【正文】 額愈低，也愈有利于產(chǎn)物的后處理，故工業(yè)催化劑的選擇性應(yīng)較高。一般用原料的轉(zhuǎn)化率來(lái)表示催化劑的活性?；蛘咴谵D(zhuǎn)化率及其他條件相同時(shí)，催化劑活性愈高則需要的反應(yīng)溫度愈低。1 工業(yè)催化劑的使用性能指標(biāo)（l）活性 系指在給定的溫度、壓力和反應(yīng)物流量（或空間速度）下，催化劑使原料轉(zhuǎn)化的能力。 三、工業(yè)催化劑使用中的有關(guān)問(wèn)題在采用催化劑的化工生產(chǎn)中，正確地選擇并使用催化劑是個(gè)非常重要的問(wèn)題，關(guān)系到生產(chǎn)效率和效益。氧化物催化劑、硫化物催化劑、酸催化劑、堿催化劑、絡(luò)合物催化劑和生物催化劑等。催化劑的這一特性在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域中起了非常重要的作用，國(guó)為有機(jī)反應(yīng)體系往往同時(shí)存在許多反應(yīng)，選用合適的催化劑，可使反應(yīng)向需要的方向進(jìn)行。由此特征可知：①催化劑不能使熱力學(xué)上不可能進(jìn)行的反應(yīng)發(fā)生；②催化劑是以同樣的倍率提高正、逆反應(yīng)速率的，能加速正反應(yīng)速率的催化劑，也必然能加速逆反應(yīng)。（2）催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間（即加速作用），但不能改變平衡。（1）催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時(shí)，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化。工業(yè)上用得最多的是加快反應(yīng)速率的催化劑，以下閘述的內(nèi)容僅與此類催化劑有關(guān)。有些反應(yīng)所產(chǎn)生的某種產(chǎn)物也會(huì)使反應(yīng)迅速加快，這種現(xiàn)象稱為自催化作用。催化劑的作用是它能與反應(yīng)物生成不穩(wěn)定中間化合物，改變了反應(yīng)途徑，活化能得以降低。例如，汽車尾氣的催化凈化；有機(jī)廢氣的催化燃燒；廢水的生物催化凈化和光催化分解等等。前已述及催化劑在石油、天然氣和煤的綜合利用中的重要作用，借助催化劑從這些自然資源出發(fā)生產(chǎn)出數(shù)量更多、質(zhì)量更好的二次能源；一些新能源的開發(fā)也需要催化劑，例如光分解水獲取氫能源，其關(guān)鍵是催化劑。在20世紀(jì) 60年代，德國(guó) BASF公司借助鈷絡(luò)合物催化劑，開發(fā)出以甲醇和CO羰基化合成醋酸的新反應(yīng)過(guò)程和工藝；美國(guó)孟山都公司于70年代又開發(fā)出鐒絡(luò)合物催化劑，使該反應(yīng)的條件更溫和，醋酸收卒高達(dá)99％，成為當(dāng)今生產(chǎn)醋酸的先進(jìn)工藝。工業(yè)上一個(gè)成功的例子是甲醇羰基化合成醋酸的過(guò)程。例如，乙烯聚合反應(yīng)若以有機(jī)過(guò)氧化物為引發(fā)劑，要在200300℃及100～300MPa下進(jìn)行，采用烷基鋁四氧化鈦絡(luò)合物催化劑后，反應(yīng)只需在85100℃及2MPa下進(jìn)行，條件十分溫和。（2）改進(jìn)操作條件。近年來(lái)合成氨催化劑性能得到不斷改善，提高了氨產(chǎn)率，有些催化劑可以在不降低產(chǎn)率的前提下，將操作壓力降低，使噸氨能耗大為降低；再如乙烯與氧反應(yīng)，如果不用催化劑乙烯會(huì)完全氧化生成 CO2和 H2O，毫元應(yīng)用意義。有許多反應(yīng)，雖然在熱力學(xué)上是可能進(jìn)行的，但反應(yīng)速率太慢或選擇性太低，不具有實(shí)用價(jià)值，一旦發(fā)明和使用催化劑，則可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，為人類生產(chǎn)出重要的化工產(chǎn)品。六、原料配比的影響七、原料純度的影響八、催化劑的影響 第四節(jié) 催化劑的性能及使用 據(jù)統(tǒng)汁，當(dāng)今90％的化學(xué)工業(yè)中均包含有催化（catalysis）過(guò)程，催化劑（catalyst）在化工主產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位，其作用主要體現(xiàn)在以下幾方面。一般停留時(shí)間越長(zhǎng)，原料轉(zhuǎn)化率越高，產(chǎn)物的選擇性越低，設(shè)備的生產(chǎn)能力越小，空速越小；反之亦然。惰性氣體的存在，可降低反應(yīng)物的分壓，對(duì)反應(yīng)速率不利，但有利于分子數(shù)增加的反應(yīng)的平衡。氣體的體積受壓力影響大，故壓力對(duì)有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大，其規(guī)律為：①對(duì)分子數(shù)增加的反應(yīng)，降低壓力可以提高平衡產(chǎn)率；②對(duì)分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓力升高，產(chǎn)物的平衡產(chǎn)率增大；③對(duì)分子數(shù)沒(méi)育變化的反應(yīng)，壓力對(duì)平衡產(chǎn)率無(wú)影響。近年來(lái)，反應(yīng)精餾、反應(yīng)膜分離、反應(yīng)吸附（或吸收）等新技術(shù)、新過(guò)程應(yīng)運(yùn)而生，這些過(guò)程使反應(yīng)與分離一體化，產(chǎn)物一旦生成，立刻被移出反應(yīng)區(qū)，因而反應(yīng)始終是遠(yuǎn)離平衡的。對(duì)于可逆反應(yīng)，反應(yīng)物濃度與其平衡濃度之差是反應(yīng)的推動(dòng)力，此推動(dòng)力愈大則反應(yīng)速率愈高。一般在反應(yīng)初期，反應(yīng)物濃度高，反應(yīng)速率大，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物逐浙消耗，反應(yīng)速率逐漸下降。當(dāng)有多種反應(yīng)物參加反應(yīng)對(duì)，往往使價(jià)廉易得的反應(yīng)物過(guò)量，從而可以使價(jià)貴或難得的反應(yīng)物更多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，提高其利用率。凈速率隨溫度的變化如圖210曲線所示。正、逆反應(yīng)速率常數(shù)都增大，所以正、逆反應(yīng)速率都提高，凈速率是否增加呢？經(jīng)過(guò)對(duì)速率方程式的分析得知：對(duì)于吸熱的可逆反應(yīng)，凈速率r總是隨著溫度的升高而增高的；而對(duì)于放熱的可逆反應(yīng)，凈速率r隨溫度變化有三種可能性，即當(dāng)溫度較低時(shí)，凈反應(yīng)速率隨溫度的升高而增高；當(dāng)溫度超過(guò)某一值后，凈反應(yīng)速率開始隨著溫度的升高而下降。對(duì)干不可逆反應(yīng)，逆反應(yīng)速率忽略不計(jì)，故產(chǎn)物生成速率總是隨溫度的升高而加快；對(duì)于可逆反應(yīng)而言，正、逆反應(yīng)速率之差即為產(chǎn)物生成的凈速率。2 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響 反應(yīng)速率系指單位時(shí)間、單位體積某反應(yīng)物組分的消耗量，或某產(chǎn)物的生成量。一、溫度的影晌1 溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響 對(duì)于不可逆反應(yīng)不需考慮化學(xué)平衡，而對(duì)于可逆反應(yīng)，其平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為對(duì)于吸熱反應(yīng)，ΔH?＞0，K值隨著溫度升高而增大，有利于反應(yīng)，產(chǎn)物的平衡產(chǎn)率增加；對(duì)于放熱反應(yīng)，ΔH?＜O，K值隨著溫度生高而減小，平衡產(chǎn)率降低。對(duì)于本例，每轉(zhuǎn)化 lmol反應(yīng)物 A生成1mol產(chǎn)物R，則產(chǎn)物R相對(duì)于原料A的平衡產(chǎn)率為然而，每轉(zhuǎn)化 2 mol反應(yīng)物 B生咸 1mol產(chǎn)物 R，則產(chǎn)物 R相對(duì)于原料B的平衡產(chǎn)率為第三節(jié) 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響 反應(yīng)溫度、壓力、濃度、反應(yīng)時(shí)間、原料的純度和配比等眾多條件是影響反應(yīng)平衡和速率的重要因素，關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程的效率。則各組分的平衡摩爾分?jǐn)?shù)y和平衡分壓p分別為所以有根據(jù)反應(yīng)溫度和總壓可從有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查得對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)Kp，上式中a和b是已知的反應(yīng)物起始量，由此可計(jì)算出XA，繼而可算出平衡組成。例3 設(shè)某氣相反應(yīng)為 A＋ 2B→ R，反應(yīng)前組分 A有amol，組分B有bmol，無(wú)組分R，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)組分A的平衡轉(zhuǎn)化率為XA，則A的轉(zhuǎn)化 量為aXAmol。但查找時(shí)一定要注意適用的溫度、壓力范圍及平衡常數(shù)的表達(dá)形式。 平衡常數(shù)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，現(xiàn)在許多化學(xué)、化工手冊(cè)、文獻(xiàn)資料及計(jì)算機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中收集有相當(dāng)多反應(yīng)體系的平衡常數(shù)，或具與溫度的關(guān)系圖表，有的也給出了相應(yīng)的汁算公式。真實(shí)溶液反應(yīng)體系的平衡常數(shù)式形式與（229）相似，但式中各組分濃度應(yīng)該用活度來(lái)代替。只有當(dāng)真實(shí)氣體性質(zhì)接近埋想氣體時(shí)，其逸度系數(shù)接近于1，此時(shí)K?=KP，與壓力無(wú)關(guān)。各組分的逸度與其分壓的關(guān)系為式中Pi——組分i的分壓（其單位與P?相同）； γi——組分i的逸度系數(shù)，與溫度、壓力和組成有關(guān)。理想氣體的Kp只是溫度的函數(shù)，與反應(yīng)平衡體系的總壓和組成無(wú)關(guān)；在低壓下、或壓力不太高（3 MFa以下）和溫度較高（200℃以L）的條件下，真實(shí)氣體的性質(zhì)接近理想氣體，此時(shí)可用理想氣體的平衡常數(shù)及有關(guān)平衡數(shù)據(jù)，即可忽略壓力與組成的影響。值得注意的是，現(xiàn)在國(guó)際上規(guī)定標(biāo)難態(tài)壓力P?為 100 kPa，過(guò)去曾定為 kPa，因此它們對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)值是略有區(qū)別的。對(duì)于反應(yīng)若為氣相反應(yīng)體系，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式為式中 pA、 pB、 pR、 pS分別為反應(yīng)物組分A、 B和產(chǎn)物R、 S的平衡 分壓（其單位與P?相同）（純固體或液體取1）。工藝學(xué)的任務(wù)之一是通過(guò)熱力學(xué)分析，尋找提高平衡產(chǎn)率的有利條件，并計(jì)算出平衡產(chǎn)率。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)保持高的凈反應(yīng)速率，不能等待反應(yīng)達(dá)平衡，故實(shí)際轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率比平衡值低。平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率是可逆反應(yīng)所能達(dá)到的極限值（最大值），但是，反應(yīng)達(dá)平衡往往需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。解：乙烷轉(zhuǎn)化率=（80004000）/8000*