结构推理
粒径为2.4 mm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r。为100 kmol/(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,外扩散系数。试判断外扩散和内扩散对气一固相化学反应总反应速率的影响。
【正确答案】(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:
其中:
则
外扩散传质速度还可以表示为:
其中,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,从而推断;
如果外扩散速度很慢,则必然是,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:由(1)可知:,则:
所以内扩散的影响不容忽视。
【答案解析】