化学反应工程-第5章

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1、第五章催化剂与催化动力学基础有关催化剂和催化作用的知识：（1）催化剂改变反应速率，在反应前后本身不发生变化（定义）；（2）催化剂又称为触媒；（3）催化剂既不是反应物也不是产物；（4）根据过渡状态理论，催化剂是靠降低反应的活化能来加快化学反应速度的；（5）不能改变化学平衡和反应热；（6）催化剂具有选择性，只能加速某一种反应第五章催化剂与催化动力学基础本章主要内容：1催化剂的概述（催化剂的组分，制备方法及催化剂的性能）2催化剂的物理结构（催化剂表面的吸附特征及规律；催化剂的比表面积和孔容及孔径分布）3气-固相催化反应动力学（本征动力

2、学和宏观动力学、失活动力学）4非催化气固相反应动力学（略）5.1催化剂一、催化剂的组分活性组分助催化剂载体活性组分活性组分的作用是催化作用，通常是金属或金属氧化物，例如：铁、铜、铝及其氧化物助催化剂助催化剂本身基本没有活性，但能够提高催化剂的活性、选择性、稳定性和机械强度等载体载体的作用是承载活性组分和助催化剂，是负载活性组分和助催化剂的骨架5.1催化剂二、催化剂的制备1混合法将催化剂的各个组分制成浆状，经过充分混合后干燥而成设备简单，操作方便，产品化学组成稳定（球磨机、拌粉机）分散性和均匀性较低湿混法固体磷酸催化剂（促进烯烃聚

3、合、异构化、水合、烯烃烷基化、醇类脱水）硅藻土磷酸100份石墨300份30份磷酸负载于硅藻土混合烘干成型、焙烧固体磷酸干混法锌锰系脱硫催化剂（合成氨厂的原料气净化，脱除其中含有的有机硫化物）碳酸锌氧化镁二氧化锰机混焙烧350oC分解碳酸锌喷球焙烧脱硫催化剂锌-锰-镁脱硫催化剂浸渍法将载体放进含有活性物质的液体中浸渍载体（如Al2O3）的沉淀洗涤干燥载体的成型用活性组份浸渍干燥焙烧分解活化还原负载型金属催化剂浸渍法的原理活性组份在载体表面上的吸附毛细管压力使液体渗透到载体空隙内部提高浸渍量（可抽真空或提高浸渍液温度）活性组份在载体

4、上的不均匀分布浸渍法的优点可用已成型的载体（如氧化铝，氧化硅，活性炭，浮石，活性白土等）负载组份利用率高，用量少（如贵金属）过量浸渍法将载体浸入过量的浸渍溶液中（浸渍液体超过可吸收体积），待吸附平衡后，沥去过剩溶液，干燥，活化后再得催化剂成品。等体积浸渍法将载体与正好可吸附量的浸渍溶液相混合，浸渍溶液刚好浸渍载体颗粒而无过剩。预先测定浸渍溶液的体积多活性物质的浸渍浸渍时间多次浸渍法重复多次的浸渍、干燥、焙烧可制得活性物质含量较高的催化剂可避免多组分浸渍化合物各组分竞争吸附沉淀法和共沉淀法温度、溶液及沉淀剂浓度、Ph值、沉淀剂的种

5、类、加入的速度、搅拌速度和沉淀的放置时间都会影响生成的催化剂颗粒的大小和粒径分布金属盐溶液NaOH(Na2CO3)沉淀洗涤活化成型干燥焙烧研磨催化剂在充分搅拌的条件下，向催化剂的盐类溶液中加入沉淀剂，即生成催化剂的沉淀共沉淀法多个组分同时沉淀（各组分比例较恒定，分布也均匀）Cu(NO3)2Zn(NO3)2Al(NO3)3溶液Na2CO3三元混合氧化物沉淀合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3沉淀时沉淀剂的选择易分解挥发除去（氨气，氨水，铵盐，碳酸盐等）形成的沉淀物便于过滤和洗涤（最好是晶型沉淀，杂质少，易过滤洗涤）沉淀剂的溶解度要大

6、（这样被沉淀物吸附的量就少）沉淀物的溶解度应很小沉淀剂无污染共凝胶法两种溶液混合而生成的凝胶喷涂法和滚涂法将催化剂溶液用喷枪或其他手段喷射于载体上而制成的，或者将活性组分放在可摇动的容器中，再将载体加入，经过滚动，使活性组分黏附其上而制成热熔法将主催化剂及助催化剂组分放在电炉内熔融后，再把它冷却和粉粹到需要的尺寸三、催化剂的性能1.活性催化剂用量少，转化物料量大；对于强放热反应，过高的活性不好，容易导致“飞温”2.选择性选择性意义很大，催化剂的选择性比活性要求更高3寿命失活局部高温：活性组分挥发、结晶变化、比表面积减小中毒：被杂

7、质所覆盖（S,Se、p、C）机械强度：催化剂的磨损或粉化5.2催化剂的物理特性5.2.1.物理吸附和化学吸附物理吸附——范德华力化学吸附——化学键力温度范围低高物理吸附的研究可以用于测定表面积及微孔尺寸，而化学吸附的研究用于测定活化中心的面积，及阐明反应动力学规律5.2.2.吸附等温线方程式等温条件下，研究气体吸附量（表面覆盖率）与压力的关系。吸附模型有（1）langmuir型吸附；（2）Freundlich型、（3）Temkin型和（4）BET型(1)langmuir吸附假定：①均匀表面②单分子吸附③被吸附分子间不相互影响，也

8、不影响别的分子的吸附④吸附机理相同。表面覆盖率：固体表面被吸附分子覆盖的分率。不同吸附物种的吸附分率与未被吸附的活性位分率之和为1在吸附的过程中，同时存在吸附和脱附，最后达到动态平衡吸附与脱附速率与机理有关吸附速率为：脱附速率为：达到吸附平衡时当为低覆盖率时，（