化學(xué)反應(yīng)工程教案10化工13胡江良

1、化學(xué)反應(yīng)工程 課程教案課次10課時2課 型（請打）理論課 討論課 實驗課 習(xí)題課 其他授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：第4章 氣固相催化反應(yīng)本征動力學(xué)4.1 氣固相催化過程4.2 固體催化劑教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：1. 理解催化過程及特征；2. 掌握非均相催化過程七個步驟；3. 掌握催化劑的組成、制備；教學(xué)重點及難點：重點：非均相催化過程。難點：催化劑的組成。教 學(xué) 基 本 內(nèi) 容方法及手段4.1 氣固相催化過程只有平衡常數(shù)很大而反應(yīng)速率較小的過程，催化劑才能充分發(fā)揮作用。催化過程及特征例子：A+BÛR+S吸附：A + s Û As B + s 

2、9; Bs 表面反應(yīng)： As Bs Û Rs + Ss脫附： Rs Û R + s Ss Û S + s 催化劑（s）作用： 參與反應(yīng)（改變反應(yīng)歷程），但其質(zhì)和量在反應(yīng)前后維持不變催化定義：這種物質(zhì)的加入改變了原化學(xué)反應(yīng)的歷程，盡管它參與了反應(yīng)，但其質(zhì)和量在反應(yīng)前后維持不變，因此被稱為催化劑。有催化劑存在的反應(yīng)過程稱為催化反應(yīng)過程。非均相催化反應(yīng)過程：若催化劑與原物料形成的混合物是同一相時，該反應(yīng)過程稱為非均相催化反應(yīng)過程。2、催化反應(yīng)過程的特征 1）催化劑改變反應(yīng)歷程和反應(yīng)速率；2）催化劑的存在不改變反應(yīng)過程的熱力學(xué)平衡特性（DGO=-RTlnK）；3）催化劑等

3、速加快/減小可逆反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率；4）催化劑對反應(yīng)過程有良好的選擇性；5）如果希望催化劑充分發(fā)揮作用，應(yīng)當(dāng)盡可能增加反應(yīng)物與催化劑的接觸；、非均相催化反應(yīng)速率表達4.1.3、非均相催化反應(yīng)過程（步驟）催化劑多為多孔性介質(zhì)，相對于豐富的內(nèi)孔，外表面的催化作用貢獻量可忽略不計1 外擴散：反應(yīng)組分由物流主體®催化劑外表面2 內(nèi)擴散：反應(yīng)組分由催化劑外表面®催化劑內(nèi)表面3 吸附：反應(yīng)組分在催化劑活性中心上吸附4 表面化學(xué)反應(yīng)：在催化劑表面進行化學(xué)反應(yīng)5 脫附：反應(yīng)產(chǎn)物在催化劑表面解吸6 內(nèi)擴散：反應(yīng)產(chǎn)物由催化劑內(nèi)表面®催化劑外表面7 外擴散：反應(yīng)產(chǎn)物由催化劑外表面

4、74;物流主體氣固相催化反應(yīng)的7個步驟、3個過程 1,7為外擴散過程； 2,6為內(nèi)擴散過程 3,4,5為化學(xué)動力學(xué)過程 控制步驟的速率決定了整個宏觀反應(yīng)的速率4.2 固體催化劑 催化劑的組成和組分選擇1 工業(yè)對催化劑的基本要求 良好的催化活性（尤指低溫活性） 良好的選擇性 較長的實用壽命 適宜的物理織構(gòu)結(jié)構(gòu)（Sg、Vg、孔徑分布、活性組分分布、形狀、尺寸） 較強的抗毒能力 較高的機械強度（不易磨損破碎） 2 固體催化劑的組成固體催化劑由三部分組成，活性組分、助劑和載體；三者不能截然分開1）活性組分金屬催化劑：Pd、Ag、Fe、Cu等（加氫、脫氫、裂解（少量用于氧化）半導(dǎo)體催化劑：金屬氧化物、硫

5、化物等（氧化、還原、脫氫、環(huán)化、脫硫（少量用于加氫）絕緣體催化劑：IIIA、IVA、VA族金屬或非金屬氧化物、鹵化物等酸、堿催化劑：脫水、異構(gòu)化、聚合、烷基化等（Al2O3、MgO、H2SO4、 H3PO4、 NaOH、分子篩）2） 助催化劑（促進劑）電子型：堿金屬或堿土金屬氧化物（K2O、Na2O等）結(jié)構(gòu)型：用高熔點、難還原的氧化物可增加活性組分表面積和熱穩(wěn)定性（Al2O3、MgO 等）3） 載體（穩(wěn)定劑和分散劑）作用：改變催化劑機械強度、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，增大活性表面和提高適宜孔結(jié)構(gòu)，提供活性中心減少催化劑活性組分用量 常見類型：Al2O3、MgO、硅膠、硅藻土等4 ）抑制劑 3、 催化劑

6、制備原料預(yù)處理®原粉制備®煅燒®成型®預(yù)活化®銷售制備方法：浸漬法、共沉淀法、熔融法、機械混合法4、 催化劑使用(1)起活期(2)第一活性過渡期(3)相對活性穩(wěn)定期 (4)第二活性過渡期(5)活性衰減或失活期 固體催化劑的主要結(jié)構(gòu)特征參數(shù)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：比表面積、孔體積、孔體積（孔徑）分布、固體密度、顆粒密度、孔隙率、孔內(nèi)擴散描述的非特征參數(shù)曲節(jié)因子（迷宮因子）1比表面積:Sg（m2/g）單位質(zhì)量催化劑所具有的表面積，BET法測定。一般為51000 m2/g 2 孔體積（孔容積）:Vg（m3/g）單位質(zhì)量催化劑所具有的微孔體積 3 固體密度（真密度）不含微孔時的密度 4 顆粒密度（假密度） 5 顆?？紫堵饰⒖姿伎傮w積的分率 6 孔徑分布測定: 壓汞法測大孔（即 r > 100200 Å) 氮吸附法測微孔（即 10200 Å） 講解作業(yè)、討論題、思考題：1、名詞解釋：催化劑、覆蓋率、吸附、孔隙率、助催化劑、比表面積2、計算題P95、第1、2題。參考資料（含參考書、文獻等）化學(xué)反