题目
在测定催化剂反应器宏观反应动力学时,需要消除外扩散对反应的影响,其方法为________。A. 减小粒径B. 增大流速C. 增大孔容D. 增大有效外表面积
在测定催化剂反应器宏观反应动力学时,需要消除外扩散对反应的影响,其方法为________。
A. 减小粒径
B. 增大流速
C. 增大孔容
D. 增大有效外表面积
题目解答
答案
B. 增大流速
解析
本题考查消除外外扩散对反应影响的的方法,解题思路思路是分析每个选项对消除消除外扩散影响的作用。
选项A
减小粒径主要是为了减小内扩散的影响。内扩散是指反应物分子在催化剂孔道内的扩散过程,减小粒径可以缩短反应物分子在孔道内的扩散的距离,从而减小内扩散阻力。但它对消除外扩散影响作用不大,外扩散是指反应物分子从流体主体向催化剂外表面的扩散过程,与粒径大小关系不直接相关,所以A选项错误。
选项B
增大流速可以提高流体与催化剂表面的相对运动速度,使得反应物分子能够更快地从流体主体扩散到催化剂表面,从而减小外扩散的阻力,消除外扩散对反应的影响。根据外扩散传质速率公式$N_A = k_gA\Delta c$(其中$N_A$为传质扩散速率,$k_g$为外扩散传质系数,$A$为催化剂外表面积,$\Delta c$为流体主体与催化剂表面的浓度差),增大流速会使$k_g$增大,当$k_g$足够大到一定程度时,外扩散阻力可以忽略不计,即消除了外扩散的影响,所以B选项正确。
选项C
增大孔容
增大孔容主要影响的是催化剂的内表面和内扩散情况。孔容是指单位质量催化剂颗粒内部孔道的体积之和,增大孔容可以增加催化剂的内表面积,有利于反应物分子在孔道内的吸附和反应,但对消除外扩散影响没有直接作用,所以C选项错误。
选项D增大有效外表面积
增大有效外表面积虽然在一定程度上可以增加反应物分子与催化剂的接触面积,但并不能从根本上解决外扩散的阻力问题。外扩散的关键在于反应物分子从流体主体向催化剂表面的扩散速率,仅仅增大外表面积并不能加快这个扩散过程,所以D选项错误。