第十四章-非均相化学反应器ppt课件.ppt

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1、第十四章非均相化学反应器第一节固相催化反应器第二节气液相反应器非均相反应的特点：？存在不同“相”之间的物质传递本章主要内容第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂二、固相催化反应过程三、固相催化反应的本征动力学四、固相催化反应的宏观动力学五、固相催化反应器的设计与操作本节的主要内容第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂（一）催化反应的特征及其在环境工程中的应用催化剂：能改变反应的速率，而本身在反应前后并不发生变化的物质。催化反应：均相催化反应、非均相催化反应应用：有机废气的催化氧化处理(Pt，Mn－C

2、u，Mn－Fe)；低浓度废水、污染地下水的高级氧化处理(TiO2)；高浓度有机废水的催化湿式氧化；硝酸根废水、硝酸盐污染地下水的催化还原处理(Fe)。催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般情况下催化剂的用量很少。催化剂只能改变反应的历程和反应速率，不能改变反应的产物。对于可逆反应，催化剂不改变反应的平衡状态，即不改变化学平衡关系。催化剂对反应有较好的选择性，一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。第一节固相催化反应器催化反应的基本特征：第一节固相催化反应器(1)活性物质：催化剂中真正起催化作用的

3、组分，它常被分散固定在多孔物质的表面。（金属、金属氧化物）(2)载体（担体）：载体常常是多孔性物质，主要作用是提供大的表面和微孔，使催化活性物质附着在外部及内部表面。(3)促进剂：改善催化剂活性（氨催化合成铁催化剂＋CaO）(4)抑制剂：抑制催化剂活性，增强稳定性（银催化剂中加入卤化物控制乙烯的完全氧化）（二）固体催化剂1、固体催化剂的组成活性物质、载体、助催化剂、抑制剂影响催化剂寿命的主要因素？第一节固相催化反应器(1)比表面积(as)(SpecificSurfaceArea)包括外表面积和内表面积)称为比表面积,以a

4、s表示。大多数固体催化剂的比表面积在5～1000m2/g之间。(2)孔体积(Vg)和孔隙率(εp)每克催化剂内部微孔所占的体积。孔隙率是固体催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。(3)固体密度(ρs)和颗粒密度(ρP)：固体密度(ρs)：指催化剂固体物质本身的密度。颗粒密度(ρP)：指单位体积固体催化剂颗粒（包括孔体积）的质量。2.固体催化剂的物理性状第一节固相催化反应器(4)微孔的结构与孔体积分布(5)颗粒堆积密度(ρb)固体催化剂填充层的密度（重量与填充层体积之比）(6)填充层空隙率(εb)固体催化剂填充层内空隙体积与总体

5、积之比。固体催化剂微孔内表面二、固相催化反应过程第一节固相催化反应器固相催化反应的发生场所：①反应物的外扩散、②反应物的内扩散、③反应物的吸附、④表面反应、⑤产物的脱附、⑥产物的内扩散、⑦产物的外扩散A流体主体边界层1A2A3A4P5P6P7P扩散过程动力学过程(表面过程)催化剂的表面（外、内表面）①多步骤串连过程②固相反应速率与反应本身和反应组分的扩散有关③反应速率取决于慢步骤，该步骤称为控制步骤(ratecontrollingstep)扩散控制(传质控制)、动力学控制④反应达到定常态时，各步骤的速率相等第一节固相催化

6、反应器固相催化反应的特点第一节固相催化反应器三、固相催化反应的本征动力学（一）化学吸附与脱附速率固相催化反应的本质:化学吸附→表面反应→脱附气固反应为例化学吸附反应活性中心A与活性中心的络合物脱附速率吸附率吸附速率空位率表观吸附速率＝吸附速率－脱附速率第一节固相催化反应器达到吸附平衡时：吸附速率＝脱附速率吸附平衡方程（KA为吸附平衡常数）(14.1.11)（二）表面化学反应第一节固相催化反应器表面反应方程各反应组分与活性中心的络合物表观反应速率＝正反应速率－副反应速率反应达到平衡时：正反应速率＝副反应速率(14.1.17

7、)(14.1.18)（三）本征动力学第一节固相催化反应器基本假设：①三个反应步骤中必然存在一个控制步骤；②除控制步骤外，其他步骤处于平衡状态；③吸附过程和脱附过程属理想过程，即可用兰格谬尔吸附模型来描述。反应的基本过程第一节固相催化反应器A的吸附速率：(14.1.22)表观反应速率：(14.1.23)P的脱附速率：(14.1.24)(14.1.25)各过程的速率方程（气固相反应）1.反应物吸附过程控制第一节固相催化反应器表面反应和产物的脱附达到平衡(14.1.31)2.表面反应过程控制第一节固相催化反应器反应物吸附和产物

8、的脱附达到平衡(14.1.38)3.产物脱附过程控制第一节固相催化反应器反应过程、反应物的吸附达到平衡(14.1.45)第一节固相催化反应器幂函数型的速率方程特点：形式简单，计算方便，比较适用于反应的控制不如双曲线型的速率方程能反映反应的机理第一节固相催化反应器（四）本征动力学方程的实验测定固相催化反应本征动力学实验