化学反应工程教案10(化工13)-胡江良

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1、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+BÛR+S吸附：A+sÛAsB+sÛ

2、Bs表面反应：As＋BsÛRs+Ss脱附：RsÛR+sSsÛS+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：讲解5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

3、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5※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

4、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

5、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）5　　作用：改变催化剂机械强度、导热性和热稳定性，增大活性表

6、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

7、，BET法测定。一般为5～1000m2/g2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>100～200Å)氮吸附法－测微孔（即10～200Å）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），郭锴，化学工业出版社，2015年出版；5《化学反应工程》（第三版），陈甘棠，化学工

8、业出版社，2011年出版；《反应工程》（第三版），李绍芬主编，化学工业出版社，2013年出版。教学反思：5