第七章-气固相催化过程及固相催化剂课件.ppt

催化过程及特征 催化过程及特征 催化过程及特征 催化过程及特征 催化过程及特征 催化过程及特征 催化过程及特征 催化过程及特征 催化过程及特征 非均相催化反应过程 非均相催化反应过程 非均相催化反应过程 非均相催化反应过程 非均相催化反应过程 固体催化剂的组成与组分选择 固体催化剂的组成 固体催化剂的组成 固体催化剂的组成 固体催化剂的组成—载体 固体催化剂的组成—载体 固体催化剂的组成—载体 固体催化剂的组成—助催化剂 固体催化剂的组成—助催化剂 固体催化剂的组成—抑制剂 催化剂的制备 催化剂的制备 催化剂的制备 催化剂的制备 Thank you for you attention * * 化工过程开发与设计 西南民族大学 化学与环境保护学院 邮箱： QQ： TEL: 在均相反应过程中．有为数众多的反应，按化工热力学的观点，是能够进行的。但是从动力学来考虑，由于反应速率极馒，即使反应物之间有较长时间的接触，所得产物量也极少，无法进行工业生产。这类反应如果在过程中添加新的物质，以改变其反应历程，有可能使反应速率明显增加，从而使工业化生产得以实现。 这种物质的加入改变了原化学反应的历程，尽管参与了反应，但 其质和量在反应前后维持不变，因此被称为催化剂。有催化剂存在的反应过程称催化反应过程。 当催化剂与原物料形成的混合物是同一相时，该反应过程称为均 相催化反应过程。若催化剂与原物料并非同一相．则该反应过程称为非均相催化反应过程。如原料为气相，而他化剂是固相时，该反应过程为气固相催化反应过程。在工业生产中．气固相催化反应过程被广泛采用。例如，氨的合成、一氧化碳变换、甲醇的合成、二氧化硫氧化、乙苯脱氢制苯乙烯、荼氧化制苯酐等。 (1)催化剂改变反应历程，改变反应速率，其本身在反应前后没有变化。催化剂用量是极少的，反应物在其表面反应以后就离去，所以少量的催化剂能够周而复始地连续应用，生产出大量的产品。 (2)对可逆反应，催化剂不会改变反应物质最终所能达到的平衡状态 对于可逆反应，化学平衡常数与化学反应的自由焓变化有如下关系： 催化反应与非催化反应的自由焰变化值是相同的 两者的化学平衡常数(K)值也相同 对于某些由于化学平衡常数很小，以致反应后物料中产品量很少的反应过程．不必费力去寻找催化剂，催化剂对这类反应过程是允能为力的，因为它并非反应速率小，而是平衡常数小的缘故。只有平衡常数很大而反应速率较小的过程，催化剂才能充分发挥作用。 (3)对任何一个可逆反应，催化剂既会加快正反应速率，也必将 以同样的倍数加快逆反应的速率。化学平衡常数与正、逆反应速率常数间有如下关系： 催化剂的加入，并不影响化学平衡常数K值。由上式可知，若催化剂使正反应速率常数k1提高，它必将以相同倍数使逆反应速率k2常数得到提高。 在筛选催化剂时，若进行正反应的条件较为苛刻，则可从逆反应着手进行研究。例如用氢和一氧化碳合成甲醇的反应过程，需要在高温、高压下才能进行。而甲醇分解为氢和一氧化碳的反应在常压下使可进行。若需要筛选合成甲酵的催化剂，可在常压下研究催化剂对甲醇分解反应的影咱，以此作为筛选合成甲醇催化剂的依据。 (4)催化剂对反应过程有良好的选择性 工业上大多数反应，往 往不只是进行简单的单一反应，而是同时进行多种反应的复合反应。催化剂能有选择地加速其中某一反应而不加速(或少加速)另外一些反应。例如以一氧化碳和氢为原料能够合成甲酵、甲烷、烃类混合物、乙二酵及固体石腊等。由于催化剂可以有选择地加速其中一个反应。因此，有目的地选择某一催化剂．可以便合成反应按照所希望的方向进行。 反应过程的进行，要求各反应物彼此相接触，气固相催化反应必然发生在气固相接触的相界面处。单位体积固体表面积越大，则反应进行得越快。因此，多相催化反应所采用的催化剂，往往都是多孔结构，其内部的表面积极大，化学反应主要在这些表面上进行; A依靠分子扩散力通过滞留层 依靠分子扩散力通过孔道 气固相催化反应的7个步骤、3个过程： 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。 R=1欧 R R=0.001欧 △U总 △U2 如上所述，多相催化反应过程是一个多步骤过程，如果其中某一步骤的速率与其他各步的速率相比要快得多，以致整个反应速率取决于达一步的速率，该步骤就称为速率控制步骤。当反应过程达到定常态时，各步骤的速率应该相等，且反应过程的速率等于控制步骤的速率。这一点对于分析和解决实际问题非常重要； 固体催化剂 催化活性物质 载体 助催