化学反应工程教案10(化工13)胡江良.doc

此文档收集于网络，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除化学反应工程 课程教案课次10课时2课 型（请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他授课题目（教学章、节或主题）：第4章 气固相催化反应本征动力学4.1 气固相催化过程4.2 固体催化剂教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1. 理解催化过程及特征；2. 掌握非均相催化过程七个步骤；3. 掌握催化剂的组成、制备；教学重点及难点：重点：非均相催化过程。难点：催化剂的组成。教 学 基 本 内 容方法及手段4.1 气固相催化过程只有平衡常数很大而反应速率较小的过程，催化剂才能充分发挥作用。4.1.1催化过程及特征例子：A+BR+S吸附：A + s As B + s Bs 表面反应： As Bs Rs + Ss脱附： Rs R + s Ss S + s 催化剂（s）作用： 参与反应（改变反应历程），但其质和量在反应前后维持不变催化定义：这种物质的加入改变了原化学反应的历程，尽管它参与了反应，但其质和量在反应前后维持不变，因此被称为催化剂。有催化剂存在的反应过程称为催化反应过程。非均相催化反应过程：若催化剂与原物料形成的混合物是同一相时，该反应过程称为非均相催化反应过程。2、催化反应过程的特征 1）催化剂改变反应历程和反应速率；2）催化剂的存在不改变反应过程的热力学平衡特性（DGO=-RTlnK）；3）催化剂等速加快/减小可逆反应的正逆反应速率；4）催化剂对反应过程有良好的选择性；5）如果希望催化剂充分发挥作用，应当尽可能增加反应物与催化剂的接触；4.1.3、非均相催化反应速率表达4.1.3、非均相催化反应过程（步骤）催化剂多为多孔性介质，相对于丰富的内孔，外表面的催化作用贡献量可忽略不计1 外扩散：反应组分由物流主体催化剂外表面2 内扩散：反应组分由催化剂外表面催化剂内表面3 吸附：反应组分在催化剂活性中心上吸附4 表面化学反应：在催化剂表面进行化学反应5 脱附：反应产物在催化剂表面解吸6 内扩散：反应产物由催化剂内表面催化剂外表面7 外扩散：反应产物由催化剂外表面物流主体气固相催化反应的7个步骤、3个过程 1,7为外扩散过程； 2,6为内扩散过程 3,4,5为化学动力学过程 控制步骤的速率决定了整个宏观反应的速率4.2 固体催化剂4.2.1 催化剂的组成和组分选择1 工业对催化剂的基本要求 良好的催化活性（尤指低温活性） 良好的选择性 较长的实用寿命 适宜的物理织构结构（Sg、Vg、孔径分布、活性组分分布、形状、尺寸） 较强的抗毒能力 较高的机械强度（不易磨损破碎） 2 固体催化剂的组成固体催化剂由三部分组成，活性组分、助剂和载体；三者不能截然分开1）活性组分金属催化剂：Pd、Ag、Fe、Cu等（加氢、脱氢、裂解（少量用于氧化）半导体催化剂：金属氧化物、硫化物等（氧化、还原、脱氢、环化、脱硫（少量用于加氢）绝缘体催化剂：IIIA、IVA、VA族金属或非金属氧化物、卤化物等酸、碱催化剂：脱水、异构化、聚合、烷基化等（Al2O3、MgO、H2SO4、 H3PO4、 NaOH、分子筛）2） 助催化剂（促进剂）电子型：碱金属或碱土金属氧化物（K2O、Na2O等）结构型：用高熔点、难还原的氧化物可增加活性组分表面积和热稳定性（Al2O3、MgO 等）3） 载体（稳定剂和分散剂）作用：改变催化剂机械强度、导热性和热稳定性，增大活性表面和提高适宜孔结构，提供活性中心减少催化剂活性组分用量 常见类型：Al2O3、MgO、硅胶、硅藻土等4 ）抑制剂 3、 催化剂制备原料预处理原粉制备煅烧成型预活化销售制备方法：浸渍法、共沉淀法、熔融法、机械混合法4、 催化剂使用(1)起活期(2)第一活性过渡期(3)相对活性稳定期 (4)第二活性过渡期(5)活性衰减或失活期 4.2.2 固体催化剂的主要结构特征参数主要结构参数：比表面积、孔体积、孔体积（孔径）分布、固体密度、颗粒密度、孔隙率、孔内扩散描述的非特征参数曲节因子（迷宫因子）1比表面积:Sg（m2/g）单位质量催化剂所具有的表面积，BET法测定。一般为51000 m2/g 2 孔体积（孔容积）:Vg（m3/g）单位质量催化剂所具有的微孔体积 3 固体密度（真密度）不含微孔时的密度 4 颗粒密度（假密度） 5 颗粒孔隙率微孔所占总体积的分率 6 孔径分布测定: 压汞法测大孔（即 r 100200 ) 氮吸附法测微孔（即 10200 ） 讲解作业、讨论题、思考题：1、名词解释：催化剂、覆盖率、吸附、孔隙率、助催化剂、比表面积2、计算题P95、第1、2题。参考资料（含参考书、文献等）化学反应工程（第二版