反應工程課件第二章-全文預覽
【正文】 ?? ?（ ） 和 式 。 ? 解： VNHaNHda N HNHdNH Pkkrrr ?? 33333 ????)1/()( 22333333 NNNHNHNHaNHNHdNH PbPbPkPbkr ???? ??322 NHHN ?? 223 HNPNH PPKP ??)1()()1()(222233222222332233NNHNPNHNHHNPNNHNPNHNHaHNPNHdNHPbPPKbPPPKkPbPPKbPkPPKbkr???????? 思考題：某反應的機理方程可表示為： （ 1） A+（ ） （ A）； (2) (A)＋ B (C) ； (3) (C) C＋ ( )； 試推出反應分別由（ 1）、（ 2）、 (3)為控制步驟時均勻表面吸附的動力學方程式。 39。1A A B B L L M MA A B L MA A B B L L M M l lA B L MA B L MAA A B B L L M M l lk b p b p k b p b pr k kb p b p b p b p b pk k b b k k b bk p p k p prb p b p b p b p b p? ? ? ??? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ?令 ＝ ， ＝則若 I不吸附，則上式分母中沒有相應的項 3）過程為單組分產物的脫附控制 設反應為 若反應過程為 L的脫附控制 ,則 ? ?? ?? ?? ???????????????MMLLMLBABBAAMLBAMLBAMLBA)()()()()()()()(????????圖示：產物 L的脫附過程阻滯很大。顯然有： A?pA pB pL pM B? L? M?0?A?Ar ? 正 反 應 速 率 － 逆 反 應 速 率若反應中存在惰性組分 I，則 I也被吸附 催化反應速率按質量作用定律可表示為 39?？梢越普J為：三個吸附－脫附和一個表面反應過程都已達到平衡。 （ 1） （ 2） （ 3） MLBA MLBA ???? ???一般情況示意 有化學反應發(fā)生時，五個基元過程都失去平衡。如果這三步中某一步的阻滯作用，即阻力遠遠大于其他兩步的阻力，則可忽略其他兩步的阻力，認為它們均已達到平衡。 為組分 A的吸附平衡分壓。 0adr r r? ? ?()Af ?39。 催化劑表面每個活性位具有相同的吸附活化能和脫附活化能，均不隨表面復蓋度而變化，則有 A()39。 39。 12Z( 2 )Apm k T?＝ar b、吸附活化能 Ea 化學吸附需要一定的活化能 Ea，只有能量超過 Ea的分子 才有可能被吸附，這部分分子占總分子數的分率為 A?()agEexpRT?A?()Af ?( ) ( )aa A A AgEr p f e x pRT???? c、 表面覆蓋度 表示已被 A復蓋的活性位占總活性位分率； 氣體 A與表面 碰撞，其中和 空位的碰撞機率為 綜合上述三方面的因素，有 式中 為吸附比例常數 。 類別 項目 物理吸附 化學吸附 吸附劑 所有固體 某些固體 產生原因 分子間引力 化學鍵 可逆性 高溫可逆 常為不可逆 選擇性 差 好 覆蓋情況 可單層可多層 單層 吸（脫）附速度 快 慢 熱效應 220kJ/mol 80400kJ/mol 溫度效應 溫度提高，吸附量減小 溫度提高，吸附量增加 物理吸附儀 ? 化學吸附儀 ? 討論化學吸附理論和吸附模型。 物理吸附的特征： 由分子間的引力造成，一般沒有明顯的選擇性，可以是單分子層吸附，也可以是多分子層吸附，熱效應較小，約為 2kJ/mol～ 20 kJ/mol。 （ 7) 外擴散： C和 D從顆粒顆粒外表面到達氣相主體； 化學吸附、表面反應和脫附三步是串聯的，構成了催化反應過程。 （ 2) 鈍化 當反應器需要檢修時，先通入低濃度的氧，使催化劑外層形成一層鈍化膜，保護內部的催化劑不再與氧接觸發(fā)生氧化反應，該過程稱為鈍化。從表中可以看出，催化劑顆粒的內表面積是何等的巨大。 C、真密度：以顆粒載體 (骨架 )體積計算的密度。 2 /gS cm g（ 3）孔隙率 孔隙率是催化劑顆粒的孔容積和顆粒的體積之比。催化反應主要在內表面上進行。 (3) 共混合法 將催化劑的各個組分作成漿狀，經過充分的混合 (如在混煉機中 )后成型干燥、煅燒而得。如一次浸漬達不到規(guī)定的吸附量，可在干燥后再浸。 (3) 載體 載體的主要作用是承載活性組分和助催化劑，是負載活性組分和助催化劑的骨架。 （ 3）吸附態(tài)產物從催化劑活性位上脫附。催化劑有下列性質： (1）產生中間產物，改變反應途徑，因而降低反應活化能和加速反應速率； (2）不能改變平衡狀態(tài)和反應熱； (3）必然同時加速正反應和逆反應的速率； (4）具有選擇性，使化學反應朝著期望的方向進行，抑制不需要的副反應。例如使用銀系固體催化劑，可使甲醇氧化制甲醛，乙醇氧化制乙醛，乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，乙二醇氧化制乙二醛。在通常條件下難以獲得的化學產品可以通過催化作用實現工業(yè)生產，催化是現代化學工業(yè)的基石。1923年采用鋅鉻催化劑使一氧化碳加氫合成甲醇取代了木材干餾制甲醇。 18世紀到 19世紀初期世界工業(yè)起步和發(fā)展所需的基本化工原料如硫酸、氨和硝酸的生產，由于開發(fā)了催化作用和研制了催化劑而發(fā)生了根本性的變革。 3) 宏觀動力學 氣－固相催化反應動力學包含了物理過程和化學反應過程，稱之為宏觀動力學； 氣－固相催化反應速率，是反應物和反應產物在氣相主體、固體顆粒外表面和內表面上進行物理過程和化學過程速率的“總和”，稱之為宏觀反應速率或總體速率。 （ 1）反應物從氣相主體擴散到顆粒外表面 —— 外擴散； （ 2）反應物從顆粒外表面擴散進入顆粒內部的微孔 —— 內擴散； （ 3）反應物在活性位上被吸附； （ 4）吸
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