 00AAA8 . 00AAA08 . 00AAAA0A000AA0A0R0AA0A0Rm50. 21ln203. 1d1123. 334. 31

9、1d11dddAAxxVxxxxxkxVxxkcxcVkcxcVVrxcVVAxx104105106AAR0AAAAA00AA0AA00R1d1ddxxAVxrxcxVrxFVVtA0AA0AdxrxcR0RdVVVt107108109的積累量物料中單位時間內(nèi)的量消失的物料內(nèi)反應(yīng)單位時間的量的物料單位時間排出的量的物料單位時間進(jìn)入AAAARRRRVVVV0RfAAfA1VrFF110 RfAA1AfA0VrxxFfA1AAfA0RrxxFVfA1AAf0A0RrxxcVVfAAfA1rcc1112A2A0A1xkcr110Aminkmol0114. 0hkmol684. 0F130hm171.

10、 0V1122A20A1AAf0AR1xkcxxFV3223Rm23. 78 . 0141097. 18 . 00114. 0V3223Rm6 .329 . 0141097. 19 . 00114. 0V113反應(yīng)器有效容積平推流反應(yīng)器間歇釜式反應(yīng)器全混流反應(yīng)器xA=0.81.45 m32.17 m37.23m3xA=0.93.26 m34.56 m332.6 m3114115116117118119A0nAAA1nA0Pd111AxxxkcxnAAA1nA0Am11xxkcxA0nAAAnAAAApRmRpmd1111AxxxxxxVVx120121A0AA0A0RdxrxcVV122210

11、2012R1R:VVVV123124niixxxirxrxFVFVAA1A0AAAAA0R0ARdd125126iiVV0RiiiiiiirccrxxcAA1AA1AA0AN21127由于釜與釜之間不存在返混，故總的返混程度小于單個全混釜的返混。128210A21A2A2A2A1A210A1A1A1A0A11111kkckcckccckcckcccN10AAN1iikcc129N0AAN1ikccNAN111ikxiiiikckc24111AA1308 . 0mkmol4hm171. 01097. 1Af3B0A0130BA3AxccVccr1313Af0A4Amkmol8 . 08 . 01

12、41xcciiiikckc24111AA1323R30Rm15. 2537. 04m537. 014. 3171. 0VVVii1331342AA1AA1ARdxxrxFV2A3A23FFVV135202A0A303A0A11A1AVVFFVVFFVFc2AA022A0A2A11xVVxFF2AA11xx1362A1AAA0ARdxxrxFV0A300A10AcVVcVF1372A2A1AA0ARd1xxrxFV138PA1kPPPA2k139140A11AckrPA22Acckr PA2A12A1AAcckckrrr0PA0P0AcccccA0P0APcccc141A0P0A12A1AA0P

13、0AA2A1A1ddccckkcktccccckckr0P21P21A0A0P0A2lnlnckkckkcctcck14220P0A21Aop2kcckkc1431442A2A1AA0ARd1xxrxFV1450dd0ARFVixxxxxrxriiAAfAAAAfAAd1146147148149SRBA21srbakkA2A1ASR2BA1A2A1AAxgkxfkrccakccakrrrrsrba150CAA21Kxfxgkkee1512rdlndRTHTK12r1211lnTTRHKK152eeexgxfkkREETAA201021lnln1531541551561571581592A21A

14、1AAddnnckcktnr1601A1PPddncktcr2A2SSddncktcrtkkecc210AAtkkeckkkc2110A211Ptkkeckkkc2110A212S161162163PBA111pbakSBA222sbak11BA11Abacckr22BA22Abacckr1640AA0AAAAnnnx物質(zhì)的量加入系統(tǒng)中物質(zhì)反應(yīng)掉的量在系統(tǒng)中PSA0AP1AA0PAPAAnnnpannnS的量在系統(tǒng)中反應(yīng)掉的的量消耗的在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物1650AP10APAAAnnpanny物質(zhì)的量加入系統(tǒng)中的量消耗的在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物PASxy 166的消耗速率在反應(yīng)過程中同一瞬時速率生

15、成目的產(chǎn)物消耗的在反應(yīng)過程中某一瞬時AAPS 2A1A1APrrrS1670AAAPA0APd1nnnSnnSPPSS AN0AAN1ANPN2A1AP21A0A1PPccccSccSccSS168A0APPccSc169 122121BA10202A1A1AP11bbaaRTEEccekkrrrS1701711721731742A2SA1pSAPAckrckr付產(chǎn)物目的產(chǎn)物17532AA0A0R3A0APP22A2A1A1AP1PPm7 .255 . 05 . 15 . 015 . 45mkmol57. 25 . 05571. 0%1 .579 . 0155 . 19 . 01519 . 0

16、151rccVVccScckckckrrpaSS176A0APPccSc0AAAPA0APd1CCcSccS0AAAPPdcccSc17730AAA0A0RAAAAA0RA0APP3A0AAAAA12A2A2A1A1Pm61. 35 . 115 . 11lnln5 . 11dd%3 .235 . 0505. 1mkmol05. 15 . 05 . 1155 . 11ln5 . 115 . 115 . 11ln5 . 11d5 . 111d11d0AA0AAA0A0AA0AAccccVVcccrcVVcccScccccckkcckckckccccccccccc1782A2A1A1A1A0A2A1

17、A22A22A12A11A0A21A21A11A12A2P1AP1P5 . 115 . 11ccccccccckckckccckckckcScSc0dd1APcc17932222A22A12A1A021A21A11002R1RRP3m5 .105 . 05 . 15 . 015 . 091. 1591. 15 . 191. 1191. 155%7 .355 . 0561. 1mkmol61. 15 . 05 . 115 . 091. 191. 15 . 1191. 15ckckccVckckccVVVVScAAP180SPA21kk181A1AAddcktcrP2A1PPddckcktcrP2

18、SSddcktcrtkecc10AA1820dd10A1P2Ptkeckcktctktkeekkkcc122110APtktkekekkkcc2112210AS11183tkecc110AStkecc210AS1841851212optlnkkkkt21221A0maxPkkkkkcc186SPA21spakkApPrrpaSAP1020A1P2A1APP211ccekkckckckrrSRTEE 187188189RAA00A0VrcVcV1A0RAAA01kcVVrcc0RA1AVVckr10AA1kcc190P0RP0P0cVVrcVP2A1PPckckrc210A12A1P111kkc

19、kkckc0ddPc191011211dd221212121A01Pkkkkkkkkckc21OP1kk2120AmaxP1kkcc21A0AOP1kkcc192 RAAA0A0ddVrccVcVddA1Ackc0RVV10AAkecc193RPPP0P0ddVrccVcVP2A1PckckrddP2A1Pckckc10A1P2PddkeckckcCd1220A1Pkkkeckec194keckc0AP0ddPck1OPkVV10ROP195A00APmax368. 0cecc0A0AAOP368. 0cecck0AAmaxP0AS264. 0ccccc196122110APkkeekkkcc

20、1212OPlnkkkk12212212121A021210A121maxPkkkkkkkkkkkckkkkckkkc121210AAOPkkkkkcc12120ROPlnkkkkVV197198199200201202203204 NNtFt205 ttFtEdd tttEtF0d 1d0ttEF206207tt tFttttEtdd1002082t2t tFttttEttdd102022t 2022tdtttEt209210211212213 tFVtFVV10c0cc214 000cccctF00c 0cctFt2t215c/c0tt=01響應(yīng)曲線階躍輸入后進(jìn)入的物料階躍輸入前進(jìn)入的物料

21、216時間s0152535455565758595出口示蹤劑濃度(kg.m-3)00.51.02.04.05.56.57.07.77.7t2t217t 0cctF tccttFttFtE0dd 000dccttttEtttEt 202202022tddtccttttEtttEtt2t218時間 t/s 出口濃度 c/kgm-3 F(t) E(t) 0cct 02cct 0 0 0 0 0 0 15 0.5 0.065 0.00433 0.934 14.6l 25 1.0 0.130 0.00650 1.623 40.58 35 2.0 0.260 0.01300 4.545 159.09 45

22、 4.0 0.520 0.02600 11.688 525.97 55 5.5 0.714 0.01940 10.714 589.29 65 6.5 0.844 0.01300 8.442 548.70 75 7.0 0.909 0.00650 4.870 365.26 85 7.7 1.000 0.0091 8.636 820.45 95 7.7 1.000 0 0 0 s49.5100cctt22022ts7 .412tcct219220221ttVcm0td0dtVcm tttmVctVctVcmmtF000tddd mVcttFtEdd222時間 t/s 0 120 240 360 4

23、80 600 720 840 860 1080 示蹤劑濃度 c(gm-3) 0 6.5 12.5 12.5 10.0 5.0 2.5 1.0 00 00 t2t223000dcVctVctVcm 0ctcmVctE 000cccmtVtFtt00ctct20022022ttccttct224ts c(gm-3) c F(t) E(t) tc t2c 0 0.0 0 0 0 0 0 120 6.5 6.5 0.13 0.001083 780 93600 240 12.5 19.0 0.38 0.002083 3000 720000 360 12.5 31.5 0.63 0.002083 4500

24、 1620000 480 10.0 41.5 0.83 0.00167 4800 2304000 600 5.0 46.5 0.93 0.000823 3000 180000 720 2.5 49.0 0.98 0.0004167 1800 1296000 840 1.0 50.0 1.00 0.000167 840 705600 960 0.0 50.0 1.00 0 0 0 1080 0.0 50.0 1.0 0 0 0 50.0 18720 8539200 225s4 .374501872000ctct2220022022ts306084 .374508539200tccttct2262

25、270RVVt：反應(yīng)器空間時間 FNNNNtFt228 220222t02022t000dd1ddd1d1dd1ddddEEttEttEtEtttEtEFFttFtE229tt=0F(t)1激勵曲線tt =F(t)1響應(yīng)曲線t230tt=0E(t)激勵曲線tt=E(t)響應(yīng)曲線t231 01011110100)(,)(,1)(,; 0)(,22tEEFFttEtttEtttFtttFtt用對比時間表示：以公式表示：2320, 0, 0:BCdddddd,dddd00R0R0ctccctctcVVcctcVVcVctcVVcVcR整理：積累輸出輸入233 1dd!d1dddd111ln00222

26、21000000eEanxexeEeFEFcceeccccnaxn234tt=0F(t)1激勵曲線tt=0F(t)1響應(yīng)曲線tt=0E(t)響應(yīng)曲線235 1011011111012teEEEeFFF全混流平推流23602122237238239240 的函數(shù)。，當(dāng)然是單個微元的轉(zhuǎn)化率或如果是連續(xù)函數(shù)：之間的微元的分率和停留時間在間的微元達(dá)到的轉(zhuǎn)化率之和停留時間在txtFxxttExxttttttxtA10AAf0AAf0Afdd241242ktxxkxkcxcrxctxxexp11ln11ddAA0A0AA0A0AA0AAA 000AAexp1exp1cckttFkttFxxi243時間 t

27、/s 示蹤劑濃度 c/g.m-3 F(t) ccktexp 0 0 0 0 120 6.5 0.13 0.0872 240 12.5 0.25 0.1124 360 12.5 0.25 0.0754 480 10.0 0.20 0.0464 600 5.0 0.10 0.0136 720 2.5 0.05 0.0045 840 1.0 0.02 0.0012 960 0 0 0 1080 0 0 0 50 0.3347 6653. 03347. 01exp10Accktx244245V0, c0,V1,c1,V2,c2,Vn,cnVi,ci,tcVVcVcitiiiiddR1積累量輸出量輸入量

28、料衡算：個反應(yīng)器的示蹤劑做物時刻，對第246NiiiiiRiiiiiieccNcNccctNcNcctcVVcVctVNVNVV1dd0,00:BCdddd,CSTR01011110RRR解得：對第一槽得：由則：總?cè)莘e為的容積為恒容且每個247120N2030233020122!11.! 211111! 21111111dd111ddNNNNNNNNNNeccNNeccNeNcNcNccNecceNcNcNcc！依此類推：！解得：對第三槽解得：對第二槽248 2212120N120N!21.! 21111!11.! 21111dd!11.! 211111!11.! 211111NNNNNNNN

29、NNNNNeNNNNNeEFENNNNeFFccNNNNecc！由！因此：由定義：！249 1!1!dd!1d!1!11010011NNnaxnNNNNNNNNNNNNanxexeNNEeNNeNNNE所以：250 NNNNNNNNeNNeNNEENNNNNNNN1111!1!11d!1d!1dd22012012002222251252N12253 。其余通過遞推公式求得函數(shù)值，的手冊可查函數(shù)遞推公式。稱2111,1!1d01xxxxxxxnnueuzuz254 NkxNttEtFiNi式中：，前一章有：對等溫一級不可逆反應(yīng)或停留時間分布實驗數(shù)據(jù)111AN22t255121 -2-AAAsm:

30、smkmol:ddENlcEN256dlllccuAdAATATucATAAdAllcclETAAlcElAtclArAlcEllccuAAllcclEucAddddTATATAAATTAAAT積累反應(yīng)軸向擴散出流出軸向擴散入流入257反應(yīng)器總長令無因次化：，因此對示蹤實驗，:,00220AAA2A2AAAAA2A2LzczcuLEcLlztccclculcEtcrrtclculcE258共有四種邊界條件否發(fā)生流型變化，依流體進(jìn)出反應(yīng)器時是同的結(jié)果。不同的邊界條件會有不平推流，則擴散系數(shù)全混流，則擴散系數(shù)。數(shù)值越大返混程度越小擴散量的比值的物理意義：流動量與數(shù)彼克列令：,Pe0, 0Pe,Pe

31、1PecletPe22EEPezczccEuL259 開開，開閉，閉開，閉閉。 反應(yīng)器內(nèi)有返混，如邊界處有返混，則為開式邊界條件，若邊界處沒有返混，則為閉式邊界條件。260解析解。只有開開式邊界條件有且當(dāng)閉閉式邊界條件：且當(dāng)開開式邊界條件：且當(dāng)初始條件：Const110001001000czzczzczz261 xxxexFccxxerferf00erf1erf,d2erferf12Peerf121002誤差函數(shù)262 222Pe18Pe2Pe21Pe41expPe21dd兩個特征值：FE263264265 只能通過數(shù)值解得到。與：開閉及閉開式邊界條件閉閉式邊界條件：EF222Pe13Pe2P

32、e11Peexp1Pe11Pe212660AAA2A2rtclculcE0dddd0:BC0ddddA0A00A0AAA2A2LlcLllcEcuuclrlculcE時時267268 2Peexp12Peexp12Peexp411Pe41Pe/2Peexp12Peexp112Peexp2Peexp1212Peexp2Peexp12122A0AA22A0AAxcczLlkEulLlzzzxcc即反應(yīng)器出口處式中：269 2Peexp12Peexp12Peexp41Pe22A22txttEtF應(yīng)可解。僅對等溫一級不可逆反或停留時間分布實驗數(shù)據(jù)270s4 .374t22ts30608271s65.3

33、21164. 14 .374164. 1164. 1186.122121186.12PetPet163. 1186.1265.3211033. 341Pe413k272631. 0369. 012186.12163. 1exp163. 112186.12163. 1exp163. 112186.12exp163. 142exp12exp12exp412222A PePePex2734 .374039. 8Pet273. 1039. 84 .3741033. 341Pe413k671. 0329. 012039. 8273. 1exp273. 112039. 8273. 1exp273. 112

34、039. 8exp273. 1422Ax274713. 04 .3741033. 3exp1exp13Aktx555. 04 .3741033. 314 .3741033. 3133Akkx275反應(yīng)器出口物料轉(zhuǎn)化率平推流反應(yīng)器0.713全混流反應(yīng)器0.555凝集流模型0.665多級混合模型0.668軸向擴散模型 閉-閉式0.671軸向擴散模型 開-開式0.631276277278279 固體石蠟OHOHCHCH烴類混合物CHOHCHHCORu22Rh絡(luò)h絡(luò)CoFe,4Ni3AlZn,Cu,2280tnVrtVrdd1dd1AA及2813cat1ASA3cat1Smskmoldd1mskmol

35、dd1tnVrtVr或1cat1ASA1cat1Skgskmoldd1kgskmoldd1tnmrtmr或2cat1AVA2cat1Vmskmoldd1mskmoldd1tnSrtSr或282283284285286287288。小比表面的測定為難題測定方法：之間。注意因次通常介于表面積單位質(zhì)量催化劑具有的比表面積BETgm10005gm1212gS289 關(guān)系。以上參數(shù)之間互有換算的分率催化劑孔體積占總體積孔隙率質(zhì)量單位催化劑顆粒體積的顆粒密度體積的質(zhì)量不包括孔體積單位催化劑固體物質(zhì)真密度固體密度容大一些。在多數(shù)情況下，希望孔強度下降。為一對矛盾，孔容大則孔容與催化劑顆粒強度孔的體積單位質(zhì)量

36、催化劑內(nèi)部微孔容孔體積p3p3s13gcmgcmggcmS290291分率孔徑292293物理吸附化學(xué)吸附選擇性弱強吸附溫度通常低于沸點溫度可高于沸點溫度吸附熱接近被吸附物的冷凝熱接近反應(yīng)熱2942951V1VDCBAniiA自然有總活性中心數(shù)未被覆蓋的活性中心數(shù)空位率：，等等，則有如果有多種組分被吸附總活性中心數(shù)組分覆蓋的活性中心數(shù)被吸附率：296Ad0dVAa0adaAd0dda0aaexpexpexpexpRTEkpRTEkrrrRTEkrpRTEkrVA表觀速率：附可以寫為：作為吸附的逆過程，脫297ad0d0aad0d0aAAAd0dVAa0adaexpexp:expexp0EEqp

37、RTqkkRTEEkkKKRTEkpRTEkrrrVAA 式中：上式稱吸附平衡方程平衡常數(shù)298299吸附等溫式則：，為吸附平衡常數(shù)令，吸附達(dá)到平衡時，表觀速率：脫附速率吸附速率Langmuir1101AAAAAAAdaAAdAAaAdAAaAdVAadaAddVAaa21pKpKkkKkpkrkpkkpkrrrkrpkrkk300AAAAA2Ad2AAa2Ad2AAa2Ad2VAada2Add2AAaa21101A22A21pKpKkpkrkpkkpkrrrkrpkrkk則：，吸附達(dá)到平衡時，表觀速率：脫附速率吸附速率對解離吸附：301110BBBAAAVVBBVAAVBBBVAAAVBAB

38、AdBaBBdAaAABdBVBaBdBaBBBdBdBVBaBaBAdAVAaAdAaAAAdAdAVAaAaAdBaBdAaApKpKpKpKrrkkKkkKkpkrrrkrpkrkpkrrrkrpkrkkkk則：根據(jù)覆蓋率的定義：及平衡時，仍有表觀速率：脫附速率吸附速率組分表觀速率：脫附速率吸附速率組分對雙組分吸附：302有多種型式。根據(jù)不同的吸附機理，同理，對于多組分：和因此：可以解得：niiipKpKpKpKpKpKpKpKpKpK1IIIBBAABBBBBAAAAABBAAV1111130300a0dad0dd0aaqEEEEqEEEE，因而304 Aaa0a0aa00expexp

39、exppgkrRTgfRTEkkffpRTEkrAaaa可得：及為常數(shù)，同時令：近似認(rèn)為代入吸附速率式： 305 hkrRThfRTEkkffRTEkrexpexpexpdd0d0dd0d0dd可得：及為常數(shù)，同時令：近似認(rèn)為同理，對于脫附速率：306稱焦姆金吸附等溫式則：并令吸附達(dá)到平衡時，對于表觀吸附速率：AAAAAdaAdadAadaln1expexpexpexppKffpKghfKkkghpkkhkpgkrrr307lnlnlnln00a0dad0dd0aaqEEEEqEEEE，因而308 Aaa0a0aaA0a0aA0a0aalnexpexplnexpexplnexppRTkrfRT

40、EkkfRTfpRTEkfpRTEkr 可得：為常數(shù)，同時令：近似認(rèn)為代入吸附速率式：309 lnexpexplnexpdd0d0dd0d0ddRTkrfRTEkkffRTEkr可得：為常數(shù)，同時令：近似認(rèn)為同理，對于脫附速率：310式稱弗魯?shù)吕锵Ｎ降葴?；令所以：因為：吸附達(dá)到平衡時，對于表觀吸附速率：llRTxyyyxxyxpKkkKRTlpkkyeeeyeRTpkkRTkpRTkrrrxx1AA1daAAda)ln(lnlnlnAdadAadalnexplnexplnexp311SRAsskk312的結(jié)合。、脫附和表面反應(yīng)速率以下需要解決的是吸附平衡常數(shù)表觀速率逆反應(yīng)速率正反應(yīng)速率BAS

41、RSSSSRSBASSSSRS0SSRSS0SBASSexpexpkkKkkrrrRTEkkrRTEkkrBAS313314分不同控制步驟討論并且：各步的速率方程為：設(shè)想其機理步驟為：1RR的脫附RRA表面反應(yīng)AA的吸附ARAVRAVRRRRRRSASSAAVAAApkkrkkrkpkr315VRRSAVRRRVRRRVRRRRRRSASSSRSASSAAVAAA1010pKKpKpKpkkrKKkkkkrkpkrAR脫附過程也達(dá)到平衡：表面反應(yīng)達(dá)到平衡：學(xué)方程的主體吸附速率表達(dá)即為動力31611111111111RRSRSRAVRRSARRSVVVRRVRRSVRApKKpKKpKKpKKp

42、KpKK得代入則：代入31711111111111111111AAARRSRASRAAARRSRSRARRSAAAAAVAAARRSRSRARRSVkkKpKKpKKKpkrpKKpKKkpKKpkrkpkrpKKpKKpKK其中得代入吸附速率表達(dá)：和將318RVRRRVRRRRVRRRRRVAAAVAAAAAAAVAAARSASS00KppKkkpkkrpKpKkkkpkrkkr脫附過程也達(dá)到平衡：吸附達(dá)到平衡：動力學(xué)方程的主體表面反應(yīng)速率表達(dá)即為3191111111RRAARSRAASRSASSRRAARRRRAAAAARVRRVAAAAAVVRVRVAAVRAKppKKKppKkkkrK

43、ppKKpKppKpKKppKKppKKppKRRR代入表面反應(yīng)速率表達(dá)得和相應(yīng)地，由代入320它常數(shù)?？梢詫⒍鄠€常數(shù)合成其可以推導(dǎo)出：學(xué)方程的主體脫附速率表達(dá)即為動力過程為控制步驟時完全與此類似，當(dāng)脫附11RRRSAARRAASRRVRRRRRkkKKpKKppKKkrrpkkr321方法：1 將吸附、反應(yīng)、脫附各步驟寫清楚；2 依質(zhì)量作用定律寫出反應(yīng)、吸附、解吸速率式；3 令所有非控制步驟達(dá)到平衡，設(shè)平衡常數(shù)；4 從平衡的各式中解出，代入到非平衡式中；5 最后的結(jié)果中，只出現(xiàn)非平衡式（控制步驟）的速率常數(shù)、各平衡式的平衡常數(shù)及各組份的分壓。各常數(shù)可以合并。32232311SSRRSRBAB

44、BA有ASRA2VSB1VRA221121212211及324SSBBRRAASRSRRBABAR11pKpKpKpKppKKkppKKkr325nr吸附項推動力項動力學(xué)項ASSBBRRAASRSRRBABAR11pKpKpKpKppKKkppKKkr326327mnpkkprA328329330331SS0S0SAAddVVVVrR332333334氣流主體滯流內(nèi)層cAcAgcAs平衡濃度43211 外擴散控制 3內(nèi)擴散控制2內(nèi)外擴散同時控制 4動力學(xué)控制33512AAAAscm:dddd擴散系數(shù)DzcSDtn336kPa100133. 1:103020：壓力分子平均自由程估算孔徑：分子平均

45、自由程ppdd33713BABA12231B31A5 . 0BA5 . 1ABmolcmkPaKscm/1/1436. 0組分的分子擴散體積，：，組分的相對分子質(zhì)量，：，：系統(tǒng)壓力：系統(tǒng)溫度式中：BAVVBAMMpTVVpMMTD338原子擴散體積一些簡單分子的擴散體積C16.5H27.07N2O35.9H1.98D26.70NH314.9O5.48He2.88H2O12.7(N)5.69N217.9(CCl2F2)114.8(CI)19.5O216.6(Cl2)37.7(S)17.0空氣20.1(SiF4)69.7Ar16.1CO18.9(Br2)67.2kr22.8CO226.9(SO2)

46、41.1Ne5.59芳烴及多環(huán)化合物20.2(Xe)37.9339屬半經(jīng)驗，注意單位。舉其一。的算法有許多，此處列，則分母項包含中含有注意：如果二元擴散系數(shù)組分的組分對：組分的摩爾分?jǐn)?shù)：DDiDiyDyyDiiniiiAAA1AAAMAMA1340經(jīng)驗公式要。體系中擴散已經(jīng)無關(guān)緊孔壁，擴散物在什么由于擴散的主要阻力為微孔直徑擴散物的相對分子質(zhì)量溫度努森擴散系數(shù)式中：時cmscm/4850100k12k0dMTDMTdDdo341 12g3P32VPgPPVP0gcmcmgcmcm44單位催化劑的比表面積催化劑顆粒密度催化劑顆粒的比表面積催化劑顆粒孔隙率式中：SSSSd342ABkBAABAAB

47、ABAk/1/110ABA,1/1/11DDDaNNyNNNNaDayDD，等分子擴散，率組分在氣相中的摩爾分：組分的擴散通量，：343：顆?？酌娣e分率：顆粒外表面積，孔截面積SSSSS PSPSS ，因此，即：于催化劑的孔隙率孔面積分率都相等且等勻的，任意截面上注意：催化劑孔隙是均344 715 . 04 . 0ddddddddddddPASeAPeASPAPSLAA取，取通常，基準(zhǔn)的有效擴散系數(shù)：以催化劑外表面積為則：令因此：eDlcSDlnDDlcSDlcDSxcDSln34534612231315 . 05 . 1ABscm15.7868.9007. 721781200273436.

48、0ppD347127kscm0373. 024731054850D12Pescm004010. 0443. 00373. 0DD34812scm01522. 002571. 010373. 011D12Pescm001636. 0443. 001522. 0DD349度、濃度下的反應(yīng)量劑單位時間在外表面溫單位體積（質(zhì)量）催化量劑單位時間的實際反應(yīng)單位體積（質(zhì)量）催化350drRr并令 z=r/R351方程?？傻孟鄳?yīng)的宏觀動力學(xué)根據(jù)不同本征動力學(xué)，程為球型催化劑的基礎(chǔ)方整理得量積累量反應(yīng)消耗量輸出量輸入ASAAAe2A2A2A2A2eAA2e, 1,0dd, 0, 0:BCdd2dd0d4dd4

49、dddddd4AAcczRrzczrrDRzczzcrrrrcrDrrccrrrDAA352ASAAAe2A2A2222eA22A22AA2A2e2A2A22eA2A2eAA2e, 1,0dd, 0, 0:BCdd2dd,dd,dd,ddddddd2d4dd4ddddddd24d4dd4dddddd4cczRrzczrrDRzczzcRzrzRrzRrRrzDrrrrrcrrcrrrrrrcrDrrcrcrrrrDrrrrcrDrrccrrrD代入上式得則令：忽略高階無窮小并整理推導(dǎo)過程：353描述濃度分布并代入邊界條件得：二階常微分方程，解之則模數(shù)定義無因次數(shù)群應(yīng)，對于等溫一級不可逆反SSA

50、SAA2SA2A22Se2eSAe2A2A2AA3sinh3sinh3dd2dd3,3Thieled2ddzzccczczzckDRDkRkcDRdzczzckcr354ASAASSSSA02SSAS3A02A3A2S3S0SASA0S0SAA31311d43sinh3sinh341d4341d4d34d1dSSSkcRkcthRrrRrkcRRrrkcRRrrVrVVrVRdVVrRRRVVV中：代入355剛好符合定義式或有效因子為等溫一級不可逆反應(yīng)令A(yù)SAASAASASSS313tanh11rRrRkcR 1, 4 . 0113tanh, 3tanhSSSS當(dāng)，當(dāng)xxxxeeeex3563

51、57 2A222AASAASASASAASASAASAAS2ASAASASAASAAAAdddddddd/. ! 2! 1zczvzczvcccfcfvcfcfvcfcccfcfcfcccfcccfcfcfckfr微分：則令取前兩項：作臺勞級數(shù)展開：，將358得到由得：與一級反應(yīng)相似，令得：代入：將ASAASASASAS2S22ASeSASe222Ae2A2A22A222AASAASAS, 1,0dd, 0, 03dd2dd3dd2dddd2ddddddddddcccfcfvcfcfvzRrzvzrvzvzzvcfDkRckvfDRzvzzvrDRzczzczczvzczvcccfcfv359

52、ASeSSSSASA3313tanh11cfDkRrR360 最大內(nèi)擴散速率最大反應(yīng)速率模數(shù)中：時，當(dāng)項：由臺勞級數(shù)展開的前兩球體外表面積球體體積，式中：SSASSeSASASeSA2S2S2SASSAASASASASASASAASASAASASS23ASeS0Thiele043433SVcSDrVcDrSVcrcckfckfccfcfccfcccfcfSVRRRcfDkR3613623631237kscm10342. 31206002731034850D1243Pkescm1057. 535 . 010342. 3DD364 ASASAASAcfcccfcfASASASccfcf365ASe

53、SA2ASASe22S93cDrRccfDkR2SASeSA9RcDr2SASeSAA9RcDrR366 394. 21011057. 5102 . 191 . 095452ASeA22ScDRR394. 2313tanh1SSS2S3218. 0313tanh11SSS367368drRr方程為圓柱形催化劑的基礎(chǔ)整理得量積累量反應(yīng)消耗量輸出量輸入ASAAAeA2A2AAeAAe,0dd, 0:BC1dd1dd0d2dd2dddddd2AAAAccRrrcrrDrcrrcrrrLrcrLDrrccrrrLD369 得。具體數(shù)值由數(shù)學(xué)手冊查因此，微分方程：滿足函數(shù)：第一類階第一類貝塞爾函數(shù)階和分

54、別為，式中，述方程的解為：對一級不可逆反應(yīng)，上1201202022222010S0SS1ASAASeS2!1!12!101dd1ddBessel21!1BesselBessel10222kkkkkkkvkkvxkkxJxkxJwzvzwzzwzkvkzJxJxJJJrRcfDkR370371LRldl0r372方程為圓片形催化劑的基礎(chǔ)整理得量積累量反應(yīng)消耗量輸出量輸入ASAAeA2A2A2A2eAAe2,20dd, 0:BCdd0ddddddddAAAAccLllclDrlcrlRlcRDllcclDRLRldl0r373ASeSSSSS2SS22SS23SSASAASeSThiele2222

55、4343Thieletanh2cfDkSVSVRLLRRSVRLRLSVRRRrRcfDkLn模數(shù)可統(tǒng)一為：化劑顆粒，因此，對于任意形狀催圓柱薄圓片球形粒分別為：前部分，三種形狀的顆模數(shù)的表達(dá)式中，根號程的解為：級不可逆反應(yīng)，上述方對374注意對數(shù)坐標(biāo)因差別不大，可以用球形結(jié)果近似任意形狀。375但，不同反應(yīng)級數(shù)差別比較大37621AeSSAAe1ASSSS11nnnckDnVSkcRDnkcSV377378222expexp21Ae0SS21Ae0SS21AeSSA反擴反擴反，遠(yuǎn)大于原因：一般半。表觀活化能是原值的一EEEEERTEcDknVScDRTEknVSckDnVSRnnn 379R

56、r380 SASAAeere2rAe202A,:BCdddd4dd4d4TTcccDHTrTrrcDrHrrrHr在球體外表面處得：外擴散的熱量控制體界面處向的反應(yīng)物反應(yīng)掉所放熱控制體界面處向內(nèi)擴散定常態(tài)下：球體積內(nèi)反應(yīng)放熱381ASASSeASeASASeASeSSAASeeS11,1ccTTTcDHccTcDHTTTccDHTT變?yōu)榉Q能量釋放系數(shù)，上式令數(shù)學(xué)處理方程的解為：382的最高溫度。，為顆粒中心可能達(dá)到，因此完全時，不可逆放熱反應(yīng)且反應(yīng)粒的中心最高溫度出現(xiàn)在球形顆布式。對于放熱反應(yīng)，為球形催化劑內(nèi)溫度分得代入布式將球形催化劑內(nèi)濃度分103sinh3sinh11113sinh3sin

57、hS0ASSSASASSSASATTczzTTccTTzccz38313sinh311limlim3sinh3113sinh3sinh11limlim0SSSS3center3SSSSSSS00SSTTTTzzTTzzz充分大時，當(dāng)：否則，在催化劑中心處384ASASeAA2A2A0ASAS0SAASA11dd2dddSccTTDrrcrrccfekrVrVrrRRTEV385RTETcDHcfDkSV阿累尼烏斯數(shù)能量釋放系數(shù)模數(shù)SeASeASeSSSThiele38621B2BA1AWSBCPA21kkckrckrkk并且有以一級反應(yīng)為例：副反應(yīng)主反應(yīng)387，選擇性下降了。由于當(dāng)擴散系數(shù)相近

58、時，當(dāng)內(nèi)擴散影響嚴(yán)重時，擇性：有擴散影響時，瞬時選擇性：無擴散影響時，瞬時選21BSAS21BAP2e1eBSe22BAS1e1e11AS1A2S21S1BS22AS11BAPBS2AS1BAP33311kkcckkRRSDDcDkRRcDkRDkRckRckckRRSckckrrS388nmmnnmknkckkckckckSckrckrAS12AS2AS1AS1PB22AA11A11SAPA21：劑內(nèi)濃度就是表面濃度無內(nèi)擴散影響時，催化副反應(yīng)主反應(yīng)389下降增加不變應(yīng)級數(shù)：于反瞬時選擇性的變化取決但，此時表示瞬時選擇性，仍由式化劑內(nèi)部任意點上，有內(nèi)擴散影響時，在催PPPASAAS12AS2A

59、S1AS1P,11SnmSnmSnmccckkckckckSnmmnn390下降。將上升，也就是選擇性但無論如何反，也可能存在極值，比較復(fù)雜，可能正好相然下降，而隨著深入顆粒的進(jìn)程必由于擴散的影響，在顆粒內(nèi)各處不同。決定了選擇性。但到任意正級數(shù)反應(yīng)）對于一級反應(yīng)（可推廣APPAAPAPAP21A1P2A1APP1DPA21cccccccccckkckckckrrSkk391ASPS122121APP1cckkkkkkRRS3923933ASAG1g1AASAGSgAcmmolA:,scm:smolA:dddd濃度氣相主體和催化劑表面氣相傳質(zhì)系數(shù)物質(zhì)的摩爾數(shù)單位時間內(nèi)傳遞ccktnccSktn3

60、949 . 0,91. 0, 1:cm:2S其它形狀圓柱球形顆粒表面利用系數(shù)催化劑外表面積S32ggDScGkJ395 催化劑床層空隙率顆粒比表面當(dāng)量直徑是雷諾數(shù)的函數(shù)：氣相分子擴散系數(shù)氣相粘度施密特準(zhǔn)數(shù)氣體質(zhì)量流率；：氣相密度式中：因子稱傳質(zhì):cm:1ReRe19. 16000Re300Re10. 2300Re3 . 0sm:sPa:ScScsmkg:mkgScBsBgsm41. 0mDm51. 0mDmD12ggg123g32ggDdGdJJJDDGJGkJ396 準(zhǔn)數(shù)Damkohler:DaDaddASASSgSASAGSSAASAGSgAcfcfSkkVccckfVVRccSktnAS