粒径为2.4mm的球形粒子催化剂参与反应物A的一级分解反应。已知分解反应速度rp为100kmol/(m3·h),气相中A的浓
粒径为2.4mm的球形粒子催化剂参与反应物A的一级分解反应。已知分解反应速度rp为100kmol/(m3·h),气相中A的浓度为0.02kmol/m3,催化剂颗粒内部有效扩散系数Deff=5×10-5m2/h,外扩散系数Kg=300m/h。试判断外扩散和内扩散对气-固相化学反应总反应速率的影响。
(1)判断外扩散对总反应速度的影响:对于球形催化剂,气相主体流中A组分与催化剂外表面发生外扩散传质速度为:
rA=KgSe(cAg-cAs)
其中:Se=Ap/Vp
则
rA=Kg(cAg-cAs)Ap/Vp
外扩散传质速度还可表示为:rA=K'gcAg其中:K'g为实测的反应速度常数。将上述两式联解,得:
如果外扩散速度很快,则必然是cAg≈cAs而推断;
如果外扩散速度很慢,则必然是cAs≈0,从而推断。
根据本题中数据,得:
所以外扩散速度很快,可以忽略其对总反应速度的影响。
(2)判断内扩散对总反应速度的影响:将题中数据代入教材式(7-147)来判断内扩散的影响,且由(1)知cAg≈cAs,则
所以内扩散的影响不容忽视。