实验10 催化剂内扩散有效因子的测定
有效扩散系数
有效扩散系数有效扩散系数是研究水在土壤中的扩散的一项常用参数。
它可以帮助我们更好地理解土壤中水在细胞间的流动，并且也可以用于土壤水分封闭容器的模拟和控制土壤中水的变化。
有效扩散系数的研究也为土壤中的水汽流动提供了参考。
有效扩散系数是指带电粒子（如水中的离子）穿过土壤孔隙，留下土壤表面上的残留物，从而使物质在土壤中扩散的能力。
它与土壤组分、温度、孔隙结构和土壤水汽流动等因素有关，受到土壤温度、盐度和离子浓度等外部因素的影响，这导致有效扩散系数是时变的，会受到以上因素变化的影响而发生变化。
有效扩散系数的实验研究是以微量元素和肥料的扩散为主，有效扩散系数的测量可以通过多种实验方法得到，其中最常用的实验方法有塑造法、夹具法、管道法、毛细管法、透析法和移液法等。
有效扩散系数的研究对于提高旱地的水利管理、提高土壤水分蓄积能力，调节土壤有机物的运移，开展环境土壤理化指标研究，制定有效的农业发展规划以及治理污染等方面都有重要意义。
因此，有效扩散系数的研究已成为国内外环境质量监测及其它土壤科学领域的重要常用参数与研究课题。
一般来说，有效扩散系数可以采用几种方法进行测定，包括等温曲线法、定常法、移液法等。
等温曲线法是用等温曲线形式来描述物质在土壤中从一处至另一处的扩散过程，用于测定有效扩散系数。
实验中，将一定量的离子溶液放入容器中，将容器分成上下两个部分，把离子滴注入上面一部分，把离子液放入下面一部分，使溶液在容器内形成一个等温场，然后通过观察容器中的溶液变化来测定有效扩散系数。
定常法是指将固体物质均匀地放入容器中，容器分成上下两部分，将离子滴注入上半部分，然后注入溶液，使溶液在下半部分开始凝固，定常法的实验结果可以用来测定有效扩散系数。
移液法是指将离子溶液放入容器中，容器分成两个部分，用手提管或玻璃管将药液管道移动，离子溶液在释放到上半部分容器后，测定溶液在容器中的分布情况，用来测定有效扩散系数。
综上所述，有效扩散系数是描述离子在土壤孔隙内以及土壤表面扩散的指标，是期望模拟和控制土壤中水分变化的重要参数。
南京工业大学化学工程与工艺专业实验》思考题答案
实验1二元体系汽液平衡数据测定1，实验测量误差及引起误差的原因答：（1）汽液两相平衡时，回流滴下来的流体速率平稳，大约每秒1~2滴，且在一段时间内温度维持不变。
2，影响汽液平衡数据测定的精确度的因素有哪些答:（2）影响准确度的因素有温度和压强，装置气密性，温度计灵敏度，折射仪读数准确性等。
实验3 二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定1，质面比常数K值对实验结果有何影响为什么答:任意温度任意压力下，质面比常数k均不变。
所以不会对实验结果又影响。
2，为什么测量25℃下等温线时，严格讲，出现第1个小液滴时的压力和最后一个小汽泡将消失时的压力应相等答：在出现第一个小液滴和最后一个汽泡消失过程中CO2处于汽液平衡状态。
根据相律得F=C-P+1=1-2+1=0，自由度为0，故过程中压力应为相等。
实验4 气相色谱法测定无限稀释溶液的活度系数1,无限稀释活度系数的定义是什么测定这个参数有什么作用答:定义:P29 公式(4-1),作用:通过测定两个组分的比保留体积和无限稀释下的活度系数,计算其相对挥发度.2,气相色谱基本原理是什么色谱仪有哪几个基本部分组成各起什么作用答:原理：因固定液对于样品中各组分溶解能力的差异而使其分离。
组成及作用：（1）载气系统气相色谱仪中的气路是一个载气连续运行的密闭管路系统。
整个载气系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定及流速测量准确。
（2）进样系统进样就是把气体或液体样品速而定量地加到色谱柱上端。
（3）分离系统分离系统的核心是色谱柱，它的作用是将多组分样品分离为单个组分。
色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。
（4）检测系统检测器的作用是把被色谱柱分离的样品组分根据其特性和含量转化成电信号，经放大后，由记录仪记录成色谱图。
（5）信号记录或微机数据处理系统近年来气相色谱仪主要采用色谱数据处理机。
色谱数据处理机可打印记录色谱图，并能在同一张记录纸上打印出处理后的结果，如保留时间、被测组分质量分数等。
催化剂有效因子实验讲义
实验10 催化剂内扩散有效因子的测定一．实验目的“多相系统中的化学反应与传递现象”是《反应工程》课程的重点内容之一，通过本实验使学生对课程的内容有更深入地理解。
1.了解内、外扩散过程及其对反应的影响；2.掌握催化剂内扩散有效因子的概念及其测定方法；3.了解本征反应动力学的实验测定方法；4.了解固定床反应器中床层的温度分布情况。
二．实验原理环己烷是无色透明的液体，不溶于水，有刺激性气味，易挥发、易燃，沸点80.73℃，相对密度204d 0.7785。
主要作为己二酸和己内酰胺的合成原料。
环己烷的生产方法以苯加氢为主，其次是石油烃分离法。
苯加氢制环己烷，采用气固相催化反应或液相催化反应都可得到较高收率，工业上两种方法都有万吨级生产规模。
本实验采用气固相催化加氢法，用镍催化剂在固定床反应器中合成环己烷。
1.苯加氢气固催化反应本征动力学在32/O Al Ni 固体催化剂作用下，苯加氢反 应方程式为：)()()(3)(126180130266A g H C g H g H C Co−−−→−+-此反应可近似看成单一不可逆放热反应，在氢气大大过量的情况下可视为拟一级反应，故：AG P A C k R =-本)( （2-10-1）p k ——本征反应速率常数； 图2-10-1 多相催化反应过程AG C ——苯的摩尔浓度。
2.宏观动力学固体催化剂外表面为一气体层流边界层所包围，颗粒内部则为纵横交错的孔道，如图2-10-1所示。
多相催化反应过程步骤包括：(1)反应物由气相主体扩散到颗粒外表面——外扩散； (2)反应物由外表面向孔内扩散，到达内表面——内扩散； (3)反应物在内表面上吸附； (4)反应物在内表面上反应生成产物； (5)产物自内表面解吸；(6)产物由内表面扩散到外表面——内扩散； (7)产物由颗粒外表面扩散到气相主体——外扩散。
气固催化反应的速率不但与化学反应有关，还和流体流动、传热、传质有关，这种包括了物理过程影响的化学反应速率叫做宏观反应速率。
反应工程题库(答案自己做的,仅供参考)
一、是非题：（正确的打“√”，错误的打“×”） 1．对化学反应来说，温度越高，反应速率越大，因此高温操作，可使反应器体积最小。
（× ）2．多个PFR 串联或多个CSTR 串联，其流型仍为活塞流或全混流。
（ × ） 3．对于零级反应，由于反应速率与反应物浓度无关，因此催化剂内扩散阻力对宏观反应速率无影响。
（ × ）4．在进行均相反应动力学实验时，既可以在间歇反应器中进行，也可以在连续流动反应器中进行，但由于反应器操作方式不同，因此所得的反应动力学方程形式也是不同的。
( × )5． 间歇釜式反应器改成连续操作后，由于省去了辅助时间，因此一定能提高产量。
（ × ）6．在绝热式固定床反应器中进行一级不可逆反应，由于西勒（Thiele ）模数与反应物浓度无关，因此内扩散有效因子在床内为常数。
（ × ）7．由于全混釜的停留时间分布比任意非理想流动反应器的都宽，因此NFR t CSTR t )()(22σσ>。
（ × ）8．在一绝热反应器中，仅当进行一级反应时，其反应温度和转化率的关系才呈线性。
（ × ）9.在任意转化率下，一级不可逆连串反应在全混流反应器中进行的收率总是低于在间歇釜中进行的收率。
√10．在相同的温度下，一级连串不可逆反应A →P →Q ，在间歇反应器中进行时P 的收率总是高于在全混流中进行的P 的收率。
（ √ ）11．在全混流釜式反应器中进行液相反应,由于返混程度最大,故反应速率一定最小。
（ × ）12．因为单一反应就是基元反应，因此反应级数与化学计量系数相同。
（ × ）13．一自催化反应P A k−→−,若(-R A )=kC A C P ，由于反应级数大于零，则在达到相同的转化率时，所需的V PFR 总是小于V CSTR 。
（ ） 14．在间歇反应器（BR ）中和活塞流反应器（PFR ）中等温进行同一反应，若C A0、x Af 相同时，则t BR = τPFR 。
内扩散有效因子实验测定
。率
y � 41
2
y 31
A
�
A
X 或
) 1 y �1( 31
1
y � 31
�
0A
A
X :得简化 � 2y
X 41 � ) A X � 1( 31
A
X 41
�
X*
0A
F * 48 � ) A X � 1( *
A
X*
0A
F * 48
F * 87
A X 41 � ) A X � 1( 31
) A X � 1( 31
26
0
C 0 5 1, iN
0
0A
F
) h / lom (�前应反 �式程方学化由 。 % 001 � 2 y � 1y
) g ( 21 H 6 C �� � �� ) g ( 2 H3 � ) g ( 6 H 6 C
即� � 量 含 分 百 量 质 的 气 氢 中 其 虑 考 不 � 2 y 为 量 含 分 百 量 质 的 烷 己 环 � 1y 为 量 含分百量质的苯�中体气口出� A X 为率化转口出器应反�)h/lom( 0 A F 为量流的苯设
GA
C P k� � ) A R � (
�成写可又率速应反观宏�应反逆可不级一对 。 �AR��率速 口出的应相定测�量流料进的气氢和苯变改过通�下�右左℃051 如�度温层床一某在。剂 化催的)g(W 为量质 、)粒颗形球为定假(子粒的内围范目 82�01 填装内管应反在验实本 。除消已均响影的散扩外�内围范量流、度温验实在此因�量过大大气氢的用使所系 体本于由�现发验实预经。子因效有散扩内剂化催定测上础基的除消已响影散扩外在 定测的子因效有散扩内�2 。应反级一拟为视可下况情量过大大气氢在。应反热放逆可不一单为应反此 应反观宏的下率化转该于应对就率斜的点一意任上线曲。线曲 0AF/ P V �Ax 到得�Ax 率化转
重油在催化剂中的有效扩散系数及扩散受阻因子
更 为 准确 合 理 。
关 键 词 ： 渣 油 ； Ｆ Ｃ催 化 剂 ； ＳＯ２ 型催 化 剂 ； 有 效 扩 散 系数 ； 扩 散 受 阻 因子 Ｃ ｉ 模 中 图分 类 号 ： Ｔ ６ ４ ４ Ｑ４ ６ ７ Ｅ ２ ． ；Ｔ ２ ． 文献 标 识 码 Ａ ｄ ｉ１ ． ６ ６ ｊｉ ｎ １ ０ — ３ ６ ． ０ １ ０ ． ０ ｏ ： ０ ３ ９ ／ ．ｓ ． ０ ６ ９ Ｘ ２ １ ． ５ ０ １ ｓ
重 油 在 催 化 剂 中的有 效 扩 散 系数 及 扩 散 受 阻 因子
刘 子 媛 ， 陈胜 利 ， 董 鹏 葛 秀 军 孙 昱 东 ， ，
（．中 国 石 油 大 学 化 学 工 程 学 院 ， 东青 岛 ２ ６ ５ ； 中 国石 油 大 学 重 质 油 国家 重 点 实 验 室 ， 京 １２ ４ ） １ 山 ６５５２ 北 ０ ２ ９
第 ２ 卷 第 ５ ４ 期
２１ ０ １年 １ Ｏ月
石
油
化 工
高
等
学
校 学
报
Ｖｏ ．２４ １
Ｎｏ．５
Ｊ ＯＵＲＮＡＩ ０Ｆ ＰＥＴＲ ０ＣＨ ＥＭ Ｉ ＣＡＩ Ｕ Ｎ Ｉ ＥＲＳＩ ＥＳ Ｖ ＴＩ
Ｏ ｃ ． ２Ｏ ｔ １ｌ
文章 编 号 ：０ ６ ９ Ｘ（ Ｏ １ ０ ～０ ０ —０ １ ０ —３ ６ ２ １ ） ５ ０ １ ５
Ｅｆｅ ｔｖ ｆｕ ｉ ｎ Ｃｏ ｆｉｉｎ ｎ ｓ ｒｃ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ Ｄｉ ｓｏ ｅ ｆｃｅ ｔａ ｄ Ｒｅ ｔｉ ｔ ｄ ｆ Ｄｉｆ ｓｏ ｃ ｏ ｆＨ ｅ ｖ ｆｕ ｉ ｎ Ｆａ ｔ ｒｏ ａ ｙ Ｏ订 ｉ ｔ ｌ ｓ ｓ ｎ Ｃａ ａ ｙ ｔ
《化学反应工程》期末考试试题及答案
a、 b 两处的η
值大小（ a 处靠近反应器的进口， b 处靠近反应器的出口） ，并说明理由。
（1）一级放热反应，绝热操作；η a>η b （2）二级反应，等温操作。η a<η b
三、问答题 （每题 6 分，共 12 分）
2 0.5
rP k1C AC B
rQ
k
2C
0.5 A
C
2 B
1. 液相复合反应 , 若为使目的产物 P 的选择性高，应选择：
（1） 当颗粒直径为 0.1mm时，内扩散影响是否已消除？
（2） 欲保持催化剂内扩散有效因子为 0.8 ，则颗粒直径应不大于多少？
(1)
d P kP 0.01 5 0.00833 1
6 DeA 6 0.2
3
1
11
1
(2)
0.8
tanh 3 3
试差，得 ＝0.68
dP kP 6 DeA
dP 5 6 0.2
A． 4.5 B. 5.6 C
．3.5 D ． 4.0
6．固体催化剂之所以能起催化作用，是由于催化剂的活性中心与反应组分的气体分子主要
发生 ( C) 。
A ．物理吸附 B ．化学反应 C ．化学吸附 D ．质量传递
7．包括粒内微孔体积在内的全颗粒密度称之为
( B)
A．堆 ( 积 ) 密度 B ．颗粒密度 C ．真密度 D ．平均密度
B.
反应时间
C.
物料冷却时间 D. 清洗釜所用时
间
11、全混流反应器中有 ___B__个稳定的定常态操作点。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
12、全混流反应器的容积效率η小于 1.0 时，且随着 A 的增大而减小，此时该反应的反应
化学反应工程习题
【习题1-1】在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应2CH3OH＋O2—→2HCHO＋2H2O2CH3OH＋2O2→2CO＋4H2O进入反应器的原料中，甲醇：空气，水蒸气＝2：4：1.3(摩尔比)，反应后甲醇的转化率达72％，甲醛的收率为69.2％。
试计算(1)反应的选择性；(2)反应器出口气体组成。
分析：按国内的定义式计算选择性、收率。
自己设定进料流量。
计算反应器出口处各组分的摩尔流量。
解：（1）反应的选择性(2) 以进料中甲醇的摩尔流量为2mol/ h为基准，则进料中空气4mol/h，水蒸汽1.3mol/h出口处甲醇：2(1-0.72)＝0.56 mol/h甲醛2×0.692＝1.384 mol/hN2 4×0.79 ＝3.16 mol/hO2 4×0.21－0.5×2×0.692－(0.72－0.692)×2＝0.092 mol/hH2O 1.3＋2×0.692＋4×(0.72－0.692)＝2.796 mol/hCO 2×(0.72－0.692)＝0.056 mol/h∑ni＝8.048 mol/h∴出口处气体组成为:y甲醇＝6.96% y甲醛＝17.20% yH2O＝34.74%yO2 ＝1.14% yN2 ＝39.26% yCO ＝0.70%【习题1-2】工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下CO＋2H2 CH3OH2CO＋4H2 (CH3)2O+H2OCO＋3H2 CH4＋H2O4CO＋8H2 C4H9OH＋3H2OCO＋H2O CO2＋H2由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇。
为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组分分离为液体即为粗甲醇，不凝组分如氢及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机压缩后与原料气混合返回合成塔中。
催化剂表面吸附、测定与孔内扩散
荷的离子氧（O2-，O-，O2-）
O 2 ( 气 ） e -[ O 2 - ]e -2 [ O - ]2 e - 2 O 2 - （ 晶 格 ）
三、一氧化碳的化学吸附态 1、金属催化剂表面(直线性和桥型)
O C M
直线型 OO
CC M
孪生型
1 物理吸附与化学吸附 2 化学吸附类型和化学吸附态 3 吸附平衡与等温方程 4 催化剂表面的测定 5 催化剂的孔结构和孔内扩散
2.2.1. 吸附类型
A. 活化吸附与非活化吸附
活化吸附：气体分子活化吸附时需要加外加能量 非活化吸附：气体分子活化吸附时不需要加外加能量
不同气体在不同金属表面的活化吸附与非活化吸附
B. 均匀吸附与非均匀吸附 均匀吸附：表面活性中心能量分布一致 非均匀吸附：表面活性中心能量不一样
C. 解离吸附与缔合吸附 解离吸附：表面被吸附分子吸附时化学键断裂 缔合吸附：具有电子或孤对电子的被吸附分子 不必发生化学键的断裂，这种化学吸附称缔合 吸附
解离吸附:
H2 + 2M——2HM CH4 + 2M—— CH3M ＋ HM 缔合吸附:
A、烯烃作为电子给体吸附在正离子上。
催化剂的表面吸附、测定和孔内扩 散
2.1.1 物理吸附和化学吸附 (Physical adsorption and Chemical adsorption)
物质尤其指气体或液体与固体之间的吸附可分 为物理吸附和化学吸附
❖物理吸附的特点：没有选择性，可以多层吸附， 吸附前后，被吸附分子变化不大，吸附过程类 似于凝聚和液化过程。
四、烯烃的化学吸附态
1、金属表面 既能发生缔合吸附也能发生解离吸附。这
YUY-GY335催化剂颗粒内扩散有效因子测定实验装置
YUY-GY335催化剂颗粒内扩散有效因子测定实验装置装置功能：1、了解气固相催化反应实验装置结构和工艺流程，2、测定气固相催化反应催化剂颗粒内扩散有效因子η及本征反应动力学实验数据。
3、装置能实现催化剂的活性评介、活化再生等操作过程。
4、加热炉为程序控温，开放式炉，方便反应器拆装。
5、耐高温柔性密封反应器，便于催化剂填装。
6、全触摸集成化控制,高稳定数据传输，硬件加密。
技术参数：1、体系：苯加氢制环己烷，催化剂：Ni/Al2O3固体颗粒。
2、管式固定床反应器：不锈钢316L，内径Φ15mm，长度500mm，催化剂装填量：1.0～10mL；常压，加热炉：开放式炉，加热形式：碳化硅炉+金属内衬，三段加热3.0kW，常温～800℃。
3、预热器：不锈钢316L，内径10mm，长度250mm，内有防返混及防沟流装置；加热炉：0.5kW，常温～400℃ 。
4、产品冷凝器：316L卫生级不锈钢，Φ76×200mm（316L内盘管）。
5、气液分离器：容积500mL，316L卫生级不锈钢。
6、液体泵：蠕动泵，转速范围0.1～50rpm，流量：0.2-10ml/min，4～20mA远程输出控制。
7、1 路气体管路，气体质量流量控制器控制气体流量，过流材质316L不锈钢，量程0-300ml/min,常压～3.0MPa。
N2标定，准确度：±1%F.S。
8、湿式气体流量计：额定流量：0.2m3/h，容积：2L，精度：±1%。
9、不锈钢防震指针压力表0-0.25MPa,数量2个。
10、温度传感器：K热电偶，显示分度0.1℃。
11、管路阀门：316L不锈钢精密卡套管和阀门。
12、节能环保冷凝系统：温度范围-10～20℃，5L，数字式，控温精度±0.5℃。
13、中央处理器：执行速度0.64μs，内存容量16K，内建Ethernet支持Modbus TCP及Ethernet/IP通讯协议；功能：数据处理运算。