气固相催化反应的七个步骤
(5)气固催化反应宏观动力学
气固催化反应过程的研究方法
通过反应器实测的仅为流体主 体的温度Tb和浓度cb ，而催化 剂颗粒外表面上的温度Tes、浓 度ces和内孔表面上的温度Tis、 浓度cis一般是无法直接准确测 定的，只能通过反应工程理论 思维方法进行定性分析推算。 由于传递过程的存在，使得反应器微元中必然存在温 度差和浓度差以作为过程推动力。只有当内、外传递的阻 力降低到很低以致可以忽略不计时，上述三个温度和浓度 T 才会趋于一致，即 C b ≈ C es ≈ C is ； b ≈ Tes ≈ Tis 。
rNH 3 = k1 PN 2
PH 2
PNH 3
− k2
PNH 3
1 PH.25
在实际应用中常常以幂函数型来关联非均相动力学参数， 由于其准确性并不比双曲线型方程差，因而得到广泛应用。 而且幂函数型仅有反应速率常数，不包含吸附平衡常数， 在进行反应动力学分析和反应器设计中，更能显示其优越 性。
气固催化反应的传递过程
双曲线模型包含的参数太多，参数的可调范 围较大，常常对同一反应可以有多个动力学模型 均能达到所需的误差要求。
幂函数型的动力学表达式
不满足理想吸附条件的吸附，都称为真实吸附。 以焦姆金和弗隆德里希为代表提出的不均匀吸附理论认为： 由于催化剂表面具有不均匀性，因此吸附活化能与解吸活 化能都与表面覆盖程度有关。 例如焦姆金导出的铁催化剂上氨合成反应动力学方程式为 幂函数型： 幂函数型 1.5
双曲线型动力学表达式 基于理想吸附模型的动力学方程均属双曲线 型。不论其反应类型如何，吸附形式如何，以及 速率控制步骤如何，都可以表示成如下形式：
（动力学项）（推动力） 反应速率＝ n （吸附项）
动力学项即反应速率常数k，为温度的函数。 推动力为组分浓度或压力。 吸附项表明了在催化剂表面被吸附的组分。吸附项中 的n表示涉及到活性点的数目
乙苯脱氢气固相催化反应工艺流程
乙苯脱氢气固相催化反应工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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固定床气固相催化反应工程
固定床气固相催化反应工程引言固定床气固相催化反应工程是一种重要的化学工程领域，广泛应用于石化、生物质转化和环保领域。
本文将介绍固定床气固相催化反应工程的基本概念、原理及其在实际应用中的重要性。
固定床气固相催化反应工程是指在固定床催化剂上进行的气固相催化反应过程，其特点是催化剂稳定性高，反应产物易于分离，反应条件易于控制。
基本概念固定床气固相催化反应工程是指将气体在固定床催化剂上进行气相催化反应的一种工程化技术。
通常，固定床催化反应器由反应器壳体、催化剂床层、进料装置、催化剂床层和出料装置等组成。
固定床催化剂是反应器中的核心部件，其选择应考虑催化剂的活性、选择性、稳定性和成本等因素。
常用的固定床催化剂包括金属催化剂、金属氧化物催化剂、分子筛催化剂等。
在反应过程中，气体通过催化剂床层与催化剂进行接触，发生催化反应，生成所需的产物。
原理固定床气固相催化反应工程的原理基于气体在催化剂床层中与催化剂发生接触与化学反应的过程。
反应过程可以分为吸附、扩散和反应三个步骤。
首先，气体组分通过物理吸附或化学吸附附着在催化剂表面。
随着反应进行，反应物逐渐被吸附到催化剂表面，形成活性吸附物种。
然后，吸附在催化剂表面上的反应物分子通过表面扩散进入催化剂内部，与催化剂中的活性中心发生反应。
在扩散过程中，反应物分子移动到催化剂内部，并在催化剂孔隙中扩散。
最后，反应物在催化剂内部与催化剂活性中心发生反应，生成所需的产物。
反应产物可以通过物理吸附或化学反应从催化剂表面解吸并释放出来。
应用领域固定床气固相催化反应工程广泛应用于石化、生物质转化和环保领域。
具体应用包括以下几个方面：1.石化领域：固定床气固相催化反应工程在石化行业中广泛应用于合成氨、氢气制备、甲醇制备、乙烯制备等重要化学反应过程中。
通过优化反应条件，提高催化剂的活性和选择性，可以提高反应效率，减少能源消耗和废物排放。
2.生物质转化：固定床气固相催化反应工程在生物质转化领域中起到重要作用。
气-固相催化反应宏观动力学
1 1 1 = + D Ae D AB DKA
θ De δ
反应物 浓度低 内外反应速 率不一致
反应物 浓度高
第一节 气-固相催化反应的宏观过程 固相催化反应的宏观过程
在定态下，单位时间内从催化剂颗粒外表面由扩散作用进入催化剂内部的反应组 分量与单位时间内整个催化剂颗粒中实际反应的组分量相等，因此，内扩散 有效因子也可表示为： 按反应组分外表面浓度计算的扩散速率 ξ=
2ξk s Si
将c AS 值代入外扩散速率式：
2 －kG S e＋ k G S e2＋4ξk s Si kG S e c Ag (rA ) g = kG S e (c Ag c AS ) = kG S e c Ag 2ξk s Si 4ξk s Si c Ag kG S 1+ 1+ = kG S e c Ag 2ξk s Si kG S e 如果过程为外扩散控制，则c AS＝0，上式变成：
* A
推动力
阻力 内扩散阻力
化学反应阻力
第一节 气-固相催化反应的宏观过程 固相催化反应的宏观过程
三、催化反应控制阶段的判别 1、本征动力学控制
1 1 A c Ag－c* 当rA ) g ＝ ＜＜ ，且ξ → 1时， ( kG S e 1 k s Siξ 1 ＋ kG S e k s Siξ 内外扩散的影响均可略去，则： （rA ) g ＝k s Si (c Ag－c* ) = k s S i (c AS－c* ) A A 此时，c Ag ≈ c AS ≈ c AC，颗粒内外浓度 分布见右图。
物从外表面扩散到气流主体 ----外扩散 ----外扩散 在催化剂内部孔道内组成的内 表面上进行催化反应----化学 表面上进行催化反应----化学 反应 物从催化剂内表面扩散到外 表面----内扩散 表面----内扩散 反应物从外表面向催化剂的孔 道内部扩散----内扩散 道内部扩散----内扩散 反应物从气流主体扩散到催化 剂颗粒的外表面----外扩散 剂颗粒的外表面----外扩散
气固相反应和反应器分析
下面分别就气相主体温度和催化剂外表面温度相等 (气相和催化剂之间的温差可 以不计)和不相等的情况，探讨对不同类型的反应，外部传递对反应结果的影响。 一、等温外部效率因子 相间质量传递和表面反应是一串联过程，在定态条件下，两者的速率必然相 等，对于简单反应A→B有：
式中，kg为气相传质系数，a为单位体积催化剂的外表面积，k为反应速率常数。 由于存在传质阻力，cAs< cAb，导致表面反应速率下降。只有当kga足够大，(cAscAb)趋近于零，即cAs=cAb时，表面速率达到最大值 kcnAb,相际传质的影响才可忽略 。 对一级反应，式(4.5)中的n=1，于是可解得：
对于 n=-1 的异常情况，需要作些进一步的说明。 这时 ηe 随着 Da 的增加而增加，但 ηe 最大值为 2 ，这时 Da=1/4，当Da>1/4，由式(4.16)可知效率因子无解。出 现这种限制的原因是：根据负一级反应的 定义 可知，当cAs=0时上述定义无意义；又对n= -1有：
Da<l/4的限止，实际上表明负一级反应只可能在一定浓度条件(cAb>√4k/kga)下存在。 一氧化碳在贵金属上的氧化反应常被作为负一级反应的例子。由第一章第三节知道 ，该反应只有在浓度较高时才表现为负一级，而当浓度很低时则为正一级。 根据上面所述，外部效率因子ηe是Da的函数；而在Da中包含了本征反应速率常数k。 因此，只有当k已知时，才能计算Da和ηe ，对外部传质的影响作出判断。 但更常遇到的是通过实验测定一定气相主体浓度 cAb下的表观反应速率 (-rA)，并将它 们之间的关系表示为： 式中ka称为表观反应速率常数。在这种情况下，本征速率常数是是未知的，因而无法通过 上述途径估计外部传质对反应的影响。而若将ηe表示为ηeDa的函数，这一困难将可避免。 利用外部效率因子ηe ，表观反应速率与气相主体浓度的关系可表示为 又有：
气固相催化反应器
Ki pi KB pB
KR
pR
r ks KAKB pA pB ks KR pR
k( pA pB pR / KP )
(1 K A p A K B pB K R pR )2 (1 K A p A K B pB K R pR )2
正反应速率
常数
k ks KAKB
反应化学
KP ks K AKB ( ks KR ) 平衡常数
孔径分布（孔体积分布）
➢催化剂是多孔物质，其孔的大小当然是不规则的。 ➢不同的催化剂孔大小的分布不同。
➢只有孔径大于反应物分子的孔才有催化意义。
➢测定方法：压汞法和氮吸附法
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典型的孔径分布曲线
分率
孔径Å
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催化剂的密度
固体体密密度度（（真真密密度度））：： 指指催催化化剂剂固固体体物物质质单单位位体体积积（（不不包包括括孔孔占占有有的的体体积）
颗粒间的空隙体积
床层体积
b P (1 ) S (1 P )(1 )
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非均相催化反应速率表达
• 对于均相反应，已经定义：
r 1 d
V dt
及
(rA )
1 V
dnA dt
• 由于气固相催化反应发生在催化剂表面，而且催化剂的量
对于反应的速率起着关键的作用，因此，反应速率不再 由反应体积来定义，而改由催化剂体积来定义。
R K R pRV
V 1 A B R
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式中
K A kaA kdA K B kaB kdB
K R kaR kdR
V 1 A B R
气固相反应器（固定床与流化床）一、是非题1、化工生产上，为了控制...
气固相反应器（固定床与流化床）一、是非题1、化工生产上，为了控制200~300℃的反应温度，常用熔盐作热载体。
2、化工生产上，为了控制300~500℃的反应温度，常用导生油作热载体。
3、单位体积的催化剂所具有的表面积称为形状系数。
4、固定床的压力降由流道阻力和分布阻力所组成。
5、由于催化反应的吸附、脱附以及表面反应都是与催化剂表面直接有关，故吸附控制、表面反应控制和脱附控制称为动力学控制。
6、固定床的设计方法有经验法和实验法。
7、化工生产上常用多孔表面的物质作为助催化剂。
8、流化床中常见的流化现象是沟流和散式流化。
9、流化床中常用气体分布板是直孔型分布板。
10、挡板、挡网和换热器都属于流化床的内构件。
二、填空题1、固定床反应器主要分为式和式两大类。
2、气固相固定床反应器中造成气流分布不均匀的原因主要是和。
3、流体通过固定床的压力降主要是由于阻力和阻力引起，当流体流动状态为湍流时，以阻力为主。
4、气固相催化反应的全过程包括、、、、、、。
5、催化剂有效系数η是指________，当η=1时，反应过程属于控制，当η<1时，属于控制。
6、流化床内装有设内部构件的作用是。
7、流化床中气体分布板有作用、作用、作用。
8、理论上，操作流化速度的取值范围是；工业上，引进流化数k表示操作气速，流化数是指。
9、当气体由下而上流过催化剂床层时，由于的不同，床层经历了、、三个阶段。
10、固定床反应器中，催化剂的表观密度是1000kg/m3,床层的堆积密度是300 kg/m3,则床层的空隙率为。
三、选择题1、气流通过床层时，其流速虽然超过临界流化速度，但床内只形成一条狭窄通道，而大部分床层仍处于固定床状态，这种现象称为A．沟流 B.大气泡C. 节涌D.腾涌2、反应物流经床层时，单位质量催化剂在单位时间内所获得目的产物量称为A．催化剂空时收率 B 空速C 催化剂负荷D 催化剂选择性3、下列情况下，宜采用低操作流化速度。
气固相反应和反应器分析
煤的气化是将煤转化为气体燃料的过程，通过气化反应将煤中的碳、氢等元素转化为可燃气体，如一 氧化碳、氢气和甲烷等。
硫铁矿烧渣处理
硫铁矿烧渣的生成
硫铁矿烧渣是在硫铁矿的焙烧过程中产 生的固体废弃物，主要成分为铁、硫、 二氧化硅等。
VS
硫铁矿烧渣的处理
通过气固相反应可以将硫铁矿烧渣中的有 价元素转化为可利用的物质，如回收铁、 硫等，同时减少废渣对环境的污染。
03
气固相反应器类型与特点
固定床反应器
总结词
固定床反应器是一种常用的气固相反应器，其特点是固体颗粒在反应器内固定不动，气流通过固体颗粒进行反应。
详细描述
固定床反应器具有结构简单、操作方便、易于控制等优点，适用于多种气固相反应。在固定床反应器中，固体颗 粒作为催化剂或反应物，气流通过催化剂床层进行反应。由于固体颗粒固定不动，因此气流阻力较小，适用于大 规模生产。
应器类型
根据气固相反应的特性和 要求，选择合适的反应器 类型，如固定床、流化床 等。
设计反应器尺寸
根据生产能力和工艺要求， 确定反应器的直径、高度 等尺寸参数。
优化内部构件
合理设计反应器内部的导 流板、分布器、挡板等构 件，以提高气固混合和传 热传质效率。
常见的反应动力学方程有Arrhenius方 程、Eyring方程等，它们可以用来描 述不同条件下的反应速率。
反应动力学模型
反应动力学模型是根据实验数据和理论分析建立起来的，用于描述反应过程和预 测反应结果的数学模型。
常见的反应动力学模型有速率控制模型、扩散控制模型等，它们可以用来指导工 业生产过程和优化反应条件。
数值求解
利用数值方法求解数学模型，得到反应过程的模拟结 果。
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气固相催化反应的七个步骤
一、反应物准备
在进行气固相催化反应之前，首先需要准备好反应物。
反应物可以是气体和固体之间的反应，也可以是气体与固体催化剂之间的反应。
无论是哪种情况，反应物的准备都是必不可少的。
通常情况下，反应物会经过一系列的处理步骤，以确保其纯度和活性。
二、反应器选择
选择合适的反应器对于气固相催化反应来说非常重要。
反应器的选择应该考虑到反应物的性质、反应条件、反应速率等因素。
常见的反应器包括管式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
不同的反应器有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
三、催化剂的选择
催化剂是气固相催化反应中起关键作用的物质。
催化剂可以提高反应的速率和选择性，降低反应的温度和能量消耗。
选择合适的催化剂对于反应的成功进行非常重要。
催化剂的选择应考虑到反应物的性质、反应条件、催化剂的活性和稳定性等因素。
四、反应条件控制
反应条件的控制对于气固相催化反应来说至关重要。
反应条件包括温度、压力、气体流速等。
不同的反应对于反应条件有不同的要求。
在确定反应条件时，需要考虑到催化剂的活性、反应物的稳定性和
选择性等因素。
五、反应过程监控
在进行气固相催化反应时，需要对反应过程进行监控。
监控反应过程可以了解反应的进行情况，及时调整反应条件，以达到预期的反应效果。
常用的监测手段包括温度、压力、气体流速等参数的监测，以及反应物和产物的分析等。
六、反应产物分离
在气固相催化反应完成后，需要进行反应产物的分离。
反应产物的分离可以通过不同的物理和化学方法实现，如蒸馏、吸附、结晶等。
分离产物的纯度和收率对于反应的成功与否有着重要的影响。
七、反应废物处理
气固相催化反应过程中会产生一些废物，这些废物可能对环境和人体健康造成潜在的危害。
因此，在进行气固相催化反应时，需要合理处理反应废物，以减少对环境的污染。
常见的处理方法包括回收利用和安全处置等。
通过以上七个步骤，可以完成气固相催化反应的整个过程。
每个步骤都有其重要性和特殊性，需要仔细考虑和操作。
只有在充分掌握反应条件和反应物性质的基础上，才能实现反应的高效进行和产物的高纯度和高收率。
因此，在进行气固相催化反应时，需要严格按照上述步骤进行操作，以确保反应的成功和产物的质量。