对于气固催化反应，反应物必须通过催化剂颗粒的 内孔边向内扩散，边进行化学反应，而产物必须由内向 外扩散至孔口，然后进入气流主体。内部传质过程是传 质和反应同时发生并交互影响的过程，结果使催化剂颗 粒内各部位浓度和温度不同，从而影响反应结果。而且 内扩散和反应过程是一个复杂的串并联过程。对内扩散 过程的研究是建立在外部传质阻力很小，可忽略的假设 基础上。对内扩散过程，用等温催化剂内部效率因子来 定量的表示颗粒内部的传质对过程的影响。 化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 11/54
化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 11/54 对于气固催化反应，反应物必须通过催化剂颗粒的 内孔边向内扩散，边进行化学反应，而产物必须由内向 外扩散至孔口，然后进入气流主体。内部传质过程是传 质和反应同时发生并交互影响的过程，结果使催化剂颗 粒内各部位浓度和温度不同，从而影响反应结果。而且 内扩散和反应过程是一个复杂的串并联过程。对内扩散 过程的研究是建立在外部传质阻力很小，可忽略的假设 基础上。对内扩散过程，用等温催化剂内部效率因子来 定量的表示颗粒内部的传质对过程的影响
§8.3等温条件下的催化剂颗粒内部传质过程 8.3.1催化剂颗粒内的浓度分布 以单组分的不可逆反应为例 (-r)=kCm 忽略外部传质过程的影响，则 Ch=Ces Tis=Tis =Th 假设： (1)催化剂颗粒内，微孔长度和直径是均匀的； (2)催化剂颗粒内的扩散速率为 以单位颗 粒截面上的扩散速率来表征扩散速率的大小。 (3)催化剂颗粒内的反应速率为C”,以单位颗粒 体积作为反应速率的基准。 化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 12/54
化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 12/54 8.3.1催化剂颗粒内的浓度分布 以单组分的不可逆反应为例 ( ) , n is b es is es b r kC C T T T − = = = = 忽略外部传质过程的影响，则 C is e dC D dr 假设： （1）催化剂颗粒内，微孔长度和直径是均匀的； （2）催化剂颗粒内的扩散速率为： 以单位颗 粒截面上的扩散速率来表征扩散速率的大小。 （3）催化剂颗粒内的反应速率为 ，以单位颗粒 体积作为反应速率的基准。 n is kC §8.3等温条件下的催化剂颗粒内部传质过程
§8.3等温条件下的催化剂颗粒内部传质过程 8.3.1球形催化剂颗粒内组分的浓度分布 进入=离开+反应 dr r+dr (ar)(r 化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 13/54
化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 13/54 8.3.1球形催化剂颗粒内组分的浓度分布 进入＝离开＋反应 2 2 2 4 ( ) (4 ) (4 ) is is n e e is r dr r dC dC D r dr D r r dr kC dr dr + + = + r r+dr §8.3等温条件下的催化剂颗粒内部传质过程
§8.3.1浓度分布微分方程 微元壳体外层上的浓度梯度为： 〔出)〔 则： d2Cs3 is dri r dr 上式为催化剂颗粒内反应物浓度分布的微分方程式。 边界条件： r=时，Cs=Ces r=0时， dCk=0 dr 化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 14/54
化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 14/54 §8.3.1浓度分布微分方程 2 2 is is is r dr r r dC dC d C dr dr dr dr + = + 0 0 is es is r = r C C dC r dr = = = p 边界条件： 时， 时， 微元壳体外层上的浓度梯度为： 2 2 2 n is is is e d C dC kC dr r dr D + = 则： 上式为催化剂颗粒内反应物浓度分布的微分方程式
§8.3.1浓度分布微分方程 上式转化为无量纲的形式 C% ,z=Φ= C D 则方程变为 dC+2dCs=Φ'(C 十 dz'Z dz 边界条件：Z=1时，C=1 Z=0时， dZ 化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 15/54
化学反应工程原理 第八章气固催化反应过程的传递现象 15/54 上式转化为无量纲的形式 1 1 0 0 is is Z = C dC Z dZ = = = 边界条件： 时， 时， 2 2 2 2 ( ) is is n is d C dC C dZ Z dZ + = 1 , , n is b is p b p e C kC r C Z r C r D − = = = 则方程变为： §8.3.1浓度分布微分方程