實驗八催化劑內擴散有效因子測定

1、實驗八催化劑內擴散有效因子的測定(精)實驗八催化劑內擴散有效因子的測定(精)10/10實驗八催化劑內擴散有效因子的測定(精)實驗八催化劑內擴散有效因子的測定一、實驗目的及意義“多相系統(tǒng)中的化學反響與傳達現象”是反響工程課程的要點講課內容之一，經過實驗使學生認識內、外擴散過程及其對反響的影響；掌握催化劑內擴散有效因子的見解及其實驗測定方法；認識本征反響動力學的實驗測定方法。二、實驗原理1苯加氫氣固相催化反響方程式在Ni/Al2O3固體催化劑作用下，苯加氫反響方程式為：C6H6(g)3H2(g)1301800CC6H12(g)此反響為單調不可以逆放熱反響。在氫氣大大過分狀況下可視為擬一級反響。2內

2、擴散有效因子的測定在外擴散影響已除去的基礎上測定催化劑內擴散有效因子。經預實驗發(fā)現，因為本系統(tǒng)所使用的氫氣大大過分，所以在實驗溫度、流量范圍內，外擴散的影響均已除去。本實驗在反響管內裝填1028目范圍內的粒子(假定為球形顆粒)、質量為W(g)的催化劑。在某一床層溫度（如150左右）下，經過改變苯和氫氣的進料流量，測定相應的出口轉變率xA，獲得xAVP/FA0曲線。曲線上隨意一點的斜率就對應于該轉變率下的宏觀反響速率（RA）。對一級不可以逆反響，宏觀反響速率又可寫成：(RA)kPCAG(1)式中：CAGCA0（1xA）所以：(RA)(2)kPCAG因為本征反響速率常數kP值未知，故不可以直接由式

3、（2）求出內擴散有效因子。依據：2R2kP(RA)R2(RA)(3)SSDeAkPCAGDeACAG式中：S為大西勒（Thiele）模數;S為球形顆粒一級反響時的西勒（Thiele）模數。R為催化劑顆粒半徑、DeA為氣態(tài)苯在催化劑顆粒內部的有效擴散系數、（RA）為宏觀反應速率、CAG為轉變率為xA時苯的摩爾濃度，均可由實驗測得，故由式（3）即可直接求出S（即S2）值。而3(11)(4)Stanh(S)S59所以可先假定S此時判斷獲得的2S代入式(4)2S值能否等于由式（3）求得的S2值？若不等，從頭假定S值，頻頻計算，直到相等。若相等，此時的值即為所求。三、實驗裝置及流程圖1、實驗裝置：該裝置

4、由反響系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構成：反響系統(tǒng)的反響器為管式，不銹鋼材質。反響管內徑：20mm；長度：550mm。管內有直徑為3mm的不銹鋼管穿過反響管的上下兩頭，以便在3mm管內插入直徑為1mm的塏裝式熱電偶，經過上下拉動熱電偶可測出床層內不同樣高度處的反響溫度。預熱器直徑：10mm；長度：250mm；加熱功率：0.5kW。反響加熱爐采納三段加熱控溫方式，加熱爐直徑：220mm；長度：550mm；各段加熱功率：1kW。上下段溫度控制靈巧，恒溫區(qū)較寬?？販嘏c測溫數據均數字顯示。2實驗裝置流程圖15氫氣鋼瓶穩(wěn)壓閥調理閥苯計量泵轉子流量計壓力表預熱器床層測溫熱電偶反響管催化劑/填料復合床層、加熱爐上、中、下三

5、段熱電偶苯儲罐氣相色譜儀圖1.實驗流程表示圖四、實驗操作步驟1正確稱取2克1028目的催化劑，并量出該催化劑的體積，記為VPmL；再稱取克同樣目數的瓷粒子，此后平均混淆，并用量筒量取其體積，將其裝入反響管中，記錄床層高度和床層地點。再將反響器固定在反響加熱爐中。通氣體進行試漏，直至不漏。2催化劑活化。催化劑床層溫度以25/h的升溫速率從室溫升到180,控制適合的氫氣流量（300mL/min左右）通入反響器。在180恒溫2h,此后以25/h的降溫速率降溫，到50以下時封閉氣源和電源。3計量泵苯流量的標定。（上述三步由實驗指導老師開初達成）。4翻開氫氣鋼瓶減壓表，開啟氣相色譜儀，分析條件為：柱室8

6、0，進樣器150，60橋流150MA,柱前壓力0.15MPa。翻開氫氣鋼瓶減壓表，調理穩(wěn)壓、穩(wěn)流閥，控制適合的氫氣流量（400mL/min左右），通入反響器，目的是床層溫度高升時使床層溫度平均，同時氫氣又是反響原料氣。6開啟電源開關，設置好預熱器和反響器加熱爐上、中、下三段的溫度分別為150、110、140、110左右。7調理預熱器和反響器加熱爐上、中、下三段的電流給定旋鈕，預熱器電流不超出1A，反響器加熱爐上、中、下段不超出2，電流表有電流指示表示已開始加熱。8待預熱器和反響器加熱爐上、中、下三段的溫度分別達到所設定的溫度時，開啟計量泵，泵入苯，苯的流量依據逗留時間的要求控制在某一適合的流量

7、（苯的流量可控制在0.21g/min），并要求苯和氫氣的進料摩爾配比保持在1：6，依據此摩爾配比調理氫氣的流量。9苯在預熱器汽化并與氫氣混淆后進入催化劑床層發(fā)生反響。因為是放熱反響，反響器加熱爐上、中、下三段的溫度均會高升，待操作一段時間，溫度堅固后，拉動床層測溫熱電偶，檢測整個床層的溫度散布能否在150左右且各處能否湊近等溫。不然需要對加熱爐中段給定溫度稍作調整。10當反響器床層溫度達到所要求的溫度，且加熱爐上、中、下三段的溫度均堅固不變時，用2mL玻璃注射器對反響器出口氣體進行取樣，注入到色譜儀中進行熱導分析，獲得反響器出口氣體的構成結果。11改變苯進料流量，同時相應改變氫氣進料流量，保持

8、苯和氫氣的進料摩爾配比不變，仍為1：6。重復實驗步驟910。12共進行了5個流量時，可結束實驗。封閉苯計量泵，封閉加熱電源。連續(xù)通入氫氣，待床層溫度降至100以下可封閉氫氣鋼瓶，以防備溫度過高造成催化劑失活。五、實驗數據記錄：氣溫：大氣壓：MPa實驗日期：表1催化劑催化劑催化劑填料稀釋比整體積床層高目數(g)(mL)(g)(mL)(cm)表2序號氫氣流量苯流量上段溫度中段溫度下段溫度()()()(mL/min)(mL/min)設定實測設定實測設定實測1234561序號床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）實測溫度()床層長度（cm）

9、實測溫度()數據序號表3床層溫度散布狀況表4分析結果y1y2xAxAW/FA0(%)(%)(%)(%)(g.h/mol)六、實驗數據辦理：1反響器出口轉變率的計算設苯的流量為FA0(mol/h)，反響器出口轉變率為XA，出口氣體中，苯的質量百分含量為y1，環(huán)己烷的質量百分含量為y2（不考慮此中氫氣的質量百分含量），即y1y2100%。由化學方程式：C6H6(g)3H2(g)Ni,1500CC6H12(g)反響前：(mol/h)FA0062反響后：(mol/h)FA0*(1XA)FA0*XA即：(g/h)FA0*(1XA)*78FA0*XA*8478*FA0*(1XA)13(1XA)(5)y1X

10、A)84*FA0*XA13(1XA)14XA78*FA0*(184*FA0*XA14XA(6)y2XA)84*FA0*XA13(1XA)14XA78*FA0*(113(1y1)13y2(7)化簡得:XA或XAy213y114y1和y2可經過氣相色譜分析反響器出口氣體構成而得。所以可經過式(7)計算出口轉變率。2反響速率（RA）的計算由實測的xAVP/FA0曲線，可用多項式擬合，此后求導，任何一個xA所對應的導數值就是該點的反響速率值。3有效擴散系數DeA值苯在催化劑顆粒中的有效擴散系數可取0.2cm2/s。七、實驗注意事項1實驗前，必定要檢查管路的氣密性，尾氣要接到室外；2實驗操作必定要按步驟進行，防備催化劑失活；3實驗中要注意保持氫氣、苯流量的堅固；4實驗結束后，檢查水、電、氣的閥門，封閉后才能走開。八、思慮題1外擴散阻力怎樣除去？2本征反響動力學怎樣測定？九、參照文件1陳甘棠主編.化學反響工程第一