多相催化动力学章北京化工大学优质课件专业知识讲座.ppt

化学反应动力学建立与应用的引入化学反应动力学如何获得？涉及/解决的问题课程目的
掌握建立工程实用的多相催化反应动力学方程（模型）的原理和方法（建模）（动力学模型建立、数据获取和模型识别等）。课程意义
为催化剂性能改进、工艺过程开发和反应器优化设计与操作提供重要的基础应用工具。课程安排（40学时）
Chap1绪论（4小时）
Chap2多相催化反应动力学基础理论（8小时）
Chap3多相催化反应动力学实验研究（10小时）
Chap4数据处理和动力学模型识别（6小时）
Chap5非定态反应动力学（3小时）
Chap6多相催化宏观反应动力学及其描述（3小时）
Chap7多相催化反应动力学研究的实例分析（4小时）
结课测验（2小时）参考书
1BertyJM.Experimentsincatalyticreactionengineering.Elesiver,1999
2SmithJM.Chemicalengineeringkinetics（3th）,McGraw-HillBookCompany,1981
3张继炎等译，贝伦斯M，霍夫曼H，林肯A著，化学反应工程学，中国石化出版社.1994
4李绍芬.化学与催化反应工程，化学工业出版社.1994
5朱炳辰.化学反应工程学，化学工业出版社.1998
6陈甘堂.化学反应工程学，化学工业出版社.1981
7李成岳译.马特路斯著.催化反应器中的非定态过程，科学出版社.19941绪论化学反应动力学
※定义：定量描述化学反应速率及其影响因素之间的函数关系。实际为有可能定量地描述化学反应随时间的变化对过程条件的依赖关系。反应程度的概念：1.2多相催化动力学的研究内容1.2.3化学反应动力学特征参数与热力学性质
和物质结构特征的关系
利用动力学的研究结果和物质结构理论，分析化合物结构与其反应能力之间的关系；建立多相催化反应体系的动力学特征参数与其热力学性质和物质结构特征之间的经验或半经验关系。1.3常见的动力学型式1.3.3分段型1.3.4机理型
朗格谬尔（Langmuir）吸附机理模型
焦姆金（TemkИN-Ea、Ed~A）
弗朗得里希（Freundlich-Ea、Ed~lnA）1.4化学反应动力学的应用1.5非均相催化反应动力学涉及学科1.6建立化学反应动力学的步骤1.6.3实验装置和分析方法
预备实验、计量标定等1.6.6实验设计
单因素法、正交实验法、序贯法、均匀设计等1.6.8动力学模型及参数估计
※模型的选取
※数值计算方法的确定（目标函数、数值方法、计算机程序等）
※估值参数的初步筛选1.7小结1.7.2化学反应动力学模型建立方法化学反应动力学模型建立方法多相催化反应动力学建立步骤2多相催化反应动力学基础理论※良好的催化活性（尤指低温活性）
※良好的选择性
※较长的使用寿命
※适宜的物理织构（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）※催化剂定义
—参与反应，但反应前后的组成和特性不变，对正逆反应均等倍加速或减速2.1.4催化剂组成及各组分的作用按作用机理分类：
(A)分隔（离）活性组分细小微晶－高熔点、难还
原的氧化物比较适宜
(B)与活性组分作用生成高熔点的化合物或固（熔）
体。如Fe3O4中加入少量的Al2O3（结构助剂）※4毒化型助剂
毒化催化剂某些有害的活性中心，如为防止结焦，可加少量碱性物质毒化引起裂解生焦的酸性中心2.1.5催化剂制备与各制备过程的作用（目的）（4）沥滤法－骨架催化剂制备。骨架Ni、骨架Co、
骨架Fe、骨架Cu。如Ni催化剂，将
含Ni和Al各50%的铝镍合金破碎、
过筛后用20%NaOH溶液溶解Al，
留下具有高比表面积的Ni
（5）其它方法：热熔融法、电解法、粘结剂法等(C)增强或减弱机械强度－使催化剂具有一定机械强度3成型
※压缩成型（打片）
※挤出成型（挤条）
※转动成型（糖衣机）
※喷雾成型（喷雾干燥原理）
※其它成型方法（油中成型法、喷动成型、
蜂窝及纤维催化剂成型）2.2吸附作用基本原理多孔介质上的多相催化反应历程多孔介质上的多相催化反应历程
※外扩散－反应组分由主体物流
※内扩散－反应组分由催化剂外表面
※吸附－反应组分在催化剂内表面活性中心上吸
附（以化学吸附为主，物理吸附为附）
※表面化学反应
※脱附－产物
※内扩散－产物由催化剂内表面
※外扩散－产物由催化剂外表面
其中，步骤（3）、（4）和（5）为化学动力学过程（本征动力学）2.2.2固体催化剂颗粒的主要结构参数
催化剂性能主要由活性、选择性和寿命组成，这些均与催化剂结构参数直接或间接联系（如分子筛选择性、寿命和内表面利用率等）。
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