催化反应动力学及固定床反应器VIP免费

催化反应动力学及固定床反应器曾子彦2012.11.25.Content•第一节催化反应动力学–1.1气固相催化反应过程–1.2吸附过程–1.3表面催化反应速率–1.4本征动力学方程的实验测定•第二节固定床催化反应器–2.1固定床反应器分类–2.2固定床反应器的数学模型–2.3固定床反应器实例1.1气固相催化反应过程气相物料通过与催化剂相接触，并在催化作用下，使化学反应速率加快。气固相催化反应发生在气固相接触的相界面上，气固相接触的相界面积越大，进行的反应速率也就越快。催化剂采用多孔结构，颗粒的内表面积比外表面积大很多，可忽略外表面积的影响。3气－固相催化反应进行的过程⑴⑵(7)反应物ACAG气膜微孔载体反应表面颗粒外表面气相主体产物CBGCBS(3)(4)(5)CACAS(6)5气固催化反应过程相界面是指多孔催化剂颗粒的内表面，化学反应主要在催化剂的孔道内表面上进行。设有气－固相催化反应：①A和B从气相主体扩散到达颗粒外表面；②A和B从颗粒外表面扩散进入颗粒内部；③A和B被催化剂内表面的活性位吸附，成为吸附态的A和B；6气固相催化反应的7个步骤DCBAgHgCOgOHgCO)()()()(222④吸附态的A和B在催化剂内表面的活性中心上发生表面化学反应，生成吸附态C和D(产物)；⑤吸附态C和D脱附成为自由的C和D；⑥C和D从颗粒内部扩散到达颗粒外表面；⑦C和D从颗粒外表面扩散到达气相主体。以上七个步骤是前后串联的。7（1）外扩散（2）内扩散（3）吸附（4）表面反应（5）脱附（6）内扩散（7）外扩散气固相催化反应的3个过程外扩散过程内扩散过程表面反应过程,AB外表面内表面1.外扩散2.内扩散3.化学反应（1）（2）（3）吸附反应脱附气固相催化反应本征动力学的理论基础是化学吸附理论气膜2.气固相催化反应的控制步骤气－固相催化反应过程进行的七个步骤，其速率是各不相同的，其中速率最慢的步骤称为控制步骤。控制步骤的速率决定实际反应所达到的速率，决定了整个宏观反应的速率。控制步骤速率等于气－固相催化反应过程速率。10如控制步骤是一个扩散过程，则称为扩散控制，或称传质控制。如控制步骤是吸附、表面反应或脱附过程，则称为动力学控制。动力学控制又可分为吸附控制、表面反应控制和脱附控制。如七个步骤速率相当，则没有控制步骤。这时应综合考虑传递和反应对宏观速率的影响。大多数情况下，采用控制步骤的方法来处理气－固相催化反应过程速率问题是适宜的。1.2吸附过程气固相催化反应的表面反应过程由吸附、脱附、表面反应步骤组成。气体在固体表面上的吸附可分为物理吸附和化学吸附。1.物理吸附吸附剂与被吸附物靠分子引力--范德华力结合；122.化学吸附吸附剂与被吸附物之间可视为发生化学反应，是固体表面与气相分子间的化学键力造成的。化学吸附是吸附剂和被吸附物之间的电子共用或转移发生相互作用，使气相分子的结构发生了变化，降低了活化能，从而加快了反应速率，起到催化作用。化学吸附是吸附剂和被吸附物之间的电子转移或共用，因此二者之间有很强的选择性。13物理吸附与化学吸附的比较14物理吸附化学吸附吸附剂所有固体物质某些固体物资选择性临界温度以下所有的气体某些能起化学变化的气体吸附温度通常低于沸点温度高于沸点温度吸附热＜8kJ/mol,很少超过被吸附物的冷凝热＞40kJ/mol接近反应热吸附速率吸附很快低温吸附慢,高温吸附快活化能活化能低,＜4kJ/mol活化能高,＞40kJ/mol可逆性高度可逆不可逆覆盖性多分子层单分子层15(1)化学吸附速率的表达设气体A在催化剂内表面上被吸附，气相分压为PA。活性中心：固体催化剂表面能够与气相分子发生反应的原子。以符号σ表示。APAA①吸附率化学吸附类似于化学反应，是一个可逆过程，可用下式表示反应物的气相分子在催化剂表面活性中心上的吸附：A－反应物气相分子；σ－催化剂表面的活性中心或吸附点；Aσ－吸附了反应物分子的活性中心。16AAA组分的吸附率或覆盖率θA：空位率或未被覆盖率θV：θi---i组分的吸附率17总活性中心数组分覆盖的活性中心数被AA总活性中心数未被覆盖的活性中心数V1()1niVi18②吸附速率式吸附过程可视为化学反应（...