1-工业催化原理ppt课件

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催化理论的基本思想的形成
在这一时期，逐步产生了某些催化理论 的基本思想。例如，不稳定表面中间物 (1910年)，晶格非理想性(1920年)，表面 活性中心(1925年)，这些理论雏形在实践 中应用，起到了改进旧催化剂、开发新 催化剂的作用，推动了化学工业的发展。
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新的催化过程帮助提高经济效 益和竞争能力
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催化过程帮助解决危机
为控制大气污染，1970年又研制成功了 汽车废气净化的贵金属和非贵金属催化 剂。
随着石油危机的出现，对煤资源和重油 的开发利用又受到了重视，由此对耐硫 的硫化物催化剂和使用ZSM—5分子筛催 化剂由甲醇生产汽油的催化过程等都引 起了人们的兴趣
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一些重要的工业催化过程
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催化剂的组成与功能
活性组分
化学活性
载体
高表面积、孔结构、机械强度
助催化剂
对活性组分/载体改性
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催化剂的性能指标
活性
衡量催化剂效能大小 表示催化剂加快化学反应
速率程度的一种度量。
选择性
稳定性或寿命
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催化剂活性(activity) 常见的几种表示方法
转换频率(数）( Turnover number TON 、 Turnover frequency TOF)
Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-----G.C. Bond, Oxford Science
publications
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工业催化原理课程主要内容
第一章、催化作用与催化剂 第二章、多相催化反应基础 第三章、酸碱型催化剂及其催化作用 第四章、金属催化剂及其催化作用 第五章、半导体催化剂及其催化作用 第六章、催化剂的制备与反应评价
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总反应速率
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催化反应的活化能
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催化剂只能加速反应趋于平衡， 不能改变平衡位置
化学平衡是由热力学决定的 G0＝—RT1nKP ， 其中KP为反应的平衡常数，G0是产物与
反应物的标准自由焓之差，是状态函数， 只决定于过程的始终态，而与过程无关， 催化剂的存在不影响G0值，它只能加速 达到平衡所需的时间，而不能移动平衡 点。
工业催化原理课程主要参考书
工业催化
－黄仲涛 主编 化学工业出版社 1994年
工业催化基础
－赵光 编 哈尔滨工程大学出版社 1999年
Heterogeneous Catalysis In Industrial Practice Second Edition---- Charles N. Satterfield, McGraw-Hill, Inc.(实用多相催化）
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催化作用与催化剂
催化作用的特征 催化剂的组成与功能 催化剂的反应性能(催化指标)
活性 选择性 稳定性
催化剂和催化反应分类
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催化剂的定义
研究一个化学反应体系
反应的平衡位置
属于化学热力学
多久能达到平衡位置 属于化学动力学
催化剂是一种能加速反应的速率而不改 变反应的标准自由焓变化的物质。
催化剂作为一种化学物质，它能够与反
应物相互作用，但是在反应的终结它仍 保持不变。
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催化剂加速化学反应的实例
SO2＋O2 SO3 ( V2O5)，无催化剂时， 即使加热也几乎不生成 SO3。
N2＋H2 NH3 (Fe催化剂)，若没有铁催 化剂，在反应温度为400℃时，其反应速 度极慢，竞不能觉察出来，而当有铁催 化剂的存在时，就实现工业生产合成氨。
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催化作用的特征
通过改变反应历程改变反应速度
能减小活化吉布斯自由能，提高反应速度
只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡 的位置
只能加速热力学上可以进行的反应
对加速反应具有选择性 催化剂的寿命
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反应路径（பைடு நூலகம்程）
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无催化剂时反应：A＋BAB 活化能 E 有催化剂 K 时反应分两步进行
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结构敏感和不敏感
对于金属上的有些反应：反应速率与金 属晶粒的大小、形状和其它物理性质无 关，只与金属表面原子的总数有关—结 构不敏感反应。
反应速率随表面精细结构而变化—结构 敏感反应。
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反应速率
反应速率表示反应快慢，一般有三种表 示方法。
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催化过程的发展
1838年，实现了工业规模合成SO3
1913年．实现了工业规模合成氨，
Pt将氨氧化来制造硝酸，用以生产肥料 和炸药。
1923年．实现了以煤为原料，通过CO＋ H2的合成烃类，即所谓费托(F—T)合成。 Cu系催化剂作用下制得了甲醇。
20年代以后，利用钒作催化剂由萘成功
地氧化为邻二甲苯酐。
1936年 改性天然白土作为催化裂化催化 剂生产高辛烷值汽油
40年代初改用合成硅铝胶催化剂 60年代又改用稀土分子筛催化剂，既进
一步提高了汽抽辛烷值，又极大地提高 了产率。
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催化加工过程
1953年用Ziegler—Natt催化剂合成厂聚乙 烯，
1957年 磷钼酸铋催化剂 丙烯氨氧化合成 丙烯脂，为人造橡胶、纤维、塑料三大 合成材料的生产奠定了基础。。
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催化剂加速反应趋于平衡，不 能改变平衡位置
乙苯脱氢制苯乙烯，在600℃常压、乙苯 与水蒸汽摩尔比为1：9时，按平衡常数 计算，达到平衡后苯乙烯的最大产率为 72．3％，这是平衡产率，是热力学所预 示的反应限度。为了尽可能实现此产率， 可选择良好催化剂以使反应加速。但在 反应条件下，要想用催化剂使苯乙烯产 率超过72．8％是不可能的。
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催化剂对反应具有选择性
根据热力学计算，某一反应可能生成不 只一种产物时，应用催化剂可加速某一 目的产物的反应，即称为催化剂对该反 应的选择性。
工业上就是利用催化剂具有选择性，使 原料转化为所需要的产品。
例如，以合成气(CO＋H2)为原料，使用 不同的催化剂则沿不同的途径进行反应。
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催化剂对反应具有选择性
转化率(conversion %) 反应速率 活化能 反应温度 比活性
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转换频率
定义： 单位时间内每个活性中心转化的 分子数，虽然这个表示方法很科学，但 测定起来却不容易。
活性中心（部位，sites)---固体催化剂， 其表面化学性质和物理性质不同。
活性中心的测定：
金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子