化工基礎(chǔ)第10章

1、10 氣固相催化反應(yīng)器 要使化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)上得以實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)都要通過(guò)催化作用，不是使用均相催化就是采用多相催化的方式。 多相催化的實(shí)質(zhì)是用固體催化劑來(lái)加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)反應(yīng)就是多相催化反應(yīng)，如合成氨、乙烯氧化為環(huán)氧乙烷、乙炔與氯化氫合成氯乙烯、苯氯化、苯氧化為順丁烯二酸酐等均屬此類。 在固體催化劑表面上進(jìn)行的氣體反應(yīng)，為典型的非均相反應(yīng)。反應(yīng)所需的催化劑大多是多孔的固體顆粒。以催化劑顆粒為研究對(duì)象，尋找反應(yīng)過(guò)程的宏觀動(dòng)力學(xué)規(guī)律。以填充的催化劑床層為研究對(duì)象，尋找反應(yīng)器工程放大的規(guī)律。10.1 固體催化劑的特性 催化劑的性能主要包括活性、選擇性和壽命。影響催化劑

2、性能優(yōu)劣的指標(biāo)可以用比表面積、孔容積、空隙率和顆粒密度等表示。10.1.1 比表面積 單位質(zhì)量催化劑顆粒所具有的表面積稱為催化劑的表面積，表示為Sg，單位為m2g-1。 平均孔半徑孔隙率p 10.2 氣固相催化反應(yīng)過(guò)程氣固相催化反應(yīng)過(guò)程 反應(yīng)物從氣流主體向催化劑表面擴(kuò)散（外擴(kuò)散過(guò)程）；反應(yīng)物由催化劑外表面向內(nèi)表面擴(kuò)散（內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程）；反應(yīng)物在催化劑表面被吸附（吸附過(guò)程）；反應(yīng)物在催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)（表面反應(yīng)過(guò)程）；生成物由催化劑內(nèi)表面脫附（脫附過(guò)程）；生成物由催化劑內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散（內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程）；生成物由催化劑外表面向氣流主體擴(kuò)散（外擴(kuò)散過(guò)程）。 10.3 外擴(kuò)散過(guò)程10.3.1 氣體與催化劑

3、外表面間的傳質(zhì) 反應(yīng)組分通過(guò)邊界層從氣相主體擴(kuò)散至催化劑顆粒外表面的傳質(zhì)速率方程可表示為 ：10.3.2 氣體與催化劑外表面間的傳熱10.3.3 外擴(kuò)散對(duì)氣固相催化反應(yīng)過(guò)程的影響10.3.3.1 氣體與催化劑外表面間的溫度差和濃度差10.3.3.2 外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的影響10.3.3.3 外擴(kuò)散對(duì)復(fù)合反應(yīng)的影響 生成B的選擇性為： 10.4 內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程 擴(kuò)散系數(shù)DK可按下式估算 ： 10.4.1 球形催化劑顆粒內(nèi)的濃度分布10.5 固定床催化反應(yīng)器10.5.1 固定床催化反應(yīng)器類型10.5.1.1 絕熱式反應(yīng)器10.5.1.2 換熱式反應(yīng)器10.6 流化床催化反應(yīng)器10.6.1 流態(tài)化 當(dāng)流動(dòng)的液體或氣體通過(guò)固體顆粒層時(shí)，在適當(dāng)?shù)牧魉傧?，顆粒會(huì)被托起并作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，