《非均相反应动力学》PPT课件

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1、第五章非均相反应动力学§5.1气-固催化反应本征动力学§5.2气-固催化宏观反应动力学1、气-固催化反应历程2、吸附等温方程3、气-固催化非均相反应动力学1、 关于固体催化剂2、 催化剂颗粒中的扩散3、 等温催化剂的有效系数η4、 非等温催化剂的有效系数5、 内扩散对反应选择性的影响（自学）6、 外扩散对催化反应速率的影响§5.1气-固催化反应本征动力学非均相包括：气-固相气-液相Return气-固相催化反应动力学：气-固相催化反应本征动力学和宏观动力学。1、气-固催化反应历程反应物（气相）：气体催化剂（固相）：

2、多孔固体物质催化剂反应物气流主体反应分七步：◆反应物从气流主体扩散到固体催化剂的外表面（外扩散过程）◆反应物进一步向催化剂的微孔内扩散（内扩散过程）◆反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程）◆吸附的反应物转化为反应的生成物（表面反应过程）◆反应物从催化剂的内表面上脱附下来（脱附过程）◆脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程）◆生成物分子从催化剂外表面扩散到主体气流中被带出（外扩散过程）宏观动力学：包含传递过程和化学反应的气-固催化反应动力学。本征动力学：不考虑内外扩散传递过程影响的动力学

3、特性(只涉及到上述过程的第Ⅲ、Ⅳ、V三步)。催化反应动力学：表面吸附-表面反应-表面脱附。由此建立的动力学方程即为催化反应本征动力学方程。控制步骤法定态法建立方法Return2、吸附等温方程式吸附温度恒定后，则吸附量取决于吸附压力。等温吸附模型包括：Langmuir模型Temkin模型Freundlich模型BET模型（1）Langmuir型：四个基本假定：I）表面均匀；II）单分子层吸附；III）被吸附分子互不影响，也不影响别的分子的吸附；IV）具有相同的吸附机理。覆盖率空白表面脱附速率吸附速率达到平衡吸附等温

4、式设V、Vm分别为吸附质实际吸附量和饱和吸附量，则：Temkin模型Freundlich模型BET模型Return3、气-固催化非均相反应动力学气-固催化非均相反应动力学均匀表面吸附动力学方程存在控制步骤吸附控制表面反应控制脱附控制步骤无控制步骤非均匀表面吸附动力学方程定态法Forward特点：只有一个组分没有达到吸附平衡，其余吸附质均达吸附平衡状态吸附控制A+BR+S为例，如A的吸附为控制步骤，设机理为：反应速率=A的净吸附速率=求中间变量其余均达到平衡Return表面反应控制当A、B、R、S的吸附极弱时，

5、当A+BR+S为可逆，且存在惰性组分分子I时，分两种情况Return脱附控制步骤以AR的反应为例：Return无控制步骤的情况：三者速率相等，其任一速率均可代表过程的总速度。采用定态法求。即：Return非均匀表面吸附动力学方程非均匀表面吸附与脱附以及幂函数型的反应速率式的推导一般采用Temkin和Freundlich方程。请自学。气-固催化非均相反应动力学方程小结：动力学模型建立的方法一般为平衡浓度法和定态法，最常用的是平衡法，此法处理的一般过程为：（1）假定反应机理，确定反应经历的基元步骤；（2）确定

6、过程的控制步骤，该步骤的速率即为总过程的速率，根据控制步骤的类型，写出该步骤的速率方程；（3）非控制步骤均达到平衡，如为吸附或脱附，则使用吸附等温式；若为化学反应，则为化学反应平衡式；（4）将（2）中所写的速率方程式中各项表面浓度利用（3）式中的各平衡关系式转换成气相分压或浓度的函数；（5）若为均匀吸附模型，则由（4）可得到最终能够实际使用的动力学方程；若为非均匀吸附模型，尚需实验测定，以均匀表面吸附理论为基础的动力学方程常为双曲函数型；以非均匀表面吸附理论为基础的动力学方程常为幂函数型。Return§5.2气-

7、固催化宏观反应动力学1、 关于固体催化剂催化剂的性能：活性、选择性、稳定性。催化剂的类型：金属催化剂、半导体催化剂、酸碱催化剂；催化剂的物理结构：比表面和孔结构（后者包含孔径大小及分布）有关固体催化剂的其它基本概念还有：比表面Sg：每克催化剂的全部表面积总和m2/g。BET法测定。孔容Vg：单位质量催化剂的孔隙体积，堆密度：单位堆体积的催化剂的质量，假密度：单位颗粒体积所含质量，真密度：单位骨架体积所含质量。空隙率：堆密度倒数与假密度倒数之差。孔容或比孔容：假密度倒数与真密度倒数之差。孔隙率：孔径分布：采用压汞法

8、可测孔径分布，基于，测出不同压力下汞的压入体积。平均孔径：；如缺乏数据（孔径分布数据），可以用下式近似计算：Return2、催化剂颗粒中的扩散分子扩散或容积扩散：当孔径较大时，分子的扩散阻力来自于分子间的碰撞；努森（Kundson）扩散：当微孔的孔径小于分子的平均自由程（约0.1μm）时，分子与孔壁的碰撞机会超过了分子之间的碰撞机会，从而使前者成为了扩散的主要阻力，这种扩