催化反应工程导论.ppt

对反应选择性的影响因素： 浓度影响看n1与n2的相对大小 温度影响看E1与E2的相对大小 R A+B S 比较a1与a2、b1与b2大小可以确定A或B的加料方式及所采用的反应器型式。 A→R → S 目的产物 选择性提高→浓度：平推流最佳(n0) 温度：看活化能E1和E2的大小 主要反应器类型 催 化 反 应 工 程 导 论 陈丰秋 程党国 浙江大学联合化学反应工程研究所 导 论 催化反应发展历程 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 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。 催化剂的定义 催化过程的发展历程 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。 合成氨催化剂的发展历程 合成氨催化剂的发展历程 合成氨催化剂的发展历程 合成氨催化剂的发展历程 合成氨催化剂的发展历程 合成氨(催化剂)工业化的意义及启示 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。 新的催化过程帮助提高经济效益和竞争能力 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 20世纪40年代初改用合成硅铝胶催化剂 20世纪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。 催化加工过程 1953年用Ziegler—Natt催化剂合成聚乙烯。 1957年 磷钼酸铋催化剂 丙烯氨氧化合成丙烯腈，为人造橡胶、纤维、塑料三大合成材料的生产奠定了基础。 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。 一些重要的工业催化过程 催化作用的特征-对加速反应具有选择性 催化作用的特征-对加速反应具有选择性 催化作用的特征-对加速反应具有选择性 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 通常，一个多组分的催化剂，其表达方法是这样的： 如加氢脱硫催化剂 Co-Mo / Al2O3? 主催化剂 助催化剂 载体 活性组分：也称主催化剂。是催化剂中起催化作用的主要组分，没有它就不存在催化作用。 有时是单一物质，例如合成氨催化剂中的Fe；SO2氧化制SO3催化剂中的V2O5等。有时是多种物质组成而成，如丙稀氨氧化制丙稀腈用的钼－铋催化剂，就是MoO和BiO组成的。 在寻找和设计某反应的催化剂时，首要步骤就是选择活性组分（催化剂的主要成分/主催化剂）。虽然目前催化科学的发展水平，已进入分子水平的设计，也有一些理论知识可作选择时参考，但总体上仍然是经验的，因此有人把它称为“技艺”。 助催化剂：也称助剂或促进剂。是催化剂中占量较少的物质。通常助催化剂本身是没有催化活性的。即使有也很小，但加入后可大大提高主催化剂的活性、选择性和寿命。 不同的主催化剂，其适宜的助催化剂也是不同的。而且助催化剂的添加量往往有一个最佳值。例如：氨合成催化剂的主催化剂是Fe，但是纯Fe的寿命非常短，根本无法工业化。后经反复实验，人们发现加入Al2O3和K2O后，不仅其催化活性大为提高，而且其使用寿命也延长到几年。这是因为助催化剂Al2O3和K2O的加入，改