化学反应工程PPT

A p AV

θ难于测量，不便应用。可利用吸附模型 求得θ。
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Langmuir 吸附模型


基本假定：
1催化剂表面活性中心的分布是 均匀的； 2吸、脱附活化能与表面覆盖率 无关； 3每个活性中心只能吸附一个分 子； 4吸附的分子之间互不影响。




称为理想吸附模型。
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基于以上假定，对 ka Aσ Aσ kd
吸附速率 脱附速率 表观速率：
ra ka pA V rd kd A
吸附达到平衡时，r 0，ka pA 1 A kd A 令K A ka kd ，为吸附平衡常数
K A pA A 1 K A pA Langmuir 吸附等温式
r ra rd ka pA V kd A ka pA 1 A kd A

Ed rd kd 0 exp A RT 表观速率： Ea r ra rd ka 0 exp RT Ed pA V kd 0 exp A RT
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达到平衡时，吸附与脱附速率相等
r ra rd 0 Ea Ed ka 0 exp pA V kd 0 exp A RT RT 平衡常数K A : ka 0 E d Ea k a 0 q KA exp exp kd 0 RT RT kd 0 上式称吸附平衡方程 式中：q Ed Ea
物理吸附－吸附剂与被吸附物靠范德华 力结合 化学吸附－吸附剂与被吸附物之间可视 为发生化学反应
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选择性 吸附温度 吸附热
物理吸附 弱 通常低于 沸点温度 接近被吸附 物的冷凝热
化学吸附 强 可高于 沸点温度 接近反应热
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化学吸附与脱附
化学吸附速率的表达
活性中心：固体催化剂表面能够与气相分子 发生反应的原子。以符号σ表示。 吸附式可以表示为如下型式： A+ σ→A σ A－反应物， σ－活性中心， A σ－吸附了反 应物的活性中心
散
进行最慢的称为控制步骤，其速率决定了整个宏观反应的速率。 1
3. 固体催化剂的要求有哪些？其性能主要包 括哪几个方面？活性的决定因素主要有？ 高活性-高选择性-高强度-抗毒性-长寿命 ----活性+选择性+寿命 比表面积、孔体积和孔体积分布
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孔体积孔容 S g cm 3g 1单位质量催化剂内部微孔的体积 孔容与催化剂颗粒强度为一对矛盾，孔容大则强度下降。 在多数情况下，希望孔容大一些。 — —氦 汞法 固体密度真密度 s g cm 3单位催化剂固体物质
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被A组分覆盖的活性中心数 吸附率 A 总活性中心数
如果有多种组分被吸附，则有 B， C， D，等等 空位率： 未被覆盖的活性中心数 V 总活性中心数 n 自然有 i V 1 i 1
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既然吸附过程可以视为化学反应（基元 反应），吸附速率式就可以写成： Ea ra ka 0 exp p AV RT 作为吸附的逆过程，脱附可以写为：
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对解离吸附：
k1 A 2 2σ 2Aσ k2
吸附速率 脱附速率 表观速率：
2 ra ka pA A 2 rd kd A
2 r ra rd ka p k ka pA 1 A kd A 2 A V 2 d A 2 2 吸附达到平衡时，r 0，ka pA 1 A kd A 2
不包括孔体积体积的质量
mP S Vt
颗粒密度 p g cm 3单位催化剂颗粒体积的质量 mP P VS
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孔隙率 p 催化剂孔体积占总体积的分率 以上参数之间互有换算关系。 m P Vg Vg S 颗粒微孔体积 p Vg P 颗粒总体积 mP Vg mP / S 1 Vg S
B K B pB V
2.气固相催化反应的7个步骤、3个过程？

化 学 动 力 学
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； 外 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； 扩 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。
raA kaA pA V rdA kdA A
raB kaB pB V rdB kdB B
rB raB rdB kaB pB V kdB B
仍有K A kaA kdA ，K B kaB kdB 及平衡时rA rB 0 根据覆盖率的定义： A B V 1 则： A K A pA V
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内表面----空隙体积Vg+空隙半径 空隙空间模拟为半径为r的圆柱形

孔径分布（孔体积分布） 催化剂-多孔-大小不规则-分布不同。 孔径大于反应物分子的孔才有催化意义。 测定方法：压汞法和氮吸附法 典型的孔径分布曲线
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孔径分布
分率
孔径Å
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气固相催化反应本征动力学



本征：完全没有扩散影响的，单纯的反 应物及产物在催化剂表面吸附脱附反应 过程。 物理吸附+化学吸附
则： A
K A pA 1 K A pA
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对双组分吸附： A组分 吸附速率 脱附速率 表观速率： rA raA rdA kaA pA V kdA A
k aA A σ Aσ k dA
B组分 吸附速率 脱附速率 表观速率：
k aB Bσ源自文库 Bσ k dB