化学反应工程第五章非均相反应动力学

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1、化学反应工程课程讲稿第五章非均相反应动力学（heterogeneousreactiondynamics）5.1气—固催化反应的本征动力学(gas-solidcatalystreactiondynamic)5.1-1固体催化剂的一般情况：1.催化剂的性能要求：工业催化剂所必备的四个主要条件：活性好.选择性高.寿命长.机械强度高.活性适中，温度过高，就会造成“飞温”。2.催化剂的类别：催化剂一般包括金属（良导体）.金属氧化物.硫化物（半导体）以及盐类或酸性催化剂等几种类型。活性组分分布在大表面积，多孔的载体上。AlO载体：活性炭、硅藻土、分子筛、23等。要有一定的强度。3.催化

2、剂的制法：1）混合法。2）浸渍法。3）沉淀法或共沉淀法。4）共凝胶法。5）喷涂法或滚涂法。6）溶蚀法。7）热溶法。8）热解法等。5.1-2固体催化剂的物理特性：1.物理吸附(physicsabsorption)和化学吸附(chemicalabsorption)物理吸附——范德华力化学吸附——化学键力2.吸附等温线方程式吸附和脱附达平衡时，吸附量与压力有一定的关系，这种关系曲线。1）langmuir吸附假定：1）均匀表面。2）单分子吸附。3）吸附分子间无作用力。4）吸附机理相同。覆盖度θ：固体表面被吸附分子覆盖的分率。⎯⎯→k⎯aA+σA←⎯⎯⎯σkdr=kP(1−θ)吸附速

3、率aaAAr=kθ脱附速率ddAr=r平衡时，则ad97化学反应工程课程讲稿KPAAθ=A1+KPAAkaK=——吸附平衡常数Akd若KAPA<<1则θA=KAPA对于离解吸附⎯⎯→k⎯aA+2σ2Aσ←⎯⎯⎯1/2kα22r=kP(1−θ)r=kθaaAAddA1/2(KP)AAθ=A1/21+(KP)AA多分子吸附：kpiiθ=i1+∑kipii2）Freundlick型−αr=kPθaaAABr=kθddA⎧α+β=nn>11/nθA=bPA⎨1/nb=(k/k)⎩ad3）Temkinr=kPe−gθAaaAr=kehθAdd1⎧f=h+gθA=ln(aPA)⎨fa=

4、k/k⎩ad2)、3)属偏离理想吸附。实际吸附原因：表面不均匀、吸附分子间的相互作用。4）BET方程P1(c−1)P=+V(P−P)VCVCP0mm0可以利用此式测cat比表面积.3.催化剂的物理结构指比表面积、孔结构。1）比表面，按BET法测。1V=m斜率＋截距VNAm0mS=gVW98化学反应工程课程讲稿常用N2作吸附质2A=0.162nmm77.2K吸附2）孔容与孔径分布。V(比孔容）一次孔孔gV二次孔颗粒间空隙隙V=V＋V，V=V采用氦汞法，He孔隙Hg隙V−VHeHgV=ρ−−粒密度gsWcatV孔mρVgVgρs颗粒的孔隙率ε=＝=pV＋VmV+m/ρVρ+1孔

5、粒真ρgpsgs孔径的分布：大孔r>25nm中孔1nm

6、工程课程讲稿哪一步的阻力大，就会速控步骤。2.双曲线型的反应速率式反应速率一般是以单位cat的重量为基准。−1dnA(−r)=AWdt1）表面反应控制以A+B→R+s为例。A的吸附：A+σ⇔AB的吸附：B+σ⇔BσΔ表面反应：A+⎯⎯→R+SσσσσR的脱附：Rσ⇔R+σS的脱附：Sσ⇔S+σr=−r=kθθArABk−−表面反应速率常数。rKKPKPrAABBr=2(1+KP+KP+KP+KP)AABBRRSSa.如表面覆盖率低，KP+KP+KP+KP≤1AABBRRSS则上式可简化为：r=kPPABb.A+B⇔R+S,同时存在惰性分子Ⅰ⎯⎯→k1Aσ+Bσkσ+Sσ←⎯

7、⎯⎯k2kKPKP−kKPKP1AABB2RRSSr=−r=kθθ−kθθ=A1AB2RS2(1+KP+KP+KP+KP+KP)AABBRRSSⅠⅠc.A发生解离吸附.A+2σ⇔2Aσ2⎯⎯→k12Aσ+BσRσ+Sσ+σ←⎯⎯⎯k22k1KAPAKBPB−k2KRPRKSPS−r=kθθ−kθθθ=A1AB2RSV3(1+KP+KP+KP+KP)AABBRRSS2)吸附控制.A+B⇔R+S⎯⎯→k1A+σAσ←⎯⎯⎯k2B+σ⇔BσAσ+Bσ⇔Rσ+SσRσ⇔R+σSσ⇔S+σr=r−r=kPθ−kθad1AV2