气固相催化反应本征动力学.ppt

第五章气固相催化反应本征动力学
5 气固相催化反应本征动力学
气固相催化过程
固体催化剂
气固相催化反应本征动力学
本征动力学方程的实验测定
气固相催化过程
催化过程及特征
在均相反应过程中,为数众多的反应按化工热力学的观点是能够进行的,但由于反应速度极慢,即使接触时间很长,所得产物也极少,无法进行工业化生产。
例如: A+B R+S
如在原料中加入另一物质(σ),使反应按照下述历程进行:
A+ σ Aσ
B+ σ Bσ
Aσ+ Bσ Rσ+Sσ
Rσ R+σ
Sσ S+σ
这种物质σ的加入改变了原化学反应的历程,但其质和量在反应前后维持不变,因此被称为催化剂。有催化剂存在的反应过程称催化反应过程。
总反应式可以写成:
A+B+2σ R+S+2σ
☆催化反应过程的特征可概述如下:
催化剂
改变
化学反应历程
改变
反应活化能
本身在反应前后没有变化
(1)
催化剂
不会改变
反应物质最终
所能达到的平衡状态
(2)
对于催化或非催化反应都有:
催化剂并不改变化学平衡
(3)对于任何一个可逆反应
催化剂
同倍加快
正、逆反应速率
K—化学平衡常数; γ—化学平衡常数; k1、 k2—正、逆反应速率常数;
催化剂
(4)
的良好选择性
例如:
CO+H2
对于某些化学反应,尽管反应产物很少,也不必费力去寻找催化剂,催化剂对这种反应是无能为力的,因为它并非反应速率小,而是平衡常数小。催化剂只能对平衡常数大而反应速率慢的过程发挥作用。
基准
反应速率r
反应速率(-rA)
单位质量催化剂wcat
单位体积催化剂Vcat
单位催化剂内表面积S
非均相催化反应速率表达
定义:单位反应体系中反应程度随时间的变化率。
反
应
速
率
注意单位!
非均相催化反应过程
A
1
A
2
A
3
A
4
R
5
R
A
6
R
7
图5-1 气固相催化反应过程
一、气固相催化反应过程步骤:
1、反应组分A从流体主体向催化剂外表面传递;
2、反应组分A从催化剂外表面向催化剂内表面传递;
3、反应组分A在催化剂表面的活性中心吸附;
4、反应组分A在催化剂表面上反应,A→R;
5、反应产物R从催化剂表面解吸;
6、反应产物R从催化剂内表面向催化剂外表面传递;
7、反应产物R从催化剂外表面向流体主体传递。
以上1、7步称为外扩散过程(涡流扩散);2、6步称为内扩散过程(分子扩散);3、4、5步称为化学动力学过程。
二、控制步骤
多相催化反应过程是一个多步骤过程,如果其中某一步骤的速率与其它各步的速率相比要慢得多,以至整个反应过程的速率取决于这一步的速率,该步就称为控制步骤。
固体催化剂
催化剂的组成和组分选择
催化剂
活性组分
助催化剂
载体
抑制剂
高活性
高选择性
高强度
长寿命