[工學(xué)]催化第一章游-資料下載頁
2025-10-07 18:25本頁面
【正文】 %組成如下： CH4 20%、 C2H4 30%、 C2H6 20% 、CO2 20% 、 CO 10% 。不考慮反應(yīng)過程中的積碳問題。 ? 試計(jì)算（ 1）甲烷的轉(zhuǎn)化率； （ 2）乙烯的選擇性和收率。 （ 3） 催化劑的穩(wěn)定性 ?化學(xué)穩(wěn)定性 ?耐熱穩(wěn)定性 ?抗毒穩(wěn)定性 ?機(jī)械穩(wěn)定性 指催化劑在使用條件下具有穩(wěn)定活性的時(shí)間。 催化劑 壽命 ：指催化劑在一定反應(yīng)條件下維持一定反應(yīng)活性和選擇性的使用時(shí)間。 單程壽命 總壽命 工業(yè)催化劑的要求 工業(yè)催化劑是指具有工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際意義，可以用于大規(guī)模生產(chǎn)過程的催化劑。 ?一種好的工業(yè)催化劑應(yīng)具有適宜的活性、高選擇性和長壽命。 ?在選擇或研制催化劑時(shí)要充分考慮到操作條件的影響，并選擇適宜的配套裝置和工藝流程。此外，催化劑的價(jià)格也是要考慮的。 ?工業(yè)生產(chǎn)更多強(qiáng)調(diào)的是原料和能源的充分利用。 ?改進(jìn)型的研究，一般是追求選擇性，其次是穩(wěn)定性，最后才是活性。 ?新催化劑及工藝的研究，則先追求高活性、高選擇性，最后才是穩(wěn)定性。 多項(xiàng)催化反應(yīng)體系的分析 以在多孔催化劑顆粒上進(jìn)行 A (g) → B(g)不可逆反應(yīng)為例 : —— 外擴(kuò)散 —— 內(nèi)擴(kuò)散 1)反應(yīng)物自氣相主體向固體外表面擴(kuò)散 2)反應(yīng)物自固體外表面向內(nèi)表面擴(kuò)散 3)反應(yīng)物在催化劑表面上吸附 4)吸附物進(jìn)行表面反應(yīng) 5)產(chǎn)物在表面上脫附 6)產(chǎn)物自內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散 7)產(chǎn)物自外表面擴(kuò)散到氣流主體 —— 外擴(kuò)散 —— 內(nèi)擴(kuò)散 3)、 4) 、 5) 為化學(xué)過程 1 )、 2) 、 6 )、 7)為物理過程，傳質(zhì)和傳熱過程。 （ 1）外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散 外擴(kuò)散 ：從流體層經(jīng)過滯流層向催化劑表面的擴(kuò)散，或其反向的擴(kuò)散。（流體與催化劑顆粒之間的物質(zhì)傳遞） 內(nèi)擴(kuò)散 ：從顆粒外表面向內(nèi)孔道的擴(kuò)散，或其反向的擴(kuò)散。 ?外擴(kuò)散速率的大小及影響因素，與流體的流速、催化劑顆粒、介質(zhì)的密度、黏度等有關(guān)。 多相催化反應(yīng)中的物理過程 擴(kuò)散控制的判斷和消除 阻力： 氣固（或液固）邊界的靜止層 消除方法： 提高空速 阻力： 催化劑顆粒孔隙內(nèi)徑和長度 消除方法： 減小催化劑顆粒大小，增大催化劑空隙直徑 外擴(kuò)散 內(nèi)擴(kuò)散 ?如果反應(yīng)物向活性表面擴(kuò)散速度比較小，致使測定的反應(yīng)速度低于快速擴(kuò)散時(shí)所能達(dá)到的速度，就稱之為 “擴(kuò)散控制”。 思考題 如何判斷一個(gè)催化反應(yīng)是否存在擴(kuò)散控制？ 反應(yīng)物化學(xué)吸附生成活性中間物 活性中間物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物 吸附的產(chǎn)物經(jīng)過脫附得到產(chǎn)物 催化劑得以復(fù)原 由化學(xué)吸附生成一些活性很高的 離子、自由基、強(qiáng)烈極化反應(yīng)物分子 。 (1)活性中間物種的形成 活性中間物種： 在催化反應(yīng)的化學(xué)過程中生成的物種，該物種濃度低、壽命短，但活性高。 注：對反應(yīng)不利的物種的生成，生成的活性物種有時(shí)會引出平行的副反應(yīng)。 合成氨催化反應(yīng)的基元步驟 控速步驟 （ 2）催化循環(huán)的建立 （ ⅰ ）非締合活化催化循環(huán) （ ⅱ ）締合活化催化循環(huán) 催化劑與反應(yīng)物分子間有明顯的電子轉(zhuǎn)移過程 在催化反應(yīng)過程中催化劑沒有價(jià)態(tài)的變化，反應(yīng)物分子活化由催化劑與反應(yīng)物配位，形成絡(luò)合物。 A P2 K K?P1 P2 K AK A B P2 ?合成氨鐵催化劑加入少量 K2O催化劑的性能得到提高，通過實(shí)驗(yàn)測得加入 K2O前后催化反應(yīng)的活化能有明顯變化，請問 K2O在催化劑組成作為何種助劑 ?起何作用？ ?催化劑是如何改變化學(xué)反應(yīng)速度的，光化學(xué)反應(yīng)中光是否為催化劑 ?電化學(xué)中電極使反應(yīng)得到加速，電極是否為催化劑。 ?現(xiàn)開發(fā)二種 CO加氫合成甲醇催化劑，小試數(shù)據(jù)如下： A催化劑：最佳反應(yīng)溫度 150度，壓力 2MPa，轉(zhuǎn)化率 20%，選擇性 90%， B催化劑：最佳反應(yīng)溫度 140度，壓力 3Mp，轉(zhuǎn)化率 50%，選擇性 60%，請你從結(jié)果中選出一種較優(yōu)的催化劑進(jìn)行中試。 ?擴(kuò)散是影響工業(yè)催化過程的一個(gè)重要因素。請?jiān)O(shè)計(jì)消除內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)。 ?畫出催化循環(huán) 課后作業(yè)
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