三傳一反動量傳遞熱量傳遞質量傳遞反應工程化學反應工程第1頁2·1概述均相反應－－在均一液相或氣相中進行反應均相反應動力學是處理均相反應器選型、操作與設計計算所需主要理論基礎公式：P15第2頁1、化學反應速率及其表示對于均相反應aA+bB=rR+sS反應速率定義為：我們選中哪個組分求反應速率，就稱做是著眼組分式中rA取負值表示反應物消失速率第3頁對于反應：aA+bB=rR+sS，若無副反應，則反應物與產物濃度改變應符合化學計量式計量系數(shù)關系，可寫成：

恒容過程第4頁

或可說，我們用不一樣著眼組分來描述化學反應速率，那么反應速率與計量系數(shù)之比是相等。

若以濃度表示則為：第5頁答：(A)答：(A)第6頁答：1/31/2第7頁

試驗研究得知，均相反應速率取決于物料濃度和溫度，反應速率符合下述方程，稱之為冪數(shù)型動力學方程，是經(jīng)驗方程。冪數(shù)型動力學方程和雙曲型動力學方程式中k稱作反應速率常數(shù)；α、β是反應級數(shù)。1）冪數(shù)型動力學方程aA+bB=rR+sS第8頁

對于(恒容)氣相反應，因為分壓與濃度成正比，也可用分壓來表示。

問題：化學反應速率式為，如用濃度表示速率常數(shù)為Kc，用壓力表示速率常數(shù)Kp，則Kc=

Kp第9頁第10頁

（3）基元反應

基元反應指反應物分子一步直接轉化為產物分子反應。凡是基元反應，其反應速率遵照質量作用定律，即依據(jù)化學計量關系，就能夠寫出反應速率方程。（4）反應級數(shù)

反應級數(shù)：指濃度函數(shù)中各組分濃度冪數(shù)。

反應反應級數(shù)或總反應級數(shù)：指濃度函數(shù)中各組分濃度冪數(shù)之和。對可逆反應，有正反應反應級數(shù)和逆反應反應級數(shù)。第11頁對于基元反應：aA+bB=rR+sS分子數(shù)：基元反應中反應物分子或離子個數(shù)。對于基元反應來講α,β必須是正整數(shù)，α+β是基元反應分子數(shù)，不能大于3（依據(jù)碰撞理論，α+β取值不能大于3，必須是一個小于等于3正整數(shù)）。分子數(shù)：第12頁反應級數(shù)――指動力學方程中濃度項冪數(shù)，如式中α和β，α和β分別稱作組分A和組分B反應級數(shù)α+β=n，n是基元反應總反應級數(shù)。A

R與2A

2R意義不一樣，前者–rA=kACA后者–rA=kACA2第13頁非基元反應：aA+bB=rR+Ssα+β=n，n為非基元反應總反應級數(shù)，取值能夠是小于或等于3任何數(shù)，α和β值與計量系數(shù)a和b值無關。取值是經(jīng)過試驗測定。注意：區(qū)分反應級數(shù)和反應分子數(shù)。第14頁相同點：非基元反應中反應級數(shù)與基元反應中分子數(shù)，取值n≤3；α、β仍稱做反應物A或B反應級數(shù)。不一樣點：非基元反應n取值還能夠是負數(shù)、0、小數(shù)；分子數(shù)是專對基元反應而言，非基元過程因為不反應直接碰撞情況，故不能稱作單分子或雙分子反應。反應級數(shù)大小反應了該物料濃度對反應速率影響程度。級數(shù)愈高，則該物料濃度改變對反應速率影響愈顯著。第15頁2、速率常數(shù)k化學反應速率方程表達了濃度和溫度兩方面影響，濃度影響表達在濃度項上，反應級數(shù)表明了反應速率對濃度改變敏感程度。溫度影響則是由速率常數(shù)k表達。第16頁2.1反應速率常數(shù)

在普通情況下，反應速率常數(shù)kc與絕對溫度T之間關系能夠用Arrhenius經(jīng)驗方程表示，即：

k0

指前因子，其單位與反應速率常數(shù)相同Ec

化學反應活化能，J/molRg

氣體常數(shù)，8.314J/(mol.K)第17頁k之所以稱之為常數(shù)，是指當反應溫度不變時，k是個常數(shù)，當反應溫度改變較大時它就不再是常數(shù)。對于恒溫反應因為影響不大k0指前因子或頻率因子，看做與溫度無關常數(shù)活化能E，依據(jù)過分狀態(tài)理論，反應物生成產物，要超出一個能壘，所以E取值永遠是正值。第18頁lnk與1/T是直線關系－E/R為斜率lnk0為截距圖2－1經(jīng)過試驗測出不一樣溫度下速率常數(shù)k，作圖依據(jù)截距就能夠求出指前因子k0，再依據(jù)直線斜率求出活化能E對給定反應，反應速率與溫度關系在低溫時比高溫時愈加敏感。第19頁速率常數(shù)k及活化能E求取

選擇幾組不一樣反應溫度，在等溫、恒容下得到均相反應試驗數(shù)據(jù)，并據(jù)此求出對應k值，進而就能夠求得活化能E值。第20頁一氣相分解反應在常壓間歇反應器中進行，在400K和500K溫度下，其反應速率均可表示為?rA=23pA2mol·m-3s-1，式中pA

單位為kPa。求該反應活化能。第21頁第22頁

對二級不可逆反應：

A+B→產物其反應速率方程為：當CA0=CB0時，積分結果為：

第23頁例題1：在0℃時純氣相組分A在一恒容間歇反應器依以下計量方程反應：A→2.5P，試驗測得以下數(shù)據(jù)：第24頁解：當t→∞時，pAe=0.02，故為可逆反應，設此反應為一級可逆反應，則第25頁第26頁以(-ln(pA-pAe))對t作圖

第27頁第28頁復合反應是指同時存在兩個以上獨立進行反應反應過程。從相同反應物按各自計量關系同時地發(fā)生過程稱為平行反應。假如這些反應是依次發(fā)生，這么復合反應稱為串聯(lián)反應。在這些反應產物中，有產物是需要對象，稱為目標產物或主產物，而其余產物都稱為副產物。得到目標產物反應稱為主反應，其余反應稱為副反應。研究復合反應目標是怎樣提升主反應反應速率、降低副反應發(fā)生路徑，改進產物分布，以提升原料利用率。

2.2.2復合反應

第29頁

收率：

得率：

選擇性：⑴收率、得率和選擇性

第30頁

瞬時收率：

瞬時選擇性：第31頁答案：D答案：C第32頁答案：B答案：B第33頁答案：D答案：C第34頁答案：A答案：高、低第35頁①動力學方程建立

分離變量積分得到：

組織試驗，得到Ci與t數(shù)據(jù)，并以ln(CA0/CA)對t作圖，應得到一條經(jīng)過原點直線。該直線斜率為（k1+k2）。瞬時選擇性為：

⑵

平行反應

第36頁

積分得：

依據(jù)試驗數(shù)據(jù)，以（CP-CP0）對（CS-CS0）作圖，得到斜率為k1/k2直線。結合上述（k1+k2），從而可確定k1和k2。②產物分布則有：第37頁分離變量積分得：第38頁類似地可得：這么，就能夠以Ci對t作圖，得到各組分濃度隨時間分布曲線如圖2-8所表示。第39頁若則瞬時選擇性為：可見，影響選擇性原因有：

第40頁

當E1＞E2時，E1－E2＞0，伴隨溫度提升，exp[－(E1－E2)/RT]增大，k1/k2上升，從而使Sp提升；反之亦然。所以，增加溫度，有利于活化能高反應。當a1＞a2時，a1－a2＞0，伴隨濃度提升，使Sp提升；反之亦然。當a1=a2時：產物分布由k1、k2唯一決定。方法為：改變操作溫度、使用催化劑。第41頁對反應：

對-rA分離變量積分得：⑶連串反應第42頁對A作物料衡算，則有：以各組分濃度對時間作圖得到各組分分布曲線，見圖。第43頁從而得到對應此最高濃度反應時間為：第44頁2.3.1.膨脹因子

膨脹因子是指每轉化掉1摩爾反應物A時所引發(fā)反應物料總摩爾數(shù)改變量，即：式中，n0

、n分別為反應前后物料總摩爾數(shù)；yA0為組分A起始摩爾分率?？梢?，

2.3等溫變容過程等分子反應

縮體反應

膨體反應第45頁速率表示式為：

2.3.2膨脹率

膨脹率是指反應物A全部轉化后系統(tǒng)體積改變分率：它既與反應化學計量關系相關，也與系統(tǒng)惰性物量相關。2.3等溫變容過程第46頁它與膨脹因子關系：

2.3等溫變容過程第47頁第48頁有以下化學反應CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4(I)(A)(B)(P)(I)在反應前各組分摩爾數(shù)分別為nI0=1mol；nA0=2mol；nB0=3mol；nP0=0，求反應物A膨脹率。第49頁解法二解法一第50頁第3章均相反應過程第51頁3.1概述

⑴基本概念

流體單元：反應器中物料溫度和濃度均相等流體團

停留時間：在連續(xù)流動反應器中，流體單元從反應器入口到出口經(jīng)歷時間。

返混：停留時間不一樣流體單元之間混合。

反應時間：實際進行反應時間第52頁平均停留時間：進入反應器物料顆粒在反應器中停留時間可能有長有短，形成一個時間分布，稱為停留時間分布，慣用平均停留時間來描述。第53頁空速：在要求條件下，單位時間內進入反應器物料體積相當于幾個反應器容積，或單位時間內經(jīng)過單位反應器容積物料體積?？諘r：進入反應器物料經(jīng)過反應器體積所需時間τ

。第54頁3.2間歇釜式反應器一、釜式反應器特征基本結構攪拌器進料口出料口夾套圖3-1間歇反應器示意圖第55頁特點:1、因為猛烈攪拌，反應器內物料濃度到達分子尺度上均勻，且反應器內濃度處處相等，因而排除了物質傳遞對反應影響；

2、含有足夠強傳熱條件，溫度一直相等，無需考慮器內熱量傳遞問題；

3、物料同時加入并同時停頓反應，全部物料含有相同反應時間。4、反應物料間歇加入與取出，反應物料溫度和濃度等操作參數(shù)隨時間而變，不隨空間位置而變，全部物料質點在反應器內經(jīng)歷相同反應時間第56頁對整個反應器進行物料衡算流入量=流出量+反應量+累積量00單位時間內反應量=單位時間內累積量二、間歇釜式反應器數(shù)學模型溫度濃度均一第57頁因為等容條件下分離變量并積分在沒有任何假設條件下導出，不論在等溫條件和變溫條件，還是在等容條件和變容條件下都是適用，是間歇反應釜用于反應時間計算普通公式。第58頁等容過程，液相反應第59頁某廠生產醇酸樹脂是使己二酸與己二醇以等摩爾比在70℃用間歇釜并以H2SO4作催化劑進行縮聚反應而生產，試驗測得反應動力學方程為：cA0=4kmol.m-3若天天處理2400kg己二酸，每批操作輔助生產時間為1h，反應器裝填系數(shù)為0.75，求：(1)轉化率分別為xA=0.5，0.6，0.8，0.9時，所需反應時間為多少?(2)求轉化率為0.8，0.9時，所需反應器體積為多少?例3-1第60頁解：（1）到達要求轉化率所需反應時間為：由上述結果可見，隨轉化率增加，所需反應時間急劇增加。所以，在確定最終轉化率時應該考慮到這一情況。

第61頁(2)反應器體積計算

xA=0.8時：tt=tr+t’=8.5+1=9.5h每小時己二酸進料量FA0，己二酸相對分子質量為146，則有：處理體積為：實際反應器體積VR：第62頁反應器有效容積V’R：實際反應器體積VR：當xA=0.9時：

tt=19+1=20hV’R=0.171×20=3.42m3VR=3.42／0.75=4.56m3第63頁層流湍流活塞流基本概念

活塞流模型（平推流）：

基本假定：

(1)徑向流速分布均勻，全部粒子以相同速度從進口向出口運動。

(2)軸向上無返混符合上述假設反應器，同一時刻進入反應器流體粒子必同一時刻離開反應器，全部粒子在反應器內停留時間相同。

特點：徑向上物料全部參數(shù)都相同，軸向上不停改變。第64頁連續(xù)定態(tài)下，各個截面上各種參數(shù)只是位置函數(shù)，不隨時間而改變；徑向速度均勻，徑向也不存在濃度分布；反應物料含有相同停留時間。平推流反應器特點對于平推流反應器，可采取空時：第65頁設計方程單位時間進入反應器劃定體積微元A摩爾數(shù)單位時間流出反應器劃定體積微元A摩爾數(shù)單位時間劃定體積微元反應掉A摩爾數(shù)－＝dl第66頁平推流反應器設計方程-dFAV/v0第67頁圖3－5平推流反應器圖解計算示意圖CACA00第68頁一級不可逆反應在一平推流反應器中進行，求在50℃反應轉化率達70%所需空時。若v0=10m3/h，求反應器體積V。已知：例題2：第69頁解：50℃

反應速率常數(shù)反應空時和反應器體積第70頁在常壓及800℃等溫下在平推流反應器中進行以下氣相均相反應：反應速率方程為：式中cT及cH

分別為甲苯和氫濃度（mol/L）。原料處理量為2kmol/h，其中甲苯與氫摩爾比等于1。若反應器直徑為50mm，試計算甲苯最終轉化率為95%時反應器長度。例題第71頁解:由題意知，甲苯加氫反應為恒容過程，原料甲苯與氫進料比等于1，即：第72頁所需反應體積為：所以反應器長度為：第73頁2、在555K及3kgf/cm2下，在平推流管式反應器中進行A→P，已知進料中含30%A(摩爾數(shù))，其余為惰性物料，A加料流量為6.3mol/s，動力學方程為(-rA)=0.27cA[mol/(m3·s)]，為到達95%轉化率，試求(1)所需空速為多少？

(2)反應器體積大小。第74頁解：第75頁

全混流模型：

基本假定：徑向混合和軸向返混都到達最大符合此假設反應器，物料停留時間參差不齊

特點反應物系全部參數(shù)在徑向上均一，軸向上也均一，即：各處物料均一，均為出口值

管徑較小，流速較大管式反應器－－可按活塞流處理

猛烈攪拌連續(xù)釜式反應器－－可按全混流處理3.2.3全混流反應器（CSTR）

ContinuousStirredTankReactor第76頁流入量=流出量+反應量+累積量0進口中已經(jīng)有產物第77頁

在反應體積為1m3釜式反應器中，環(huán)氧丙烷甲醇溶液與水反應生產1，2-丙二醇：該反應對環(huán)氧丙烷為一級，反應溫度下反應速率常數(shù)等于0.98h-1，原料液中環(huán)氧丙烷濃度為2.1kmol/m3,環(huán)氧丙烷最終轉化率為90%。（1）若采取間歇操作，輔助時間為0.65h,則1，2-丙二醇日產量是多少？（2）有些人提議改在定態(tài)下全混流連續(xù)操作，其余條件不變，則丙二醇-1，2日產量又是多少？（3）為何這兩種操作方式產量會有不一樣？例題:第78頁解：

（1）

一級不可逆反應：丙二醇濃度=

丙二醇產量=

第79頁(2)采取定態(tài)下全混流連續(xù)操作丙二醇產量=（3）因連續(xù)釜在低反應物濃度下操作，反應速率慢，故產量低。第80頁3.3.2含有相同或不一樣體積N個全混釜串聯(lián)v1v4v3v2cA0vnv0xAnxA2xA3xA1xA4cAncAicA3cA2cA1圖3-8多釜串聯(lián)操作示意圖第81頁對于一級不可逆恒容反應，速率方程為依據(jù)全混流反應器設計方程變形得第82頁對于單個反應器：將N個反應器串聯(lián)每個反應器體積都是V、每個反應器空時都是τ

第1個反應器：第2個反應器：第83頁若想求最終出口濃度CAN與第一個反應器入口濃度關系，令N個關系式左右相乘得：1：2：……N：或第84頁這么就得到了轉化率、反應器開始和最終濃度、反應器個數(shù)及單個反應器空時關系。第85頁設N個全混流反應器總空時為：則依據(jù)平推流反應器設計方程，對一級不可逆反應有第86頁N個全混流反應器串聯(lián)，當N越大，反應器總體靠近平推流第87頁右圖中C點符合放熱=散熱速率要求，如在C點操作，因擾動而使體系溫度有一微量升高，△T＞0，則操作溫度向右移動，此時Qg和Qr值都增加，增量為△Qg和△Qr,△Qg<△Qr，即反應放熱量增加得比散熱量慢，因而，體系溫度趨于下降，假如擾動撤消，體系溫度將下降，回復到C點狀態(tài)。反過來，在C點時如遇擾動而使溫度下降，△T<0，則散熱速率比放熱速率下降得快，所以熱量開始積累，體系溫度又會上升變回到C點——真穩(wěn)定點QTbcQgQr第88頁a點情況和C點相同，a點也是真穩(wěn)定點。a點反應溫度低，放熱與散熱速率都比較小，其轉化率也比較低，在工業(yè)上不宜采取，不然設備利用率低。QgTabcC點反應溫度高，放熱速率與散熱速率都比較高，其轉化率也比較高，故能夠作為工業(yè)反應器定態(tài)操作。b點不能作為定態(tài)操作點，因為不能抗干擾。第89頁3.6.3定常態(tài)熱穩(wěn)定性判據(jù)

要使一級反應CSTR進行穩(wěn)定定常態(tài)操作，就必須滿足Qr=Qg條件，但這并不是充分條件，因為有真穩(wěn)定點和假穩(wěn)定點之分，真穩(wěn)定點有以下特征：當反應體系溫度升高時△T>0，則△Qg<△Qr當反應體系溫度降低時△T<0，則△Qg>△Qr第90頁綜合上述兩種情況能夠知

Qg=Qr這兩條僅是CSTR熱穩(wěn)定性必要條件，而不是充分條件第91頁05五月2024

第四章非理想流動第92頁05五月2024

形成非理想流動原因設備內不均勻速度分布

死角、溝流、短路、層流流動、截面突變引發(fā)收縮膨脹等管式反應器：擴散、局部循環(huán)流動、壓差、流體與固體間摩擦等引發(fā)；釜式反應器：攪拌引發(fā)流體循環(huán)運動等與物料主體流動方向相反流動形成非理想流動原因?

第93頁05五月20244.1停留時間分布及測定停留時間：流體從進入系統(tǒng)時算起，到其離開系統(tǒng)時為止，在系統(tǒng)內總共經(jīng)歷時間，即流體從系統(tǒng)進口至出口所花費時間。

壽命分布：

指流體粒子從進入系統(tǒng)到離開系統(tǒng)停留時間。年紀分布：

指流體粒子進入系統(tǒng)在系統(tǒng)中停留時間。第94頁05五月2024:停留時間分布密度函數(shù)，或壽命分布密度函數(shù)。時：

時：

且

停留時間分布函數(shù):停留時間小于t流體粒子所占分數(shù)可改寫成：第95頁05五月2024思索：

F(t)、F(t+dt)、E(t)dt物理意義？小結：F(t)：表示出口流體中停留時間小于t物料（0~t范圍內質點）占進料分率。F(t+dt)：出口流體中停留時間小于t+dt物料占進料分率。第96頁05五月2024二者之差：

F(t+dt)-F(t)=dF(t)=E(t)dt=dN/NE(t)dt：表示同時進入反應器N個流體質點中，停留時間介于t與t+dt間質點所占分率dN/N。第97頁05五月20242停留時間分布試驗方法脈沖示蹤法：當測定系統(tǒng)抵達穩(wěn)定后，在系統(tǒng)入口處，瞬間注入一定量示蹤流體，同時開始在出口流體中監(jiān)測示蹤物料濃度改變。階躍示蹤法脈沖示蹤法和階躍示蹤法測出都是壽命分布。第98頁05五月2024示蹤劑選取標準

不與主流體發(fā)生反應（無化學反應活性）。與所研究流體完全互溶。便于檢測對流動狀態(tài)沒有影響。示蹤劑在測定過程中應守恒：不揮發(fā)、不沉淀、不吸附。第99頁05五月2024Ⅰ）平均停留時間平均停留時間應是曲線分布中心，即在所圍面積重心在t坐標上投影

曲線２）停留時間分布函數(shù)特征值在數(shù)學上稱t為曲線對于坐標原點一次矩，又稱數(shù)學期望。第100頁05五月2024Ⅱ）方差表示停留時間分布分散程度量，在數(shù)學上是指對于平均停留時間二次矩。第101頁05五月2024令：無因次時間:則：無因次平均停留時間第102頁05五月2024若以表示以為自變量方差，則它與關系為：第103頁05五月2024實例

應用脈沖示蹤法測定容積為12L反應裝置，v0=0.8L/min，在定常態(tài)下脈沖輸入80g示蹤劑A，同時在反應器出口處統(tǒng)計流出物料中CA隨t改變，數(shù)據(jù)列于下表。確定：⑴E(t)和F(t)曲線；⑵方差。t/min05101520253035CA/(g/L)03554210第104頁05五月2024(a)首先對試驗數(shù)據(jù)進行一致性檢驗試驗數(shù)據(jù)為離散量：Δt=5min

示蹤劑加入量為80g，故試驗數(shù)據(jù)一致性檢驗是滿足。第105頁05五月2024(b)采取脈沖法，則代入數(shù)據(jù)：第106頁05五月2024代入數(shù)據(jù)：第107頁05五月2024

應用表中數(shù)據(jù)作E(t)

、F(t)曲線。t/min05101520253035E(t)/min-100.030.050.050.040.020.010F(t)00.150.400.650.850.951.01.0將上述數(shù)據(jù)列表以下：第108頁05五月2024按反應器體積計算空時，二者一致。代入數(shù)據(jù)：(c)確定方差σt2和σθ2

：第109頁05五月2024代入數(shù)據(jù)：第110頁05五月2024例：用脈沖法測定一流動反應器停留時間分布，得到出口流中示蹤劑c(t)與時間t關系以下：t/min024681012141618202224C(t)/(g/min)014798521.510.60.20試求平均停留時間及方差。第111頁05五月2024活塞流模型（平推流模型）1.基本假設：①徑向流速分布均勻；②徑向混合均勻；③軸向上，流體微元間不存在返混；2.特點：全部流體微元停留時間相同，同一時刻進入反應器流體微元必定在另一時刻同時離開。經(jīng)歷相同溫度、濃度改變歷程4.2.1平推流流動模型第112頁05五月20243.停留時間分布特征：用示蹤法來測定平推流停留時間分布時，出口響應曲線形狀與輸入曲線完全一樣，只是時間延遲脈沖示蹤出口響應第113頁05五月20243.停留時間分布特征：

(1)停留時間分布密度函數(shù)E(t)無因次：出口響應(2)停留時間分布函數(shù)F(t)1OF(t)t第114頁05五月2024數(shù)字特征值：平推流：返混為0＝0，第115頁05五月2024單位時間內反應器內示蹤劑做物料衡算得：輸入輸出積累第116頁05五月2024即：積分：第117頁05五月2024對恒容：第118頁05五月2024數(shù)字特征：第119頁05五月2024可見：

返混程度到達最大時，停留時間分布無因次方差平推流時方差

實際反應器停留時間分布方差應介于0～1之間，值越大則停留時間分布越分散，所以，由模型模擬實際反應器時應從方差入手。第120頁05五月2024設兩個反應器進行反應相同，且平均停留時間相等。對于平推流反應器，全部流體粒子停留時間相等，且都等于平均停留時間。對于全混流反應器，停留時間小于平均停留時間流體粒子占全部流體分率為：使停留時間分布集中，能夠提升反應器生產強度。第121頁05五月2024例：某全混流反應器體積為100L，物料流率為1L/s，試求在反應器中停留時間為（1）90～110s，（2）0～100s，（3）>100s物料占總進料比率。解：出口物料份額用F(t)表示，

(1)所求比率：F(110)－F(90)=0.074=7.4%，小于平均停留時間物料占63.2%，大于平均停留時間物料占36.8%(2)(3)第122頁05五月2024時，

,與全混流模型一致

時，

,與平推流一致

當N為任何正數(shù)時，其方差應介于0與1之間，對N不一樣取值可模擬不一樣停留時間分布。

3多級全混流串聯(lián)模型第123頁定義催化劑是能改改變學反應速率而本身在反應前后卻不發(fā)生組成上改變物質。催化劑通?？扛淖兎磻窂剑捶磻獧C理）來提升反應速率。比如，氫氣和氧氣在室溫下為惰性氣體，但與鉑接觸后會快速反應。H2和O2相互靠近，經(jīng)過活化能能峰后形成H2O。第124頁反應物產物催化劑E反應初始狀態(tài)無催化劑有催化劑完成因為催化劑作用，降低了活化能，使反應加緊。第125頁固體催化劑組成：主催化劑、助催化劑、載體如乙苯脫氫反應中：Fe2O3是主要成份、占90%；Cr2O3、CuO和K2O是助催化劑，其中Cr2O3能提升催化劑熱穩(wěn)定性，K2O能促進水煤氣反應，消除高溫反應時催化劑表面上結碳，延長催化劑壽命。

第126頁載體，用來負載活性組分和助劑物質，由含有一定物理結構，如孔結構，比表面，宏觀外形，機械強度固體物質組成。增加有效表面、提供適當孔結構改進催化劑機械性能提升催化劑熱穩(wěn)定性提供活性中性與活性組分作用形成新化合物增加催化劑抗毒性能

節(jié)約活性組分用量，降低成本載體能夠是天然物質(如浮石、硅藻土、白土等)，也能夠是人工合成物質(如硅膠、活性氧化鋁等)

載體作用:第127頁催化劑制法混正當：各組分制成漿狀、混合后成型干燥浸漬法：載體在催化劑水溶液中浸漬，有效成份吸附，有屢次浸漬沉淀法或共沉淀法：攪拌、催化劑鹽類溶液中加入沉淀劑，過濾、水洗、煅燒共凝膠法：生成凝膠、過濾、水洗、干燥噴涂法及滾涂法：催化劑溶液用噴槍噴射于載體上溶蝕法：混合熔煉制合金，用溶液去溶其中一組分熱熔法：主催化劑和助催化劑放在電爐內熔融，冷卻、粉碎熱解法制成催化劑需要經(jīng)過焙燒、活化；催化劑實際化學組成、結構形式和分散均勻性對催化性能影響很大，制備步驟要嚴格恪守。第128頁05五月2024工業(yè)催化劑所必備三個主要條件：活性好；選擇性高；實際應用中比活性高低更主要壽命長。機械強度

固定床和流化床對催化劑機械強度要求不一催化劑性能第129頁05五月20245.2催化劑物理特征催化劑物理吸附和化學吸附催化劑孔結構等溫吸附第130頁05五月2024物理吸附和化學吸附物理吸附：物理吸附與冷凝過程類似，為放熱過程，氣體分子和固體表面之間吸引力很弱，為范德華力，吸附熱較小，為8-25kcal/mol。伴隨溫度升高，物理吸附量快速降低，超出其臨界溫度后物理吸附量很小。化學吸附：是影響化學反應主要原因。在化學吸附中，化合價力使原子或分子吸附在固體表面上，化合價力類似于化合物分子中化學鍵力。在化學吸附過程中，能夠發(fā)生電子轉移、原子重排、化學鍵破壞和形成，從而造成最終反應。與物理吸附相同，化學吸附也是放熱過程，吸附熱較大，與化學反應熱相當，普通為10-100kcal/mol。第131頁05五月2024物理吸附化學吸附吸附劑一切固體一些固體吸附物無選擇性發(fā)生化學反應流體溫度范圍在低溫下進行，吸附量隨溫度升高而快速下降高溫時顯著，吸附速率隨溫度升高而增加吸附熱負值，放熱過程，8-25kJ/mol,通常40-200kJ/mol，放熱過程活化能低，脫附時<8kJ/mol高，脫附時>40kJ/mol,對非活化化學吸附，此值較低覆蓋度多層吸附單層吸附或不滿一層可逆性高度可逆常為不可逆應用測定固體表面積、孔徑大小；分離或凈化氣體和液體測定表面濃度、吸附和脫附速率；預計活性中心面積；說明表面反應動力學物理吸附和化學吸附比較第132頁分子篩：有時候一些催化劑孔很小，只允許小分子經(jīng)過，卻阻止大分子進入，這些催化劑就稱為分子篩，它們可由一些粘土和沸石等天然物質所制成，也能經(jīng)過人工合成出來，如結晶硅鋁酸鹽。分子篩孔徑大小，決定著催化劑含有一定選擇性。孔徑大小能夠在一定程度上控制分子在催化劑內停留時間，只允許所希望分子進行反應。第133頁05五月2024一、

理想吸附模型(Langmuir模型)假定：

均勻表面(或稱理想表面)，即催化劑表面各處吸附能力均一，或者說能量均勻表面；單分子層吸附；被吸附分子間互不影響，也不影響別分子吸附；吸附機理均相同，吸附形成絡合物均相同。

第134頁05五月2024吸附速率為：

脫附速率為：

當吸附到達平衡時：

(1)單分子吸附

第135頁05五月2024——理想吸附等溫線方程

對于弱吸附，

——吸附平衡常數(shù)

對于強吸附，

第136頁05五月2024當被吸附分子發(fā)生解離現(xiàn)象時吸附速率和脫附速率分別為：吸附平衡時：

第137頁05五月2024當各種物質同時被吸附時，每種分子覆蓋率則未覆蓋率為：

（無解離時）

第138頁05五月2024理想吸附與真實吸附Langmuir假設：1.均勻表面2.被吸附分子互不影響3.吸附絡合物單一4.單分子層實際表面：表面地形復雜，有山，有河流，洞穴實際是相互排斥，吸附熱與θ相關有各種分子結構多分子層（化學吸附也是）第139頁05五月2024反應控制步驟

以多孔催化劑顆粒上進行不可逆反應

A(g)B(g)為例，說明反應過程步驟：氣固催化反應過程步驟示意圖①反應物A外擴散②反應物A內擴散③④⑤A在活性中心吸附、反應生成B和產物B脫附，這三個過程稱為表面反應過程，其反應歷程決定了該催化反應本征動力學⑥產物B內擴散⑦產物B外擴散5.3氣固相催化反應動力學第140頁05五月2024反應:

A吸附：

B吸附：

表面反應：R脫附：

S脫附：

第141頁05五月20244、反應速率試驗測定方法1）、內、外擴散影響排除

外擴散影響消除，可經(jīng)過確保其它條件不變時（如：空速、溫度、進料組成等）增加氣體質量流速。

rA對G作圖，當隨G改變?yōu)橐粭l水平線時，外擴散影響隨即消除。第142頁05五月2024

減小化劑顆粒直徑，可消除內擴散得影響。在恒定質量流速下，當dp<dp*時，無內擴散影響。rAdpdp*第143頁05五月2024催化劑顆粒中擴散1