1气固催化反应的七个步骤
(5)气固催化反应宏观动力学
气固催化反应过程的研究方法
通过反应器实测的仅为流体主 体的温度Tb和浓度cb ，而催化 剂颗粒外表面上的温度Tes、浓 度ces和内孔表面上的温度Tis、 浓度cis一般是无法直接准确测 定的，只能通过反应工程理论 思维方法进行定性分析推算。 由于传递过程的存在，使得反应器微元中必然存在温 度差和浓度差以作为过程推动力。只有当内、外传递的阻 力降低到很低以致可以忽略不计时，上述三个温度和浓度 T 才会趋于一致，即 C b ≈ C es ≈ C is ； b ≈ Tes ≈ Tis 。
rNH 3 = k1 PN 2
PH 2
PNH 3
− k2
PNH 3
1 PH.25
在实际应用中常常以幂函数型来关联非均相动力学参数， 由于其准确性并不比双曲线型方程差，因而得到广泛应用。 而且幂函数型仅有反应速率常数，不包含吸附平衡常数， 在进行反应动力学分析和反应器设计中，更能显示其优越 性。
气固催化反应的传递过程
双曲线模型包含的参数太多，参数的可调范 围较大，常常对同一反应可以有多个动力学模型 均能达到所需的误差要求。
幂函数型的动力学表达式
不满足理想吸附条件的吸附，都称为真实吸附。 以焦姆金和弗隆德里希为代表提出的不均匀吸附理论认为： 由于催化剂表面具有不均匀性，因此吸附活化能与解吸活 化能都与表面覆盖程度有关。 例如焦姆金导出的铁催化剂上氨合成反应动力学方程式为 幂函数型： 幂函数型 1.5
双曲线型动力学表达式 基于理想吸附模型的动力学方程均属双曲线 型。不论其反应类型如何，吸附形式如何，以及 速率控制步骤如何，都可以表示成如下形式：
（动力学项）（推动力） 反应速率＝ n （吸附项）
动力学项即反应速率常数k，为温度的函数。 推动力为组分浓度或压力。 吸附项表明了在催化剂表面被吸附的组分。吸附项中 的n表示涉及到活性点的数目
气固相催化反应实验-预习
化工专业实验预习报告【1】实验名称气固相催化反应实验班级姓名学号成绩实验时间同组成员一、实验预习1.实验目的（1）掌握乙醇脱水实验的反应过程和反应机理、特点。
（2）学习气固管式催化反应器的构造、原理和使用方法。
（3）学习如何对实验体系进行物料衡算，确定收率和转化率。
（4）学习气体在线分析的方法和定性、定量分析，学习手动进样分析液体成分。
（5）学习微量泵的使用，学会使用湿式流量计测量气体流量。
2.实验原理1）乙醇脱水反应历程实验表明，乙醇脱水可生成乙烯和乙醚两种化合物，但在浓硫酸或三氧化二铝催化下，控制温度可使反应生成其中一种化合物为主，反应如下：可见，乙醇的脱水方式随反应温度而异，在较高温度时主要发生分子内脱水生成乙烯，在较低温度下则发生分子间脱水生成乙醚。
对于乙醇脱水反应，由于对机理及动力学的研究结论很难达成一致，主要存在两方面的争论：○1乙醇脱水机理是连串反应机理、平行反应机理还是平行-连串反应机理；○2反应机理是吸附于催化剂上的两个临近乙醇分子间进行的L-H模型，还是一个气相乙醇分子和一个催化剂上处于吸附态的乙醇分子之间进行的R-E模型。
乙醇脱水反应的催化剂主要由γ-Al2O3和酸性ZSM-5分子筛两大类。
Blaszkowski和Van Santen指出：氧化铝型催化剂的催化机理和分子筛不同，γ-Al2O3的催化活性与其表面脱氢过程中形成的Lewis酸-Lewis碱对有关，富电子的阴离子氧表现出碱的特性，缺电子的阳离子铝表现出酸的特性。
相反，酸性分子筛的催化活性与Bronst酸-Lewis碱对有关，Bronst酸发生氢转移，而它邻近的Lewis碱能接受质子。
在此基础上，Cory B.Phillips等以ZSM-5分子筛为催化剂，提出乙醇脱水反应属于平行反应，会生成乙氧基这一中间产物，并且他们认为生成乙醚的过程与甲醇脱水生成二甲醚的过程非常相似。
Junko N.Kondo 等利用原位红外检测也证实在反应过程中乙氧基这一中间产物的存在。
反应工程总结6
第六章、多相系统中的化学反应与传递现象1、气-固催化反应A (g)→B (g)包括七个步骤：①反应物A 由气相主体扩散到颗粒外表面；②A 由外表面向孔内扩散，到达吸附反应活动中心；③进行A 的吸附；④A 在表面上反应生成B ；⑤产物B 自表面脱附；⑥B 由内表面扩散到外表面；⑦B 由颗粒外表面扩散到气相主体。
2、外扩散有效因子ηx ：显然，CAS 总是小于CAG ，因此，只要反应级数为正，则ηx ≤1；反应级数为负时，ηx ≥1。
3、Da 称丹克莱尔数，是化学反应速率与外扩散速率之比，Da 越大，外扩散阻力越大。
当kw 一定时，此值越小，即外扩散影响越小。
除反应级数为负外，外扩散有效因子总是随丹克莱尔数的增加而降低；且α越大，ηx 随Da 增加而下降得越明显；无论α为何值：Da 趋于零时，ηx 总是趋于1。
4、孔扩散分为以下两种形式：当λ／2ra ≤102时，孔内扩散属正常分子扩散，这时的孔内扩散与通常的气体扩散完全相同。
扩散速率主要受分子间相互碰撞的影响，与孔半径尺寸无关。
当λ／2ra ≥10时，孔内扩散为努森扩散，这时主要是气体分子与孔壁的碰撞、故分子在孔内的努森扩散系数DK 只与孔半径ra 有关，与系统中共存的其他气体无关。
5、梯尔模数表示表面反应速率与内扩散速率的相对大小6、当φ<0.4 时， η≈1，当φ＞3.0 时，η＝1/φ (5.4-23) η是φ的函数，总是随φ值的增大而单调地下降，提高η办法有： ①减小催化剂颗粒的尺寸，φ值减小，η值可增大。
②增大催化剂的孔容和孔半径，可提高有效扩散系数De 的值，使φ值减小，η值增大。
7、Bi m ＝kGL ／De ，称为传质的拜俄特数，它表示内外扩散阻力的相对大小。
当Bim → ∞ 时，外扩散阻力可不计，η0＝tanh (φ)/φ＝η当Bim → 0 时，内扩散阻力可忽略， tanh (φ)/φ＝1，η0＝1/(1+Da )＝ηx8、内扩散的判定：减小催化剂粒度，测反应速率。
国开化学反应过程及设备复习资料
化学反应过程及设备复习资料一选择题1. 关于釜式反应器的种类特点与应用，描述错误的是（D）A 釜式反应器的结构简单，加工方便，传质效率高，温度分布均匀且操作灵活B 釜式反应器按操作方式分为间歇式半连续式和连续式C 釜式反应器按材质分为钢制铸铁及搪玻璃反应釜D 釜式反应器适用于液液均相反应，但不可用于非均相反应2. 关于釜式反应器的基本结构及其作用描述错误的是（B）A釜式反应器主要由壳体，搅拌装置，轴封和换热装置四大部分组成B 釜底常用的形状有平面形蝶形椭圆形和球形，其中平面形多用于高压反应C 搅拌装置根本目的是加强反应釜内物料的均匀混合，以强化传质和传热D 轴封是用来防止釜的主体与搅拌轴之间的泄露，主要有填料密封和机械密封3. 关于理想置换和理想混合流动模型的特征描述错误的是（D）A理想置换流动模型也称作平推流模型活活塞流模型B 理想置换流动模型沿着流向，物料的参数变化，垂直于流向的截面参数相同C 理想混合流动模型也称作全混流模型D 理想混合流动模型中混合均匀，所以所有物料的停留时间一致。
4. 关于返混及工程中降低返混的措施描述错误的是（D）A 返混是指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合B 间歇操作反应器中不存在返混C 理想置换反应器中不存在返混D 降低返混程度的主要措施有横向分割和纵向分割，其中重要的是纵向分割。
5. 关于反应速率描述和表示方法错误的是（B）A 化学反应速率是指某一物资在单位时间单位反应区域内的反应量B 反应区域是指反应器体积C 在反应速率钱赋予负号，表示该物质为消耗速率D 在反应速率前取正号，表示该物质的生成速率6. 关于化学动力学方程描述错误的是（A）A 反应分子数与反应级数相等B 定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式称为化学反应动力学方程C 影响反应速率的因素有反应温度组成压力溶剂性质催化剂性质等D 对于绝大多数的反应，主要的影响因素是反应物的浓度和反应温度7. 关于复杂反应及其类型说法错误的是（D）A复杂反应是通过多步骤反应完成的B连串反应的选择性随反应转化率的增大而下降C 复杂反应的基本反应类型有平行反应和连串反应D 复杂反应只有平行反应和连串反应8. 关于搅拌器作用类型和选型原则说法错误的是（A）A搅拌器只能够使得均相液体混合B 通过搅拌器搅拌可加强釜式反应器内物料的均匀混合，以强化传质和传热C 工业上较为常用的搅拌器类型有桨式搅拌器涡轮搅拌器和推进式搅拌器D 搅拌器的选型主要根据物料性质搅拌目的以及各种搅拌的性能特征来进行9. 关于搅拌釜式反应器的传热装置说法错误的是（D）A在传热夹套装设螺旋导流板可提高传热效果B 列管式反应器的主要特点是传热面积大，可提高传热速度C 常用的蛇管式反应器有水平式蛇管和直立式蛇管D 沸腾温度下进行反应时应选择外部循环式换热器10. 关于反应器高温热源的说法错误的是（A）A低压饱和水蒸气加热时温度最高只能达到100度B 利用某些有机物常压沸点高熔点低热稳定好等特点提供高温热源C 反应温度在300度以上可以用熔盐做热载体D 电加热法可以分为电阻加热法感应电流加热法和短路电流加热11. 关于反应器低温冷源的说法错误的是（A）A空气不可以作为低温冷源B 传送和分配冷量的媒介成为载冷剂C 常用的有机载冷剂有3类，即水盐水及有机载冷剂D 有机载冷剂适用于比较低的温度12. 关于气固相催化反应器的类型及选择说法错误的是（A）A 气固相催化反应器只有固定床反应器和流化床反应器B 气固相催化反应器主要有固定床反应器和流化床反应器C 固定床适用于气固相反应D 流化床适用于气固相反应13. 关于固定床反应器的类型和特点说法错误的是（D）A固定床主要分为绝热式和换热式两种B 催化剂不易磨损可长期使用C固定床反应器可用于高温高压反应D 固定床适合使用细小的催化剂14. 关于固定床反应器的特点说法错误的是（C）A绝热式固定床与外界无热量交换B 单段绝热式固定床结构简单，维护方便C 换热式固定床可分为列管式和对外换热式D 换热式固定床利用换热介质来移走或供给热量15. 关于流化床反应器的特点说法错误的是（D）A物料的流动更接近于理想混合流，返混较严重B 颗粒比较细小，有效系数高，可减少催化剂用量C 传热强度高，适宜于强吸热或放热反应D 适合高转化率的反应及催化剂层有温度分布的反应16. 关于流化床的基本结构及其作用说法错误的是（A）A流化床基本结构包括壳体气体分布装置内部构件及固体颗粒的加入和卸出装置B 气体分布装置是保证获得良好流化质量的关键C 反应器内部构件目的是使大气泡破碎，改善气固相的接触，减小返混，提高反应效果，其形式有挡网挡板和填料D 气固分离装置常由旋风分离器来完成，其作用是回收气体所夹带的细粒，并将其输送到床层中去17. 关于双器流化床描述错误的是（B）A适用于催化剂使用寿命较短且易再生的气固相催化反应B 适用于催化剂使用寿命较长且不易再生的气固相催化反应C 双器流化床适用于催化剂寿命较短的情况D 双器流化床适用于催化剂易再生的情况18. 关于催化剂的定义描述以及基本特征说法错误的是（D）A催化剂是一种能够改变化学反应速率而不改变反应热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质B 催化剂能加快化学反应速率C 催化剂对反应具有选择性D催化剂能改变化学反应的速率和化学平衡位置19. 有关固体催化剂的组成及各自功能描述错误的是（A）A 所有的催化剂均由活性成分抑制剂和载体组成B 主催化剂是催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质C 助催化剂具有提高活性组分活性和选择性，改善催化剂耐热性，抗毒性，提高机械强度和寿命的作用D 载体可提高催化剂的耐热性和机械强度20. 有关工业固体催化剂的制备方法描述错误的是（C）A 沉淀法广泛用于制备高含量的非贵金属金属氧化物金属催化剂或催化剂载体B 浸渍法是负载型催化剂最常用的制备方法C 离子交换法中离子交换反应不可逆D 熔融法制备催化剂需要在高温下进行21.关于催化剂失活的原因说法错误的是（A）A 催化剂表面污染不会导致失活B 催化剂强吸附毒物常造成永久中毒从而失活C 催化剂烧结是由高温引起催化剂结构的变化过程，导致其失活D催化剂导热性能不好货空隙过细会造成积碳使得催化剂失活22. 关于固定床催化反应器dv da ds 物理参数描述错误的是（D）A体积当量直径dv即采用体积相同的球形颗粒直径来表示非球形颗粒直径B 面积当量直径da即采用外表面积相同的球形颗粒直径来表示非球形颗粒直径C 比表面积当量直径ds即采用比表面积相同的球形颗粒直径来表示非球形颗粒直径D 在固定床的流体力学研究中，非球形颗粒的直径常常采用面积相当直径23. 关于固定床床层空隙率的描述，影响因素说法错误的是（B）A床层空隙率的大小与的影响因素有颗粒形状，颗粒的粒度分布，颗粒表面的粗糙度，填充方式，颗粒直径与容器直径之比等B 紧密填充固定床的床层空隙率高于疏松填充固定床C 紧密填充固定床的床层空隙率低于疏松填充固定床D 固定床中同一截面上近壁处空隙大，而中心空隙率较小24. 关于催化剂有效系数说法错误的是（B）A 催化剂有效系数为实际反应速率与内扩散影响的反应速率之比B 当催化剂有效系数大于1时，反应过程为内扩散控制C 当催化剂有效系数小于1时，反应过程为内扩散控制D 当催化剂有效系数约等于1时，反应过程为动力学控制25. 关于固定床反应器中的传热过程描述错误的是（D）A 反应热由催化剂的内部向外表面扩散B 反应热由催化剂外表面向流体主体传递C 反应热少部分由反应后的流体沿轴带走D传热过程只发生热传导与热对流26. 关于气体通过固体颗粒床层的三个阶段的描述错误的是（D）A 固体床阶段---气体通过床层的压力降随气速的增加而增大B 流化床阶段---气体通过床层的压力降不随气速改变而改变C 稀相输送床阶段---气流中颗粒浓度降低，由浓相变成稀相，压力降变小D 临界流化床阶段---固体颗粒刚好悬浮流体中27. 关于流化床反应器中气体分布板的作用说法错误的是（A）A起支撑作用B 均匀分布气流C 使得流化床有一个良好的起始流态化状态D 操作过程中不易被堵塞和腐蚀28. 关于催化剂，错误的是（D）A催化剂的贮藏要求防潮防污染B 运输过程中所产生的碎末细粉会增加床层阻力C 催化剂在装填前需要过筛D 对催化剂的包装没有特殊要求二填空题1．一个典型的化工生产过程大致由原料的预处理、化学反应、产物的分离三部分组成。
催化反应动力学
V：
未被覆盖的活性中心数 V 总活性中心数
( i ) V 1
i 1 n
θ
i
--- i 组分的吸附率
② 吸附速率式
吸附过程可视为化学反应（基元反应），吸附速率与被吸附组分的气
相分压和未被覆盖分率成正比：
ra ka pAV
r a---吸附速率；
pA ---A组分在气相中的分压。
气固催化反应过程示意图
相界面是指多孔催化剂颗粒的内表面， 化学反应主要在催化剂的孔道内表面上进行。
5
气固相催化反应的7个步骤：
设有气－固相催化反应：
CO( g ) H 2O( g ) CO2 ( g ) H 2 ( g ) A B C D
① A 和 B 从气相主体扩散到达颗粒外表面； ② A 和 B 从颗粒外表面扩散进入颗粒内部； ③ A 和 B 被催化剂内表面的活性位吸附，成为吸附态 的A 和 B；④ 吸附态的A 和 B在催化剂内表面的活性 中心上发 生表面化学反应，生成吸附态 C和D(产物)； ⑤ 吸附态 C 和 D 脱附成为自由的 C 和 D； ⑥ C 和 D 从颗粒内部扩散到达颗粒外表面； ⑦ C 和 D 从颗粒外表面扩散到达气相主体。 以上七个步骤是前后串联的。
A 1 A1 B 2 B2
A1 B2 R1 S2
R1 R 1
S 2 S 2
对两类活性中心分别有：
A R V 1 1
B S V 2 1
第一类活性中心有：
速率式
rA kA pAV 1 kAA rR kRR kR pRV 1
•
2.化学吸附
吸附剂与被吸附物之间可视为发生化学反应，是固 体表面与气相分子间的化学键力造成的。 化学吸附是吸附剂和被吸附物之间的电子共用或转 移发生相互作用，使气相分子的结构发生了变化， 降低了活化能，从而加快了反应速率，起到催化作 用。 化学吸附是吸附剂和被吸附物之间的电子转移或共 用，因此二者之间有很强的选择性。
反应工程考点总结
1.BR的特点：1）由于充分搅拌、混合，以至于反应器有效容积内各个位置物料的特性（T+C）都相同。
2）由于是一次投料和一次放料，在反应过程中既无物料的加入，也无物料的放出，则在反应器内所有物料的空间停留时间相同，无空间停留时间不同的无聊之间的混合，即不存在反混。
3）反应器出料口的物料组成与反应器内最终得到的物料组成相同。
4）间歇操作过程存在辅助生产时间。
2.PFR的特点：1）由于物料都是沿着同一方向、且同一速度在反应器内向前推进，则所有物料流出反应器的时间都相同。
2）在垂直流动方向的任意一截面上，不同径向位置的物料的特性一致，即不存在反混。
3）在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随t改变。
3.CSTR特点：1）物料在反应器内充分反混。
2）反应器内各处物料参数均一。
3）反应器的出口组成与器内物料组成相同。
4）反应过程中连续进料出料，是一定常态操作。
4.化学反应工程学研究的主要内容：1）化学的------化学反应动力学特性的研究。
2）物理的------流动、传递过程对反应的影响的研究。
3）工程的------反应器的设计计算、过程的分析及最优化。
5.利用数学模型解决化学工程问题的基本步骤：1）小试研究化学反应规律。
2）大型冷模实验研究传递过程规律。
3）通过计算机或其它手段综合化学反应规律与传递过程规律，预测大型反应器的特性，寻找优化条件。
4）热模检验数学模型的等效性。
6.气固相催化反应的七个步骤、三个过程：1）反应组分从气流主体扩散到催化剂外表面。
2）反应组分从催化剂外表面扩散到催化剂的内表面。
3）反应组分在催化剂活性表面中心上吸附。
4）吸附在表面活性中心上的反应物进行化学反应。
5）产物在催化剂表面活性中心上脱附。
6）产物从催化剂的内表面扩散到催化剂的外表面。
7）产物从催化剂的外表面扩散到气流主体。
其中1）、7）过程是外扩散过程，2）、6）是内扩散过程，3）、4）、5）是化学反应动力学过程。
化学反应工程总结
安徽工业大学《化学反应工程》期末总结简答题1. 温度和浓度对平行反应瞬时选择性的影响规律答：（1）浓度的影响与主、副反应级数有关，α＝β，与浓度无关；α>β，浓度增高，瞬时选择性增加；α< β，浓度增高，瞬时选择性降低（2）温度的影响与主副反应活化能有关：E主＝E副，与温度无关E主>E副，温度增高，瞬时选择性增加；E主< E副，温度增高，瞬时选择性降低2. 提高连串反应中间产物收率的措施？答：（1）采用合适的催化剂；（2）采用合适的反应器和操作条件；（3）采用新的工艺（如反应精馏，膜反应器等）3. 气固催化反应的7个步骤，3个过程答：1反应物由气流主体扩散到催化剂外表面；2反应物由催化剂外表面扩散到内表面；3反应物在催化剂表面活性中心上吸附；4吸附在活性中心的反应物进行化学反应；5产物在催化剂表面活性中心上脱附；6产物由催化剂内表面扩散到外表面；7产物由催化剂外表面扩散到气流主体。
①1,7为外扩散过程②2,6为内扩散过程③3,4,5为化学动力学过程4. 催化剂内气体扩散的形式及判据（分子扩散、努森扩散）？答：①当λ/2ra≤10-2时，分子间的碰撞机率大于分子和孔壁的碰撞机率，扩散阻力主要来自分子间的碰撞，这种扩散称之为分子扩散。
分子扩散与孔径无关。
②当λ/2ra≥10时，分子和孔壁的碰撞机率大于分子间的碰撞机率，扩散阻力主要来自分子和孔壁间的碰撞，这种扩散称之为努森扩散。
分子扩散与孔径有关。
5. 多相催化反应过程中内外扩散影响的判定？答：（1）在管式反应器中装入催化剂，催化剂体积为V，原料流量为Q，同时改变V和Q，使空速保持不变，计算流体的质量速度G。
保持T、cA0、空速τ不变的条件下改变G，测出口转化率X。
当出口转化率超过某一值G0时，G值再增加，出口转化率不再改变。
说明G ≥G0时，外扩散对反应过程已无影响；间歇反应器，外扩散与搅拌装置的搅拌速度有关，当r≥r0 ，外扩散无影响。
催化作用基础第四章气固多相催化反应动力学基础(Word)
第四章气固多相催化反应动力学基础在这一章，我们将讨论气固多相催化反应动力学. 具体来说，是考察气固多相催化反应中是哪些因素影响以及如何影响反应速率的，反应的机理如何. 这里介绍的都是十分基础的理论。
研究气固多相反应动力学，从实用角度说，在于为工业催化过程确定最佳生产条件，为反应器的设计打基础；从理论上说，是为认识催化反应机理及催化剂的特性提供依据. 催化动力学参量不仅是机理证明的必要条件也是催化剂化学特性的重要量度．这些参量是现有催化剂改进以及新型催化剂设计的依据．比如，速率常数可用以比较催化剂的活性，活化能可用以判断活性中心的异同，指前因子可用以求取活性中心的数目，等等．这些都是化学动力学研究在催化理论上的价值体现．气固多相催化反应的完成包括以下步骤：反应物自气流的主体穿过催化剂颗粒外表面上的气膜扩散到催化剂颗粒外表面（外扩散）；反应物自外表面向孔内表面扩散（内扩散）；反应物在内表面上吸附形成表面物种（吸附）；表面物种反应形成吸附态产物（表面反应）；吸附态产物脱附，然后沿与上述相反的过程，直到进人气流主体．其中的吸附、脱附和表面反应为表面化学过程，而外扩散与孔内的扩散是传质过程．气固多相催化反应的动力学具有以下两个特点：反应是在催化剂表面上进行，所以反应速率与反应物的表面浓度或覆盖度有关．由于反应包括多个步骤，因而反应动力学就比较复杂，常常受吸附与脱附的影响，使得总反应动力学带有吸附或脱附动力学的特征．有时还会受到内扩散的影响.本章的前一部分讨论扩散很快，这时扩散对过程的总反应速率不产生影响，即反应速率由吸附、脱附和表面反应决定．本章的后一部分讨论传质对过程总速率有影响的情况．一、基 本 概 念（一） 反应速率1.反应速率定义．反应速率表示反应的快慢，是催化反应动力学研究中最重要的物理量，通常定义为参加反应的某种反应物或产物i 的量随反应时间的变化率，dtdn r i i Ω±=1 (4.1) 根据不同场合可以使用反应物消失速率或产物生成速率，dtdn r r r Ω-=1 或 dt dn r p p Ω=1 在r r 表示式里，负号保证速率的数值为正．速率式中Ω是反应空间，对于均相催化反应，Ω是反应体系的体积V ．在使用固体催化剂的气固多相催化反应情况下，Ω可以是催化剂的体积V 、表面积S 或质量W ．按上述定义表示反应速率时，必须指明与其相对应的反应物种. 因为在一个已知反应式中，各物种的反应速率也会因其化学计量系数不同而不同. 另外，还要注意，一个反应方程，如果它表示一个基元反应A B αβ→下式恒成立，B A r r βα11=但如果该反应方程仅表示一个总包反应，则上式不一定恒成立。
气固相催化反应的七个步骤
气固相催化反应的七个步骤一、反应物准备在进行气固相催化反应之前，首先需要准备好反应物。
反应物可以是气体和固体之间的反应，也可以是气体与固体催化剂之间的反应。
无论是哪种情况，反应物的准备都是必不可少的。
通常情况下，反应物会经过一系列的处理步骤，以确保其纯度和活性。
二、反应器选择选择合适的反应器对于气固相催化反应来说非常重要。
反应器的选择应该考虑到反应物的性质、反应条件、反应速率等因素。
常见的反应器包括管式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
不同的反应器有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
三、催化剂的选择催化剂是气固相催化反应中起关键作用的物质。
催化剂可以提高反应的速率和选择性，降低反应的温度和能量消耗。
选择合适的催化剂对于反应的成功进行非常重要。
催化剂的选择应考虑到反应物的性质、反应条件、催化剂的活性和稳定性等因素。
四、反应条件控制反应条件的控制对于气固相催化反应来说至关重要。
反应条件包括温度、压力、气体流速等。
不同的反应对于反应条件有不同的要求。
在确定反应条件时，需要考虑到催化剂的活性、反应物的稳定性和选择性等因素。
五、反应过程监控在进行气固相催化反应时，需要对反应过程进行监控。
监控反应过程可以了解反应的进行情况，及时调整反应条件，以达到预期的反应效果。
常用的监测手段包括温度、压力、气体流速等参数的监测，以及反应物和产物的分析等。
六、反应产物分离在气固相催化反应完成后，需要进行反应产物的分离。
反应产物的分离可以通过不同的物理和化学方法实现，如蒸馏、吸附、结晶等。
分离产物的纯度和收率对于反应的成功与否有着重要的影响。
七、反应废物处理气固相催化反应过程中会产生一些废物，这些废物可能对环境和人体健康造成潜在的危害。
因此，在进行气固相催化反应时，需要合理处理反应废物，以减少对环境的污染。
常见的处理方法包括回收利用和安全处置等。
通过以上七个步骤，可以完成气固相催化反应的整个过程。
每个步骤都有其重要性和特殊性，需要仔细考虑和操作。
化学反应工程第一章气固相催化反应本征及宏观动力学
n 1－12 n 1－13 n 1－14 n 1－15
固体催化剂 吸附等温方程 均匀表面吸附动力学方程 不均匀表面吸附动力学方程
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化学反应工程第一章气固相催化反应 本征及宏观动力学
1－12 固体催化剂
速率常数与活化能及温度的关系
•速率常数
•活化能
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•温度
化学反应工程第一章气固相催化反应 本征及宏观动力学
1－9反应速率常数及温度对反应速率常数 影响的异常现象
•ln k •ln k
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•1/T
•1/T
化学反应工程第一章气固相催化反应 本征及宏观动力学
第四节 气－固相催化反应本征动力学方程
新途径，它涵盖了化学量测的全过程，包括采样理论与方法、
试验设计与化学化工过程优化控制、化学信号处理、分析信号
的校正与分辨、化学模式识别、化学过程和化学量测过程的计
算机模拟、化学定量构效关系、化学数据库、人工智能与化学
专家系统等，是一门内涵相当丰富的化学学科分支。
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化学反应工程第一章气固相催化反应 本征及宏观动力学
xA=(15mol－13mol)/15mol=0.133 第一个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×S
第二个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×（1－S）
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化学反应工程第一章气固相催化反应 本征及宏观动力学
•例题
•故有：2mol ×S ×0.5+2mol ×(1－S) ×3=7mol－4.76mol •S=0.752 •Y=第一个反应所消耗的乙烯÷加入的乙烯总量（15mol） •故Y＝2 × 0.752÷15=0.100 •或Y＝ xA S=0.100
气固相催化反应的步骤
气固相催化反应的步骤
1. 催化剂预处理：将催化剂进行预处理，以去除表面的杂质和活性物种，并提高催化剂的活性和选择性。
常用的预处理方法包括煅烧、还原和氧化等。
2. 催化剂加载：将经过预处理的催化剂加载到固体底物上，形成催化剂-底物体系。
加载方法可以采用浸渍、沉积或物理吸附等。
3. 底物进料：将气体底物通过气体供给系统导入反应器。
底物可以是单一气体或混合气体，取决于具体反应的要求。
4. 反应发生：底物分子在催化剂表面发生吸附和解析反应。
此过程中，催化剂促进了底物分子之间的化学反应，并降低了反应的活化能，从而提高了反应速率和选择性。
5. 产物分离：反应产物经过催化剂表面的解析，从催化剂表面脱附，并通过分离系统进行分离和收集。
常用的分离方法包括凝固、吸附和脱附等。
6. 催化剂再生：催化剂在反应过程中可能会受到中毒或失活，需要进行再生以恢复催化剂活性。
催化剂再生方法根据具体反应的特点而不同，常用的再生方法包括煅烧、洗涤和修复等。
以上是气固相催化反应的一般步骤，具体情况会因反应种类不同而有所差异。
第5章 气-固相催化反应器
固 固体 体的 的质 体 gc量 积 m3
颗粒密度： 指单位体积催化剂颗粒（包括孔占有的体积）
的质量。
Pm VSP 固 颗体 粒的 的质 体 gc量 积 m3
堆密度：
b 固 床体 层的 的质 体g量 积 cm3 床层的体积（堆体积）：包括颗粒体积和颗粒与颗 粒间的空隙体积两个部分。
S Pb
孔隙率：催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。
ka kd
pA
exp
RT
ln
因为：exln y y x
exln y eln yx eln(yx ) y x
所以：ka kd
pA
RT
1
令n
RT
；K
A
ka kd
n
1
KA pAn
称弗鲁德里希吸附等温式
焦姆金（ТЕМКИН）吸附模型
ТЕМКИН模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈线 性关系。即：
r
ka(A p Ap R/K Pp B )
r k(pApBpR/K P)
1K Rp R/K SK Bp BK Bp BK Rp R
1KApAK BpBK RKppApB
双曲线型速率方程 不同的控制步骤，推出的速率方程式各不相同，但都可概
括为如下的形式：
反应速率 （＝ 动力学（ 项推 ）动力） （吸附n项）
1 f
ln KA pA
称焦姆金吸附等温式
速率控制步骤
定态近似 表述一: 若反应过程达到定 态，则中间化合物的浓度 不随时间而变，即：
dcI 0,I 1,2,N dt
速率控制步骤
总反应速率决定于串联各 步中速率最慢的一步，其 余各步认为达到平衡。
表述二：若达到定态，则串联 各步反应速率相等。
化学反应工程第五章气固催化反应本证动力学详解
Tayler，1928（看作固体中 的不饱和原子，固体表面 不均匀、断层、晶体边缘 及粒子间的裂缝）
活性位：催化剂表面可和被 吸附原子或分子形成强化 学键的中心
化学吸附的 微观形态
给定某一吸附剂，给定被吸附的物质（通常是气 体），给定吸附温度，当吸附压力变化时，吸附剂 的吸附能力如何变化？ 吸附等温式给出了这一变化的规律
③ 吸附项的指数是控制步骤中吸附中心参与的个数，如果 n=3，说明三个吸附中心参与控制步骤；
④当出现解离吸附，在吸附项中出现开方( KA)p项A ；
小结
1、正确书写反应速率表达式，并能给出复杂化 学反应的速率式
2、理解活化能和反应级数的意义和概念
3、气固催化反应过程的7步骤，什么是物理吸附、 化学吸附和理想、非理想吸附模型，什么是速率 控制步骤，什么叫拟平衡态。并可进行本征动力 学推导。
Ed RT
)
吸附平衡时： rA rd
A
KA pA 1 KA pA
单组分A解离吸附：A2 +2 2A
ra k a pA (1A )2
rd
kd
2 A
ka
ka0exp(
Ea RT
)
kd
kd 0exp(
Ed RT
)
吸附平衡时： ra rd
A
1
KA pA KA pA
A
KA pA 1 KA pA
： 双组分A、B吸附
Ea
E
0 a
ln
Ed
E
0 d
ln
q
Ed -Ea
(
E
0 d
E
0 a
)
(
) ln
r ka pA exp( / RT ) ln kd exp( / RT ) ln
气固相催化反应过程
气固相催化反应过程
气固相反应本征动力学是研究不受扩散干扰条件下的固体催化剂与其相接触的气体之间的反应动力学。
一般而言，气固相催化反应过程经历一下七个步骤：
①反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递（外扩散过程）
②反应组分从催化剂外表面相催化剂内表面传递（内扩散过程）
③反应组分在催化剂表面的活性中心吸附（吸附过程）
④在催化剂表面上进行化学反应（表面反应过程）
⑤反应产物在催化剂表面上脱附（脱附过程）
⑥反应产物从催化剂内表面向催化剂外表面传递（内扩散过程）
⑦反应产物从催化剂外表面向流体主体传递（外扩散过程）
七个步骤中，第①和第⑦步是气相主题通过气膜与颗粒处表面进行物质传递，称为外扩散过程；第②和⑥步是颗粒内的传质，称为内扩散过程；第③和第④步是在颗粒表面上进行化学吸附和化学脱附的过程；第⑤步是在颗粒表面上进行的表面反应动力学过程。
以上气割步骤是前后串联的：
外扩散内扩散
表面过程
由此可见，气固相催化反应过程是一个步骤过程。
如果其中某一步骤的反应速率与其他各步的反应速率相比要慢得多，以致整个反应速率取决于这一步的反应速率，该步骤就称为反应速率控制步骤。
反应过程达到定态时，各步骤的反应速率应该相等，且过程的反应速率等于
控制步骤的反应速率。
这一点对于分析和解决实际问题非常重要。
第二章 气固相催化反应宏观动力学-第四版
第二章气－固相催化反应宏观动力学气－固相催化反应步骤：1、扩散(外扩散、内扩散)2、吸附3、表面反应4、脱附5、扩散(内扩散、外扩散)第一节气－固相催化反应宏观过程2-1 气－固相催化反应过程中反应组分的浓度分布以球形催化剂为例：滞流层内扩散－物理过程滞流层内反应物浓度梯度为常量 As Ag C C -－外扩散过程的推动力。
进行内扩散时，同时进行反应。
R ↑，反应量↑，反应物浓度↓ 活性↑，反应物浓度↓ 产物扩散过程与反应物相反。
2-2 内扩散有效因子与总体速率由于催化剂对反应物扩散程度不一样，反应物反应的量也不同，在催化剂内表面上的反应量一定小于按固体外表面计算的反应速度，二者之比称为内扩散有效因子或内表面利用率，或者有效因子。
内扩散有效因子定义解析式： ()()iAS s S A s S C f k dSC f k i⎰=ζ式中：s k －单位表面积计算的反应速率常数 A C －颗粒内反应物浓度 AS C －颗粒外表面上反应物浓度 i S －单位体积床层催化剂的内表面积 内扩散有效因子定义：率及内表面计算的反应速按反应组分外表面浓度梯度计算的扩散速率按反应组分外表面浓度=ζ稳定时：单位时间扩散到外表面的量＝颗粒内的反应量 即：()()()ζAS i s AS Ag e g g A C f S k C C S k r =-= 上式即为外扩散在内的宏观动力学。
式中：()g A r －宏观反应速率 g k －外扩散传质系数e S －单位体积床层中的外表面积如一级反应：则()*A AS AS C C C f -=其中：*A C －平衡浓度则宏观动力学方程：()()()*A AS i s AS Ag e g g A C C S k C C S k r -=-=ζeg i s Ai s Ag e g AS S k S k C S k C S k C ++=ζζ*()()eg i s Ai s Ag e g Ag e g Ag i s e g g A S k S k C S k C S k C S k C S k S k r +--+=ζζζ*ζi s eg Ag Ag S k S k C C 11+-=稳定时，反应放热量＝外表面传热量即()()()()()g S e S R AS i s R g A T T S H C f S k H r -=∆-=∆-αζ 式中：S α－气流主体与外表面间的给热系数 S T －外表面温度 g T －气流主体温度 2-3 催化反应控制阶段的判别 1、化学动力学控制 条件：(1)ζi s eg S k S k 11<<(2) 1→ζ内、外扩散的影响可忽略。
化学反应工程常见简答题
3.简述气固相催化反应的宏观动力学步骤？答:整个多相催化反应过程可概括为7个步骤：1、反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递；2、反应组分从外表面向催化剂内表面传递；3、反应产物从催化剂内表面向外表面传递；4、反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递。
5.实验室中欲测取某气固相催化反应动力学，该动力学方程包括本征动力学和宏观动力学方程，试问如何进行？1消除内扩散和外扩散2测定本征动力学3在无梯度反应器内消除影响后测量6.本征化学反应速度在内外扩散阻力完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系？答:相等。
第三章1.CSTR串联为何好于单个大体积的CSTR？是否工业上都用多个CSTR串联来代替单个CSTR？多釜串联是否串联级数越多越好？答:1.减少返混2．反应级数＞0，多釡代替单釜；反应级数＜0，则用单釜。
3．不是，要从成本和控制上来最终决定。
第四章1，理想流动模型有哪两种类型？其基本假定和特点各是怎样的？答:.平推流流动模型和全混流流动模型。
（1）平推流模型是一种假定返混量为零的极限流动模型。
特点：在定态情况下，沿物料流动方向，物料的浓度、温度、压力、流速等参数会发生变化，而垂直于流体流动方向任一截面上物料的所有参数都相同。
所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间。
(2)全混流模型假定反应器内物料质点返混程度为无穷大。
特点：所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致，而且出口处物料性质与反应器内完全相同。
第五章请分析影响固定床层压力降的因素。
答:影响床层压力降的因素可分为二类：一类来自流体，如流体的粘度、密度等物理性质和流体的重量流速；另一类来自床层，如床层的高度、空隙率和颗粒的物理特性如粒度、形状、表面粗糙度等。
流体的重量流速对床层压降的影响较大，所以在设计和操作时都应该注意流速的改变会引起压降有多大的变化。
对于一定的催化剂体积，应尽可能降低床层高度，加大床层直径，即采用小的高径比结构，有利于降低床层的压力降。
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1气固催化反应的七个步骤
1）气体反应物通过滞留膜向催化剂颗粒表面的传质(外扩散) 2） 气体沿微孔向颗粒内的传质(内扩散) 3）气体反应物在微孔表面的吸附 4）吸附反应物在催化剂表面的反应 5）吸附产物的脱附
6）气体产物沿微孔向外扩散(内扩散)
7）气体产物穿过滞流膜扩散到气流主体(外扩散) 1,7为外扩散过程 2,6为内扩散过程
3,4,5为化学动力学过程 (本征动力学） 2颗粒反应速率 外扩散很慢
c A0>>c As ≈c A ≈0 r ≈N A =k G c A0
外扩散（external transfer)的速率： N A = k G a(c Ag -c As ) N A = k g a(p Ag -p As ) 传质
传热(T s -T 0)max =(k G /h) (-∆H) (c A0-c Ae ) 内扩散很慢
c A0 ≈ c As > c A r=ηr s (c As ) ≈ ηr s (c A0) 3分子内扩散
气体在催化剂内的扩散属孔内扩散，根据孔的大小分为两类：孔径较大时，为一般意义上的分子扩散；孔径较小时，属克努森（Knudson ）扩散 费克（Fick ）扩散定律
※当微孔孔径远大于分子平均自由程时，扩散过程与孔径无关，属分子扩散。
※努森扩散
、
D K,j 为克努森扩散系数； T 为温度， K r 为微孔半径，cm M j 为组分j 的相对分子质量 ※综合扩散
有效扩散系数：Dej = ( / t) D
12A A A A s cm :d d d d --=扩散系数D z
c
S D t n ∑≠-=N j k jk
k
j jm D y y D 111()123,0
s cm /107.910-⨯=>j j K M T r D d 时λ()j
K jm j D D D a N N y N N N N a D ay D D ,B A A B A A B
AB A k j 1
110A B A ,1/1/11+==-=+=-+=，等分子扩散，率组分在气相中的摩尔分：组分的扩散通量，：
4有效因子
三种有效因子
平板
球形
柱形柱状催化剂的特征尺寸R/2 等温条件下，催化剂有效因子是Thiele模数的函数
任意形状催化剂通用Thiele 模数
对于n 级反应而言 = 1/
在内扩散影响严重的情况下，表观反应级数都向一级靠拢。
，
内扩散严重时，宏观反应活化能是本征活化能的一半
原因：通常情况下，反应的活化能远大于扩散活化能 5内扩散对反应的影响
平行反应
若两反应均为一级反应，则选择性不受扩散的影响 若两反应级数不同，则内扩散降低高级数反应的选择性 串联反应
对连串反应，内扩散导致选择性下降。
6.消除内外扩散
外扩散： 改变气速（搅拌速度），从而改变外扩散传质阻力。
T 、cA0、τ不变， 改变进料的质量流速G ，若流速G 的改变不再改变反应速度，则消除外扩散。
内扩散：用改变粒度的办法来消除内扩散的影响。
在恒定的空时τ下，粒径不再影响转化率时，内扩散的影响消除。
7反应器
积分反应器 = t ⎰ dc/r(c) 微分反应器: 反应速度可视为常数 r = - dc/dt r = - dc/dw
00A x b A A
dx V F r =⎰
循环无梯度反应器
r(c,T) = (c 0-c)/ τ r(c,T) = (c 0-c)/ w
8. 缩芯模型的描述
气相反应物通过气膜扩散到外表面； 气体反应物通过产物层扩散到芯表面；
气相反应物与固相反应物在表面反应生产固相产物S 和气相产物F ； 气相产物通过产物层扩散到外表面； 气相反应物扩散穿过气膜到达气流主体； 动力学模型外扩散：N A ＝ 4πR s 2k G (c AG - c As )
产物层扩散：N A = -D e 4πR s 2(dc A /dR)Rs = - D e 4πR c 2(dc A /dR)Rc 表面反应：r A = 4πR c 2 k c Ac
综合控制
外 扩散r A = 4πR s 2
k G c AG t = [rBRs/3(β/α)MBkGcAs][1-(Rc/Rs)3
]
t/tf = xB
产物层扩散控制r A = ＮA =4πR s R c D e C AG /(R s -R c )
t/τf = 1-3(1-x B )2/3+2(1-x B)
表面反应控制 r A = 4πR c 2
kC AG
、
粒径缩小的缩芯模型：
气相反应物通过气膜扩散到芯表面；
气相反应物与固相反应物在表面反应生成气相产物F ； 气相产物通过扩散穿过气膜到达气流主体：
2211
444Ag A s c s G s c e c s C N R R R k R R D R k πππ=
-++
1/311(1)c
B f
s
R t
x R τ=-
=--。