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内部传递对气固相催化反应过程的影响 学习目标 1、明确Thiele模数φ和修正Φ的区别与适用范围,以及它们与效率因子间的函数关系; 2、学会使用可观察参数法判断内扩散是否严重,分析内扩散对复杂反应的影响; 3、掌握非等温条件下的催化剂内部效率因子是由哪些因素决定,理解在内、外扩散阻力共同存在下的总效率因子。 如De为常数,由5-23可得: (2)催化剂外表面的浓度梯度:将r=R0代入(5-27)即得: 由图可见,这三条曲线都具有渐近线,渐近线方程: 阿里斯Aris提出了修正的Thiele 模数(Φ)将图5-3中的曲线统一起来: 由图5-4 可见, 修正Thiele 模数Φ 和内部效率因子ηi 的关系可分为三个区域。 根据内部效率因子的定义, 由反应速率常数k 可用实测的表观反应速率表示为: □将式(5-48) 除以式(5-47) , 得: □由上式可见, 在非等温条件下, 催化剂颗粒内的浓度分布和温度分布是φ、βin 和ε三个量纲为一参数的函数。因此, 非等温条件下的内部效率因子也是这三个参数的函数。 图5-6系在球形催化剂上进行一级不可逆反应根据数值算结果绘制, 当ε= 20 时, 内部效率因子ηi 和发热函数βin和Thiele 模数φ的关系。 ①βin > 0 →放热反应时, ηi可能> 1。 ○原因:因为进行放热反应时, 催化剂内部温度高于表面温度, 温度升高使反应加速的效应超过了浓度降低使反应减慢的效应。βin 越大表明颗粒内部与外表面的温差也越大, 所以在相同φ下, ηi也越大。 ②βin < 0 →吸热反应, 由于催化剂内部温度低于表面温度, 效率因子将小于等温情况的效率因子。 ③ βin = 0 的曲线即表示等温情况。 (5-63) -(5-64) 即为无内扩散影响和内扩散影响很大时选择性之差( 设α= 1) : 可由(5-65) >0求解