工业催化..doc

绪论 一、催化剂工程的研究内容—关于催化剂的工程问题 催化剂的制造生产； 催化剂的评价测试； 催化剂的设计开发； 催化剂的操作使用 二、催化剂工程与其它学科的关系 催化剂工程立足于多学科的交界面上。如经典的催化科学和化学动力学、化学反应工程（主要研究工业反应器）、计算机应用化学和表面物理化学等。 第一章 工业催化剂概述 1.1 催化剂在国计民生中的作用 本节先概括催化剂的主要作用，然后以典型的工业过程为例加以说明 一、 催化剂—化学工业的基石 催化剂是化学反应的重要媒介物，是开发许多化工产品生产的关键。与能源、材料和信息相关的产业，是当代社会最大和最基本的三大支柱产业。而石油化学工业与其中的材料和能源关系密切，与国家的综合国力和人民的生活水平的高低关系甚大。 催化剂应用的广泛性 应用催化剂具有很大的直接/间接经济效益和社会效益 总之，没有催化剂，就没有近代的化学工业，催化剂是化学工业的基石。 二、催化剂在各工业过程中的重要作用 合成氨及合成甲醇工业 石油炼制及合成燃料工业 无机化学工业 基本有机合成工业 三大合成工业 合成树脂与塑料、合成橡胶及合成纤维三大合成材料是石油化工的最重要的三大下游产品，有广泛的用途和巨大的经济价值。 精细化工及专用化学品工业 环境化学工业 1.2 催化剂若干术语和基本概念 本节介绍的内容：催化剂的定义、特性、类型、组成；各种催化剂功能特点比较；新催化剂展望。 一、 催化剂定义、特性、类型、组成 催化剂和催化作用：催化剂能加速化学反应而本身不被消耗的物质。催化作用是一种化学作用，是靠少量催化剂来加速化学反应的现象。 催化剂的基本特性：加快反应速度，但只能加速热力学上可能进行的化学反应；不能改变化学平衡的位置，故对正反应有效的催化剂对逆反应也有效；对反应有选择性； 催化剂的分类：目前工业上用的催化剂有2000多种，有不同的分类方法，按工艺与工程特点分为多相固体催化剂、均相配合物催化剂和酶催化剂三类。 催化剂的组成 1）多相固体催化剂：以固-气反应为多，由金属及其氧化物、硫化物、复合氧化物、固体酸碱盐等构成，以无机物为基本材质，根据它们的作用不同分为主催化剂、助催化剂、载体等。 ? 作用 多 相 催 化 剂 主催化剂 催化作用 助催化剂 提高主催化剂的活性、选择性、耐热性、抗 毒性、机械强度和寿命等。又分结构、电子和晶格缺陷助催化剂，见表1-15和1-16 载体 提高表面积、耐热性、机械强度，含量大于助催化剂，是活性组分的分散剂、粘合剂和支载物，见表1-17 稳定剂、抑制剂 稳定剂与载体相似，抑制剂与助催化剂的作用相反，见表1-18 2）均相配合物催化剂 3）生物催化剂 二、各类催化剂功能特点比较 多相固体催化剂：应用广；易与反应系统分离；催化过程易于控制，产品质量高；催化机理复杂。 均相配合物催化剂: 催化机理易于研究和表征；活性大于多相催化剂；与反应混合物分离困难；昂贵，中心离子多为贵金属；热稳定性较差，以致限制反应温度的提高，转化率低而催化剂耗损大；对金属反应器腐蚀严重。 生物催化剂：高效性（用量少，活性高）、高选择性（底物专一性，即每一种酶只能催化已知或一族特定底物的反应；反应专一性，即只能催化某种特定的反应）、反应条件温和（常温、常压和接近中性的PH下进行）、自动调节活性（酶的活力受到多方面因素的控制，通过自动调节酶的活性和酶量，以满足生命过程的各种需要）。 三、新型催化剂展望 酶的模拟与人工合成 均相催化剂的负载化 思考题 按工艺与工程特点将催化剂分为哪几类；比较各类催化剂的性能特点； 固体催化剂的主要成分及其作用； 新型催化剂的发展方向。 第二章 工业催化剂的制造方法 催化剂制造方法的意义 催化剂与所有化工产品一样，要研究其制备、性质和应用；但在组成和物理结构上不同于纯化学品。工业催化剂的性能主要取决于化学组成和物理结构，即使组成相同，但若制法不同，催化剂结构性能可能会有很大差异，如苯选择加氢制备环己烷的Ni/SiO2，以超均匀沉淀法制备，可以使反应的选择性和活性比用其它方法制得的更高。可见，催化剂的仿制并不容易，这正是催化剂发明的关键所在。可以说，催化剂制造技术的发明与创新→ 催化剂的发明与创新 → 化工产品的发明与创新。 本章的主要内容 主要介绍目前应用最广的多相催化剂的传统制法，主要有沉淀法、浸渍法、混合法、离子交换法和热熔融法等，还有催化剂制造的各种新方法。 2.1 沉淀法 本节主要介绍内容：沉淀法类型及基本操作要点（沉淀操作实践）；沉淀操作的原理（理论基础）和技术要点；沉淀法制备催化剂的实例。