吸附作用和多相催化详解.ppt

第二章吸附作用与多相催化 多相催化的反应过程 吸附作用 固体吸附剂的表面模型 吸附平衡和吸附等温方程 催化剂的表面积和孔结构 吸附和催化反应过程中的溢流现象  1、多相催化的反应过程 多相催化反应步聚 外扩散:反应物分子从气流中向催化剂颗粒外表面扩散 孔)内扩散:反应物分子从颗粒外表面向颗粒内表面扩散 吸附:反应物分子在催化剂内表面吸附 表面反应:吸附的反应物分子在催化剂表面上反应 脱附:产物分子自催化剂内表面脱附 孔)内扩散:产物分子从颗粒内表面向颗粒外表面扩散 外扩散:产物分子从催化剂颗粒外表面向气流中扩散  催化剂颗粒 「流体体相 反应物 理外扩故 外表面 气流层 顺粒中的 吸附的反 化化学吸附 应物分子 化活住表面 滞流层 过面反应 催化活性表面 程 吸附的 脱附 颗粒中的孔 产物分子 反应物吸附与脱附 物内扩限化和的 产物吸附与脱附 外表面 程外扩故 产物 表面化学反应 C化的内  外扩散与外扩散系数Dε 外扩散:反应粉分子霁过滯流屡的过程 通量=D(Cn-C)(Fick定律) Cn:均匀气流层中反应物浓度 Cs:反应物在催化剂颗粒外表面的浓度 外扩散阻力:乞固(或液固)这界的漭流蜃 反应是否受外扩散 试验Ⅱ 影的利断 外扩散的殯除: 各种不同的 (时)颗粒外扩散影大 流速度 提高流体流速 (湍流) a)颗粒外扩散影响可不计 (e)低流速时外扩散影响大 高流速时外扩散影响可不计  ·内扩散与内扩散系数D 內扩散:反应物分子霁过催化剂外表面与内孔间的 玖度梯度,到达催化剂內表面的过程 通量=D1(C。-C)C:内孔中某定点的反应物分子浓度 內扩戴阻力:催代剂颗粒孔陳內羟和矢度 反应是否受內扩散影响的利簖 化剂颗粒减小,能代适唑(转化率)是否增加 內扩散的除 在不降低比表面积的基础上,改变催化剂孔结构 减小簏化剂颗粒大小  ·内扩散的三种类型 体相扩散( Bulk diffusion) 大孔(孔弪100nm)的扩散 分予闿的碰撞分子与代剂孔甓的碰撞; 扩散阻力耍來自分子阃的碰撞 努森扩散( Knudsen diffusion) 孔弪狠小(1.5-100nm)或乞体玖度狠低时的扩散; 分予訚的碰撞分予与僬化刑孔甓阃的碰撞; 扩散阻力耍來自分子与孔间的碰撞 构型扩散( Configurational diffusion) 孔弪小于1.5nm的孔中的扩散,为分予筛孔道內的特有扩散; 孔弪与分子大小相当(处于同一数级); 分子大小小变北或其窆枃型朗改变,翟会引起扩散系薮 的显砉变化; 枃型扩散对化反应速率和选择影响張大,属亍择形體代  CHOH Knudsen diffusion diffusion Configurational diffusion Pore diameter (nm) 孔径大小对扩散系数的影响  效率因子(内表面利用率) =观测的反应速度/本征反应速率 η定量表浹了催化刑內表面利用程度(率) n趋于1时,內表面利用率高、內扩散可念略、受 反应力学挖制(改善催化剂组成和微观结构,可以有效提 高催化效率。动力学控制对反应操作条件十分敏感。特别是反应 温度和压力对催化反应的影响比对扩散过程的影响大的多) n1时,内表面利用率低、內扩散影响显著 受內扩散控袆(催化剂活性无法充分显示出来,既使改变催 化剂的组成和微观结构,也难以改变催化效率。只有改变操作条 件或改善催化剂的颗粒大小和微孔构造,才能提高催化效率)  吸附、表面反应、脱附(化学过程) 吸附不能太弱 活性中间物进行化 也不能太强 学反应生成产物 反应物化学吸附 生成活性中间物 吸附的产物经过 脱附得到产物 催化剂得以复原 吸附不能太强  反应是通过在表面上吸附态的两种组分A、B相互作用而进行 AB A-B A+B+ S-s S-S 产物+S-S 反应是通过吸附态的组分A和气相中的组分B相互作用而进行: B A+B+—S一B+—S一S一S+产物