01-绪论

多相催化反应动力学理论与实践学时：40

讲解：李建伟lijw@ 工业催化与反应器研究室

综合楼A座531

电话64436787

化学反应动力学建立与应用的引入◆

过程工程科学的核心理论三传一反（热量、质量、动量传递，反应）◆过程工程问题解决的基础条件※方向、限度（物理化学、热力学）

※速率（热质传递、化学反应等）

◆化学反应动力学通式（过程源、汇项的解决）

（吸附项）位能项动力学项q q j n j j n i

i A c K c RT E k r j i )()1()1()/exp(0⋅=+-∏-=-∑β工业反应器※动力学※混合/传递两者的协同

q q j n j j n i i A j i c K c RT E k r （吸附项）

位能项动力学项⋅=+-∏-=-∑)()1()1()/exp(0β 化学反应动力学如何获得？

对于化学反应：A+B →C

B A A c c RT E k r )/exp(0-=-※基元反应

幂律型方程A 、B 和C 竞争吸附双曲型方程2

310)1()/exp(∑=+-=-j j j B A A c K c c RT E k r ※非基元反应

幂律型方程B A n B n A A c c RT E k r )/exp(0-=-A 、B 和C 竞争吸附双曲型方程2

310)

1()/exp(∑=+-=-j n j j n B n A A j B

A c K c c RT E k r ※动力学参数k 、E 、n 、n 、K 如何确定？？

涉及/解决的问题

◆多相催化的含义

◆动力学的概念，化学反应动力学内涵

◆化学反应动力学建立过程、实施方案

※反应过程热力学分析（平衡、网络结构）

※催化剂性能考察（本体性能、附加性能）

※反应过程动力学特性分析

※动力学实验设计、实施

※动力学模型选取、建立及其模型参数估计◆化学反应动力学模型适定性、可信性检验

◆多相催化的含义

均相催化、多相催化（催化剂、反应物系与催化剂或反应物系间非同一物相。气－固、气－液、液－固、气－液－固）。

◆催化剂制备与应用

粉体制备→成型（催化剂工程设计）→装填反应器◆反应器分析与设计

◆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。

◆课程特点

系统性、理论与实践的结合性和工程实用性。实用性（技巧性）很强（以工业应用为目的），对数学、基本催化作用原理和计算机编程均有较高的要求。

◆课程学习方法

超大型作业和倒叙的方式—如何建立实用的动力学方程？

◆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）

◆课程考核方式

考试70%，课程论文30%

参考书

1Berty J M.Experiments in catalytic reaction

engineering.Elesiver,1999

2Smith J M.Chemical engineering kinetics

（3th）,McGraw-Hill Book Company,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.1994

1 绪论

1.1 化学反应动力学的概念

动力学含义：研究在一定推动力作用下，某个或数个具有特定物理含义的变量与其影响因素之间的相互关系。

传递动力学（石头击水水波纹传递过程描述）气体动力学（飞机风洞实验）

流体流动动力学

摩擦动力学

化学反应动力学等

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。

※影响因素：温度、压力、组分浓度、催化剂种类与浓度、传递过程（流动、扩散等）。※化学反应速率的表达：aA + bB cC + dD

C

C C C B B A A

D D C C B B A A r r r r dt

dn V r dt dn V r dt dn V r dt dn V r αααα==-=-⋅=⋅=⋅=-⋅=-　四者之间的相互关系：；　；　；　1111

反应程度的概念：dt d V r m i n n i i i ξαξ⋅=⇒=-=1)~1(0

多相催化中常见的化学反应速率表达式：

dt

d S r dt d m r dt d V r cat cat cat ξξξ⋅=⋅=⋅=111； ； 误区说明：化学反应速度（矢量）和化学反应速率

（标量）？

※化学反应动力学的分类：本征动力学（微观动力学、化学动力学）、宏观动力学

约定：只要未特别说明，均指本征动力学