工业催化原理PPT

1
催化作用的特征
2
催化反应和催化剂的分类
3
固体催化剂的组成与结构
催化剂的反应性性能及对工业催
4
化剂的要求
5
多相催化反应体系的分析
1.1.1催化剂和催化作用(Catalyst and Catalysis)
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。
催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学 反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显地消耗的化学 物质。
问题2：请同学们举二个以上的实例？
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作 用
反应物 催化剂及反应条件
Rh/Pt/SiO2，5wenku.baidu.com3K，7×105Pa
CO+H
2
Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107～ 2.0266×107Pa
甲醇氧化反应的不 同能垒变化示意图
热反应时生成CO2比 生成甲醛的能垒小很
多
CH3OH+O2=CO2+2H2O
催化反应时，生成CO 和CO2的能垒明显高于
生成甲醛的能垒
CH3OH+O2=HCHO+2H2O
应产物具有选择性的主要原因 仍然是由于催化剂可以显著降 低主反应的活化能，而副反应 活化能的降低则不明显
❖ 1、催化剂是化工技术的核心
80%化学工业过程（石油加工、传统化学工业、食品工业、 建材工业、精细化学品工业、环保产业等）是采用催化过 程来实现的。催化剂的销售额在100-200亿美元。与催化 剂相关的工艺设备销售收入可达数千亿美元。
❖ 2、化工技术创新的重要领域。
与催化剂相关的专利等化学工艺技术、设备、方法在化工 专利的绝大部分。
表1-3 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作
反应类用型
常用催化剂
加氢 脱氢 氧化
羰基化
聚合 卤化 裂解 水合 烷基化，异构化
Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2 Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)3,PdCl(Pph3)3*,RhCl2(CO)Pp
h3
CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3 AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2 SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子筛，活性白土 H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子筛，离子交换树脂 H3PO4/硅藻土，AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子筛
1.2.1催化反应分类
草酸
0.52
8.27
磷酸
0.54
8.10
平均
8.19
1.1.2催化作用不能改变化学平衡
关于可逆反应
根据微观可逆原理，假如一个催化反应是可逆的，则 一个加速正反应速率的催化剂也应加速逆反应速率，以保 持 K平不变（K平＝ K正/K逆）。
也就是说：同样一个能加速正反应速率控制步骤的催化剂 也应该能加速逆反应速率。
1.1.3催化作用改变反应历程而改变反应速度
使合成氨实现工业生产
催化剂改变反应历程意味着
❖ 1、催化剂参与反应物之间的化学反应 ❖ 2、通过反应历程改变使化学反应的所需克服的能垒数值
大大减少。 ❖ 结果：
催化反应相对常规化学反应发生的条件温和得多，甚 至常规条件下难以发生的反应，在催化剂参与下实现了工 业化生产。
1.2.1催化反应分类
按催化反应系统物相的均一性进行分类
均相催化反应
非均相（又称多 相）催化反应
酶催化反应
均相催化反应是指 反应物和催化剂居 于同一相态中的反 应。
非均相催化反应是 指反应物和催化剂 居于不同相态的反 应。
酶催化反应同时 具有均相和非均 相反应的性质。
1.2.1催化反应分类
按反应类型进行分类
催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
1.1.2催化作用不能改变化学平衡
表1-1 在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚的平衡浓度
催化剂 催化剂在反应体系中含量 达到平衡时的体积增量
SO2 SO2 SO2 ZnSO4 HCl
0.02 0.063 0.079
2.7 0.15
8.19 8.34 8.20 8.13 8.15
Rh络合物,473～573K, 5.0665×107～ 3.0399×108Pa
Cu,Zn,493K, 3×106Pa
Ni, 473～573K, 1.0133×105Pa
Co,Ni, 473K, 1.0133×105Pa
产物 乙醇 甲醇 乙二醇 二甲醚 甲烷 和成汽油
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
按反应机理进行分类
酸碱型催化反应
酸碱型催化反应的反应机 理可认为是催化剂与反应物分 子之间通过电子对的授受而配 位，或者发生强烈极化，形成 离子型活性中间物种进行的催 化反应。
氧化还原型催化反应
氧化还原型催化反应机理可 认为是催化剂与反应物分子间 通过单个电子转移，形成活性 中间物种进行催化反应。
1.2.1催化反应分类
表1-4 酸碱型及氧化还原型催化反应比 较
比较项目
酸碱型催化反应
氧化还原型催化反应
催化剂与反应物之间 作用
催化剂选择性理解
❖ 1、不同催化剂对特定的反应体系有选择性（机理 选择性）
❖ 2、催化剂因催化剂结构不同导致选择性（扩散选 择性）。
问题3：催化剂的选择性在工业上有何意义？
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催化作用的特征
2
催化反应和催化剂的分类
3
固体催化剂的组成与结构
催化剂的反应性性能及对工业催
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化剂的要求
5
多相催化反应体系的分析
工业催化原理
Catalysis in industrial processes
第1章 催化剂与催化作用基本知识 第2章 催化剂的表面吸附和孔内扩散 第3章 酸碱催化剂及其催化作用 第4章 金属催化剂及其催化作用 第5章 过渡金属氧（硫 ）化物催化剂及其催化作用 第6章 络合催化剂及其催化作用 第7章：催化剂的制备与表征
1.1.2催化作用不能改变化学平衡
问题1：实际工业上催化正反应、逆反应 时为什么往往选用不同的催化剂？
❖ 第一，对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操 作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很大差别， 这对催化剂可能会产生一些影响。
❖ 第二，对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也 是值得注意的，因为这些副反应会引起催化剂性能变 化。