2.1.3气-固催化反应过程与控制步骤(精)
2.1.3气-固催化反应过程与控制步骤
气固相催化反应过程分析：
图为气固相催化反应的整个反应过程示意图（图2-2）。七个步骤：
①反应组分A从气流主体扩散到催化剂颗粒外表面；
②组分A从颗粒外表面通过微孔扩散到颗粒内表面；
③组分A在内表面上被吸附；
④组分A在内表面上进行化学反应，生成产物B；
⑤组分B在内表面上脱附；
⑥组分B从颗粒内表面通过微孔扩散到颗粒外表面；
⑦反应生成物B从颗粒外表面扩散到气流主体。
图2-2气固相催化反应的整个反应过程示意图
①、⑦称为外扩散过程，该过程主要与床层中流体流动情况有关；②、⑥称为内扩散过程，它主要受孔隙大小所控制；③、⑤分别称为表面吸附和脱附过程，④为表面反应过程，③、④、⑤这三个步骤总称为表面动力学过程，其速率与反应组分、催化剂性能和温度、压强等有关。整个气固催化宏观反应过程是外扩散、内扩散、表面动力学三类过程的综合。上述七个步骤中某一步的速率与其它各步相比特别慢时，整个气固催化宏观反应过程的速率就取决于它，此步骤成为控制步骤。
气～固非均相催化过程与控制步骤：①动力学控制：吸附，表面反应，脱附（其控制过程与催化剂表面有直接关系）；②扩散控制：内扩散，外扩散。
国开化学反应过程及设备复习资料
化学反应过程及设备复习资料 一选择题 1. 关于釜式反应器的种类特点与应用，描述错误的是（D） A 釜式反应器的结构简单，加工方便，传质效率高，温度分布均匀且操作灵活 B 釜式反应器按操作方式分为间歇式半连续式和连续式 C 釜式反应器按材质分为钢制铸铁及搪玻璃反应釜 D 釜式反应器适用于液液均相反应，但不可用于非均相反应 2. 关于釜式反应器的基本结构及其作用描述错误的是（B） A釜式反应器主要由壳体，搅拌装置，轴封和换热装置四大部分组成 B 釜底常用的形状有平面形蝶形椭圆形和球形，其中平面形多用于高压反应 C 搅拌装置根本目的是加强反应釜内物料的均匀混合，以强化传质和传热 D 轴封是用来防止釜的主体与搅拌轴之间的泄露，主要有填料密封和机械密封 3. 关于理想置换和理想混合流动模型的特征描述错误的是（D） A理想置换流动模型也称作平推流模型活活塞流模型 B 理想置换流动模型沿着流向，物料的参数变化，垂直于流向的截面参数相同 C 理想混合流动模型也称作全混流模型 D 理想混合流动模型中混合均匀，所以所有物料的停留时间一致。 4. 关于返混及工程中降低返混的措施描述错误的是（D） A 返混是指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合 B 间歇操作反应器中不存在返混 C 理想置换反应器中不存在返混 D 降低返混程度的主要措施有横向分割和纵向分割，其中重要的是纵向分割。
5. 关于反应速率描述和表示方法错误的是（B） A 化学反应速率是指某一物资在单位时间单位反应区域内的反应量 B 反应区域是指反应器体积 C 在反应速率钱赋予负号，表示该物质为消耗速率 D 在反应速率前取正号，表示该物质的生成速率 6. 关于化学动力学方程描述错误的是（A） A 反应分子数与反应级数相等 B 定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式称为化学反应动力学方程 C 影响反应速率的因素有反应温度组成压力溶剂性质催化剂性质等 D 对于绝大多数的反应，主要的影响因素是反应物的浓度和反应温度 7. 关于复杂反应及其类型说法错误的是（D） A复杂反应是通过多步骤反应完成的 B连串反应的选择性随反应转化率的增大而下降 C 复杂反应的基本反应类型有平行反应和连串反应 D 复杂反应只有平行反应和连串反应 8. 关于搅拌器作用类型和选型原则说法错误的是（A） A搅拌器只能够使得均相液体混合 B 通过搅拌器搅拌可加强釜式反应器内物料的均匀混合，以强化传质和传热 C 工业上较为常用的搅拌器类型有桨式搅拌器涡轮搅拌器和推进式搅拌器 D 搅拌器的选型主要根据物料性质搅拌目的以及各种搅拌的性能特征来进行 9. 关于搅拌釜式反应器的传热装置说法错误的是（D） A在传热夹套装设螺旋导流板可提高传热效果 B 列管式反应器的主要特点是传热面积大，可提高传热速度 C 常用的蛇管式反应器有水平式蛇管和直立式蛇管 D 沸腾温度下进行反应时应选择外部循环式换热器
化学反应工程 教案(1-3章)
第一章绪论 1.1 化学反应工程学的范畴和任务 1.1.1化学反应工程发展简述 自然界的物质的运动或变化过程由物理或化学的两类，物理过程不牵涉化学反应，但化学过程却总是与物理因素有着紧密联系。所以化学反应过程是物理与化学两类因素综合体。 远溯古代，陶瓷制作、酿酒等工艺，但直到本世纪五十年代一直还未形成一门专门研究的独立学科，到1957年举行的第一次欧洲反应工程会议上确立了这一学科的名称。 1.1.2 化学反应工程的范畴和任务 化学反应工程学：是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为研究对象，把二者结合起来的学科体系。 一、研究的范畴 1.化工热力学：确定物系的各种物性常数（热容、研所引资、反应热等），看 化学反应是否能进行及其反应程度。 2.反应动力学：专门阐明学反应速率与各项物理因素（如温度、压力、催化剂 等）之间的定量关系。为实现某一反应，要选定合易的条件及反应器的结构 型式、尺寸和处理能力等，这些都依赖于对反应动力学特性的认识。 3.催化剂 4.设备型式、操作方法和流程 有小试到扩是出现放大效应，因此工业装置的反映条件必须结合工程上的考 虑才能合理的确定。 反应器型式：管式、釜式、塔式、固定床或流化床等。 操作方式：分批式、连续式或半连续式。 反应器的型式与特性表 型式适用反应优缺点 搅拌槽液相、液—液、液—固相适用性大，操作弹性大，温度、浓度 易控制，产品质量均一管式气相、液相返混小，反应器容积小，比传热面大空塔或搅拌塔液相、液—液相结构简单，返混程度与高/径比及搅拌 有关，轴向温差大 鼓泡塔或挡板鼓泡 塔气—液相，气—液—固相气相返混小，液相返混大，温度较易 调节，气体压降大，流速有限制 填料塔液相、气—液相结构简单，返混小，压降小，有温差， 填料装卸麻烦 板式塔气—液相逆流接触，气液返混均小，流速有限 制，如需传热，常另加传热面 喷雾塔气—液相快速反应结构简单，液体表面积大，停留时间 受塔高限制，气流速度有限制 固定床气—固相返混小，催化剂用量少，不易磨损， 装卸麻烦，传热控温不易 流化床气—固相，特别是催化剂失活很 快的反应传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大，磨损大，返混大，对转化率不利，操作条件限制大
大气试题库(有答案)
大气试题库（有答案） 《大气污染控制工程》试题库 一、选择题（每小题4个选项中，只有1项符合答案要求，错选、多选，该题不给分）1.以下对地球大气层结构的论述中，错误的是（D）。 A.对流层的厚度随地球纬度的增加而降低。 B.暖层空气处于高度的电离状态，故存在着大量的离子和电子。 C.平 流层的气温几乎不随高度变化。 D.中间层的气温随高度的增加而增加，该层空气不会产生强烈的对流 运动。2.目前，我国排放大气污染物最多的是（B）。 A.工业生产。 B.化石燃料的燃烧。 C.交通运输。 D.生态环境破坏。 3.烟囱上部大气是不稳定的大气、而下部是稳定的大气时，烟羽的形 状呈（D）。 A.平展型。 B.波浪型（翻卷型）。 C.漫烟型（熏蒸型）。 D.爬升型（屋脊型）。 4.尘粒的自由沉降速度与（D）的成反比。 A.尘粒的密度。 B.气体的密度。 C.尘粒的粒径。 D.气体的粘度。 5.处理一定流量的气体，采用（A）净化时，耗用的能量为最小。A. 重力除尘装置。B.惯性除尘装置。C.离心力除尘装置。D.洗涤式除尘装置。 6.电除尘装置发生电晕闭塞现象的主要原因是（D）。
A.烟尘的电阻率小于104·cm。 B.烟尘的电阻率大于1011·cm。 C.烟气温度太高或者太低。 D.烟气含尘浓度太高。 7.在以下关于德易希方程式的论述中，错误的是（B）。 A.德易希方程式概括了分级除尘效率与集尘板面积、气体流量和粉尘驱进速度之间的关系。 B.当粒子的粒径相同且驱进速度也相同时，德易希方程式可作为除尘总效率的近似估算式。 C.当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10～20％时，德易希方程式可作为除尘总效率的近似估算 式。 D.德易希方程式说明100％的分级除尘效率是不可能的。8.直接应用斯托克斯公式计算含尘气流阻力的前提是（A）。A.颗粒雷诺数Rep≤1，颗粒直径大于气体分子平均自由程。B.1＜Rep＜500，颗粒直径大于气体分子平均自由程。 C.500＜Rep＜2某105，颗粒直径大于气体分子平均自由程。 D.颗粒雷诺数Rep≤1，颗粒直径小于气体分子平均自由程。9.在以下有关填料塔的论述中，错误的是（B）。 A.产生“塔壁效应”的主要原因是塔径与填料尺寸的比值太小。 B.填料塔是一种具有固定相界面的吸收设备。 C.当烟气中含有悬浮颗粒物时，填料塔中的填料容易堵塞。 D.填料塔运行时的空塔气速一定要小于液泛气速。 10.在以下有关气体吸附穿透曲线的论述中，错误的是（C）。
催化燃烧原理及催化剂
一、催化燃烧的基本原理 催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和H2O，同时放出大量热能，其反应过程为： 2 催化燃烧的特点及经济性 2.1 催化燃烧的特点 2.1.1起燃温度低，节省能源 有机废气催化燃烧与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗也小的显着特点。在某些情况下，达到起燃温度后便无需外界供热。 二、催化剂及燃烧动力学 2.1 催化剂的主要性能指标 在空速较高，温度较低的条件下，有机废气的燃烧反应转化率接近100%，表明该催化剂的活性较高[9]。催化剂的活性分诱导活化、稳定、衰老失活3个阶段，有一定的使用限期，工业上实用催化剂的寿命一般在2年以上。使用期的长短与最佳活性结构的稳定性有关，而稳定性取决于耐热、抗毒的能力。对催化燃烧所用催化剂则要求具有较高的耐热和抗毒的性能。有机废气的催化燃烧一般不会在很严格的操作条件下进行，这是由于废气的浓度、流量、成分等往往不稳定，因此要求催化剂具有较宽的操作条件适应性。催化燃烧工艺的操作空速较大，气流对催化剂的冲击力较强，同时由于床层温度会升降，造成热胀冷缩，易使催化剂载体破裂，因而催化剂要具有较大的机械强度和良好的抗热胀冷缩性能。 2.2 催化剂种类 目前催化剂的种类已相当多，按活性成分大体可分3类。 2.2.1贵金属催化剂
铂、钯、钌等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用寿命长，适用范围广，易于回收，因而是最常用的废气燃烧催化剂。如我国最早采用的Pt-Al2O3催化剂就属于此类催化剂。但由于其资源稀少，价格昂贵，耐中毒性差，人们一直努力寻找替代品或尽量减少其用量。 2.2.2过渡金属氢化物催化剂 作为取代贵金属催化剂，采用氧化性较强的过渡金属氧化物，对甲烷等烃类和一氧化碳亦具有较高的活性，同时降低了催化剂的成本，常见的有MnOx、CoOx和CuOx等催化剂。大连理工大学研制的含MnO2催化剂，在130℃及空速13000h-1的条件下能消除甲醇蒸气，对乙醛、丙酮、苯蒸气的清除也很有效果。 2.2.3复氧化物催化剂 一般认为，复氧化物之间由于存在结构或电子调变等相互作用，活性比相应的单一氧化物要高。主要有以下两大类： （1）钙钛矿型复氧化物 稀土与过渡金属氧化物在一定条件下可以形成具有天然钙钛矿型的复合氧化物，通式为ABO3，其活性明显优于相应的单一氧化物。结构中一般A为四面体型结构，B为八面体形结构，这样A和B形成交替立体结构，易于取代而产生品格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，从而实现深度氧化反应。常见的有几类如：BaCuO2、LaMnO3等。 （2）尖晶石型复氧化物 作为复氧化物重要的一种结构类型，以AB2X4表示.尖晶石亦具有优良的深度氧化催化活性，如对CO的催化燃烧起燃点落在低温区（约80℃），对烃类亦在低温区可实现完全氧化.其中研究最为活跃的CuMn2O4尖晶石，对芳烃的活性尤为出色，如使甲苯完全燃烧只需260℃，实现低温催化燃烧，具有特别实际意义。 3.3 催化剂负载方式
第六章 多相系统中的化学反应与传递现象(复习)
6 多相系统中的化学反应与传递现象 一、固体催化剂的宏观结构及性质 1、内表面积：通常用比表面积来衡量催化剂的内表面积大小。 单位质量催化剂所具有的表面积, 单位体积催化剂所具有的表面积, 2、孔容和孔隙率 单位质量催化剂内部孔道所占的体积称为孔容， 孔隙率等于孔隙体积与催化剂体积之比， 3、平均孔径 4、密度 真密度=固体的质量/固体的体积 颗粒密度(表观密度) =固体的质量/颗粒的体积 床层密度(堆密度) =固体的质量/ 床层的体积 颗粒孔隙率=颗粒孔隙体积/颗粒的体积 床层空隙率=床层空隙体积/床层的堆体积 5、颗粒当量直径 （1）体积相当直径；（2）面积相当直径；（3）比表面相当直径。 二、气固相催化的过程步骤 以气相催化不可逆反应为例 (1) 反应物A 由气相主体扩散到颗粒外表面 (2) 反应物A 由外表面向孔内扩散, 到达可进行吸附/反应的活性中心 g m S g /,2g V p g p V ρε=g g a S V r /2=t ρp ρB ρp εε
(3) 反应物A 被活性中心吸附 (4) 反应物A 在表面上反应生成产物B (5) 产物B 从活性中心上脱附下来 (6) 产物B 由内表面扩散到颗粒外表面 (7) 产物B 由颗粒外表面扩散到气相主体 (3,4,5)总称为表面反应过程, 即催化反应的本征动力学 (1,7)称为外扩散过程, (2,6)称为内扩散过程 三、流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热 1、传质通量： 2、传热通量： 3、定态下传质通量和传热通量： 4、传递系数 对固定床反应器, 有： 四、外扩散对多相催化反应的影响 外扩散有效因子： 1、单一反应 一级不可逆反应（在忽略传热阻力和内扩散阻力时）： )(AS AG m G A C C a k N -=) (G S m S T T a h q -=))(()(R A A A H q N ?--?=-?=3/2)(Sc G k j G D ρ = 3 /2(Pr)p S H GC h j = μ λμρμ/Re /Pr /G d C D Sc p f p ===3000 Pr 6.010Re 30Re 395.04.56.01000Re 3Re 357.0536.0359.0≤≤≤≤=≤≤≤≤=--H D j Sc j εε表面处的反应速率 外扩散无影响时颗粒外表面处的反应速率 外扩散有影响时颗粒外=x ηA G A S A G W A S W C C k x = = η) 1/(1Da x +=η
反应工程考试提纲
化学反应工程考试大纲 第一章：均相单一反应动力学和理想反应器 1.某一化学反应转化率的表达式（1.1.5）及计算，总转化率、分段转化率、全程转化率及单程转化率之间的区别。（P5） 2.化学反应速率的表达式、反应中各个组分的生成或消耗速率之间的相互关系（1-10，1.1.15）。（P6-71） 3.幂函数型的动力学方程（1.1-17）中速率常数k与级数、反应组分含量的表示方式（浓度、压力和摩尔分数）之间的关系，阿累尼乌斯方程的表达式（1.1-18）。（P7） 4.半衰期的概念及不同级数的反应的半衰期计算，了解建立动力学方程的两种方法。（P8-9） 5.简单混合和返混的区别，按返混情况不同反应器的分类及各个反应器的特点。（P13-14） 6.反应时间、停留时间、空间时间、空速（1.3-5，1.3-6）的定义及相应的计算。（P15-16） 7.间歇反应器的特性，间歇反应器反应时间的计算（1.4-5），间歇反应器的图解计算。（P17-18，） 8.间歇反应器反应体积的计算。（P21例1-3） 9.理想置换反应器的特性，空时的计算（1.4-15，1.4-16），平推流反应器图解计算示意图及反应器体积的计算。（P22-23，例1-4） 10.膨胀因子、膨胀率的概念、相互关系及计算（1.4-17，1.4-18，1.4-20）。（P24-25） 11.全混流反应器的特性，图解计算示意图及空时的计算（1.4-31）。（P27-28，例1-7） 第二章：复合反应与反应器选型 1.n级反应在简单反应器中性能的比较。（P42） 2.平推流反应器及全混流反应器的串并联空时的计算。一级反应中N个全混釜转化率的计算（2.1.9，2.1.15）。（P43-45） 3.自催化反应所用反应器的最优组合及反应时间的计算。（P49-51，P68 习题7） 4.可逆吸热和可逆放热反应速率与温度、转化率的关系图，操作方式及反应器的选择（2.3-14，2.3-18）。（P53-56） 5.平行反应转化率、平均选择性和收率的概念及相互关系（2.4-8，2.4-9，2.4-10，2.4-11），瞬时选择性和平均选择性的关系（2.4-15，2.4-16），温度和浓度对平行反应选择性的影响。（P57-59，P60例2-2）
第二章 气固相催化反应宏观动力学-第四版
第二章气－固相催化反应宏观动力学 气－固相催化反应步骤： 1、扩散(外扩散、内扩散) 2、吸附 3、表面反应 4、脱附 5、扩散(内扩散、外扩散) 第一节气－固相催化反应宏观过程 2-1 气－固相催化反应过程中反应组分的浓度分布 以球形催化剂为例： 滞流层内扩散－物理过程
滞流层内反应物浓度梯度为常量 As Ag C C -－外扩散过程的推动力。 进行内扩散时，同时进行反应。 R ↑，反应量↑，反应物浓度↓ 活性↑，反应物浓度↓ 产物扩散过程与反应物相反。 2-2 内扩散有效因子与总体速率 由于催化剂对反应物扩散程度不一样，反应物反应的量也不同，在催化剂内表面上的反应量一定小于按固体外表面计算的反应速度，二者之比称为内扩散有效因子或内表面利用率，或者有效因子。 内扩散有效因子定义解析式： ()()i AS s S A s S C f k dS C f k i ? = ζ 式中：s k －单位表面积计算的反应速率常数 A C －颗粒内反应物浓度 AS C －颗粒外表面上反应物浓度 i S －单位体积床层催化剂的内表面积 内扩散有效因子定义： 率 及内表面计算的反应速 按反应组分外表面浓度 梯度计算的扩散速率按反应组分外表面浓度= ζ 稳定时：单位时间扩散到外表面的量＝颗粒内的反应量 即：()()()ζAS i s AS Ag e g g A C f S k C C S k r =-= 上式即为外扩散在内的宏观动力学。
式中：()g A r －宏观反应速率 g k －外扩散传质系数 e S －单位体积床层中的外表面积 如一级反应：则()* A AS AS C C C f -= 其中：*A C －平衡浓度 则宏观动力学方程： ()()()*A AS i s AS Ag e g g A C C S k C C S k r -=-=ζ e g i s A i s Ag e g AS S k S k C S k C S k C ++= ζζ* ()() e g i s A i s Ag e g Ag e g Ag i s e g g A S k S k C S k C S k C S k C S k S k r +--+= ζζζ* ζ i s e g Ag Ag S k S k C C 11+ -= 稳定时，反应放热量＝外表面传热量 即()()()()()g S e S R AS i s R g A T T S H C f S k H r -=?-=?-αζ 式中：S α－气流主体与外表面间的给热系数 S T －外表面温度 g T －气流主体温度 2-3 催化反应控制阶段的判别 1、化学动力学控制 条件：
《化学反应工程》课程教学大纲
《化学反应工程》教学大纲 一、说明 （一）本课程的目的、要求 化学反应工程是化学工程与工艺专业的核心课程，也是其它化工类专业重要的相关课程，基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两个方面，目的是使学生掌握研究工业规模化学反应器中化学反应过程动力学（称宏观动力学）的方法和基本原理，掌握理想反应器的设计和分析，进一步以宏观动力学和理想反应器为基础，对工业反应装置的结构设计、最优操作条件的确定及控制、模拟放大等进行研究。能培养学生的工程方法论、工程能力和技术经济理念。 学生学完本课程后，能对反应器内三传现象和化学反应速率之间的相互作用有深厚的理解，掌握依靠数学模型方法对反应器分析的基本原理。能够建立反映反应器基本特征的数学模型。能够对等温操作的理想反应器进行体积设计；正确认识反应器流动模型、停留时间分布和非理想反应器的数学描述，用于预测实际反应器的转化率；掌握等温催化剂以及外扩散对多相反应过程影响的数学模型分析原理。懂得对实际非等温理想反应器作物料守恒和能量守恒耦合系统分析的计算方法。学习应用科学计算软件求解反应器二维数学模型耦合偏微分方程组，给出反应器内的空间场量，如流场、压力场、浓度场和温度场，为反应器结构优化设计提供科学依据。 （二）内容选取和实施中注意的问题 注重与《化工原理》《物理化学》等有关先修课程的衔接，教学重点是化学反应工程学的基本原理及基本处理方法。在教学中重视理论联系实际和课堂讨论，并加强典型实例的讲解。 （三）教学方法 多媒体教学，以课堂讲授为主，辅以课堂讨论。 （四）考核方式 闭卷考试，平时成绩占20％，考试成绩占80％。
二、大纲内容 绪论 1. 物质转化过程工业中的化学加工； 2. 化学反应工程与多尺度及多学科的联系； 3. 数学模拟方法； 4. 工程放大与优化。 说明和要求: (1) 了解反应工程课程的性质、化学反应工程与多尺度及多学科之间的联系；了解研究化学反应过程常用的方法与模型，工程放大与优化的方法。 (2) 重点：化学反应过程常用的方法与模型，工程放大与优化的方法。 (3) 难点：无。 第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础 1. 化学反应和工业反应器的分类； 2. 化学计量学； 3. 加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数； 4. 化学反应速率及动力学方程； 5. 温度对反应速率的影响及最佳反应温度； 6. 反应器设计基础及基本设计方程。
化学反应工程名词解释和简答题
1.反应动力学主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，如反应模式、速率方程及反应活化能等等。包含宏观反应动力学和本征反应动力学。 2.化学反应工程化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的学科，即以化学 反应为研究对象，又以工程问题为研究对象的学科体系。 3.小试，中试小试：从事探索、开发性的工作，化学小试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求。中试：要解决的问题是：如何釆用工业手段、装备，完成小试的全流程，并基本达到小试的各项经济技术指标，规模扩大。 4.三传一反三传为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反”为化学反应过程（反应动力学）。 5催化剂在化学反应中能改变反应物的化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂。 6催化剂的特征（1）.催化剂只能加速热力学上可以进行的反应。 （2）.催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数）。 （3）催化剂对反应具有选择性，当反应可能有一不同方向时，催化剂仅加速其中一种。 （4）.催化剂具有寿命，由正常运转到更换所延续时间。 7活化组份活性组分是催化剂的主要成分，是真正起摧化作用的组分。常用的催化剂活性组分是金属和金属氧化物。 8.载体催化剂活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。 9助催化剂本身没有活性，但能改善催化剂效能。助催化剂是加入催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本身没有活性或活性很小，但是他们加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成，化学结构，离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构，孔结构分散状态，机械强度等，从而提高催化剂的活性，选择性，稳定性和寿命。 10平推流反应器理想平推流反应器是指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，像活塞一样在反应器中向前平推， 11全混流反应器流入反应器的物料，在瞬间与反应器的物料混合均匀，即在反应器中各处物料的温度、浓度都是相同的。
气固相催化反应动力学
第五章气-固相催化反应动力学本章核心内容：介绍了气-固相催化反应的特点、固体催化剂的特征参数和均匀及不均 匀吸附等温方程的要点，在此基础上，阐述了不同控制步骤的气-固相催化反应本征动力学 方程。本章的重点在于讨论有关固体催化剂的反应-传质 - 传热耦合的宏观过程、宏观动力学 方程的建立及求解方法。 前已述及，化学反应可分为均相反应和非均相反应两大类。均相反应动力学因无相间传质传热阻力属于本征动力学范畴，而气固两相催化反应存在相间传递阻力，使可测的主体气流温度和浓度与实际反应值不同，为了描述真实的反应速率，进行有效的气固催化反应器设计，从第五章开始，将学习和讨论气固非均相反应动力学及其反应器设计内容。本章从它的机理方程入手，详细讨论气固相催化反应宏观动力学规律。 5-1气-固相催化反应 5-1-1气-固相催化反应概述 所谓气固相催化反应是指在反应条件下，在固体催化剂表面上进行的、反应物和产物均呈气态的一类化学反应。例如，氮气和氢气在固体铁催化剂表面上进 行的合成反应，二氧化硫在固体钒催化剂表面上转化为三氧化硫的反应，合成气在铜基催化剂表面上进行合成甲醇的反应等等，都属于气固相催化反应。这一类型的催化反应在化工生产中所占的份额相当大，因此气固相催化反应动力学研究及其反应器设计等相关内容成为化学反应工程学的核心内容之一。 气固相催化反应的最大特点莫过于固体催化剂表面这个反应平台，它不仅可以改变反应路径、降低反应活化能，加快反应速率。因此，在定义气固相催化反 应速率时，离不开固体催化剂表面积 S 这个参变量的引入，即 1 dn i （5-1） r i S dt 固体催化剂表面积是固体催化剂的重要性能参数之一，对于特定的催化剂而言，单位质量催化剂所具有的表面积几乎是一个常量，两者之间具有高度的对应关系，所以在定义气固相催化反应速率时，也常常用固体催化剂质量W 替代式
气固催化反应的七个步骤
1气固催化反应的七个步骤 1）气体反应物通过滞留膜向催化剂颗粒表面的传质（外扩散） 2）气体沿微孔向颗粒内的传质（内扩散） 3）气体反应物在微孔表面的吸附 4）吸附反应物在催化剂表面的反应 5）吸附产物的脱附 6）气体产物沿微孔向外扩散（内扩散） 7）气体产物穿过滞流膜扩散到气流主体（外扩散） 1,7为外扩散过程 2,6为内扩散过程 3,4,5为化学动力学过程（本征动力学） 2颗粒反应速率 外扩散很慢 C AO>>C AS C A 0 r N A=k G C A0 外扩散(external transfer) 的速率： N A = k c a(c Ag-c AS) N A = k g a(p A旷P AS) 传质 传热(T S-T 0) ma=(k /h) (- H) (c A0-C Ae) 内扩散很慢 C A0 C AS > C A r= r S(C AS) r S(C A0) 3分子内扩散 气体在催化剂内的扩散属孔内扩散，根据孔的大小分为两类：孔径较大时, 为一般意义上的分子扩散；孔径较小时，属克努森（Knudson）扩散 罟D A S鑒D A:扩散系数cm2s1 费克（Fick ）扩散定律 ※当微孔孔径远大于分子平均自由程时，扩散过程与孔径无关，属分子扩散※努森扩散
10时 D KJ为克努森扩散系数； 1 子质量D jm 1 T为温度， N 1 y k y j k j D jk K r D 为微孔半径，cm M为组分j的相对分 1 15 1 ay A / D AB ※综合扩散1 N B N A,N B： A，B组分的扩散通量 a 1 - N A y A: A组分在气相中的摩尔分率 等分子扩散, N A N B， a 0 111 D j D jm D K,j 有效扩散系数：Dej = ( / t) D 可 4有效因子 有内扩散影响时的实阪应速率 以颗粒外表面反应条瞬本征速率计算的反应率 卩二｝ (勺)
醋酸乙酯加氢制乙醇气液固三相反应过程
醋酸乙酯加氢制乙醇气液固三相反应过程 潘文龙;岳志;程振民 【摘要】采用Cu-ZnO/Al2O3催化剂,在高压搅拌釜中进行了醋酸乙酯加氢制乙醇气液固三相反应过程的研究,考察了溶剂效应、内外扩散和反应条件对醋酸乙酯转化率和乙醇选择性的影响.实验结果表明,醋酸乙酯在四乙二醇二甲醚溶剂中的转化率要高于在液体石蜡介质中的转化率.以四乙二醇二甲醚为溶剂,当催化剂粒径小于120 μm,搅拌转速大于800 r/min时,反应的内外扩散阻力可忽略;在最佳的反应条件(温度250℃,压力5.0 MPa,醋酸乙酯液时空速1.0h-1,氢气与醋酸乙酯的物质的量之比(氢酯比)10:1,搅拌转速800 r/min)下,醋酸乙酯的转化率为83.5％,乙醇的选择性为96.5％.在醋酸乙酯加氢制乙醇反应中引入液相介质,能够较好地解决气固相反应中催化剂床层的移热问题,且能有效降低反应的氢酯比. 【期刊名称】《华东理工大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2016(042)006 【总页数】6页(P752-757) 【关键词】醋酸乙酯;催化加氢;乙醇;氢酯比;三相反应 【作者】潘文龙;岳志;程振民 【作者单位】华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237 【正文语种】中文
【中图分类】TQ031 乙醇(EtOH)是基础工业原料之一,广泛应用于化工、医药、食品、国防等领域,又是非常重要的清洁燃料。目前乙醇的生产主要采用粮食发酵法及乙烯水合法[1],前者 受粮食价格影响较大,后者的经济效益低。近年来,醋酸酯加氢制备乙醇技术越来越 受到人们的重视[2-3],该技术的应用一方面可以缓解目前国内醋酸行业产能严重过剩、市场持续低迷的状况,开发其下游产业链,另一方面随着能源安全问题的日益突出,燃料乙醇将得到广泛的应用[4]。 醋酸乙酯(EA)加氢制备乙醇,由于只有铜基催化剂成本低,反应物单程转化率高、选 择性好,产物后续分离简单等优点,因此目前研究较多。加氢反应器是醋酸乙酯加氢 制乙醇生产中的重要装置,目前对醋酸乙酯加氢制乙醇的研究主要是在固定床反应 器中进行气固相催化加氢[5-11],采用的氢气与醋酸乙酯物质的量之比(氢酯比)往往会很高(通常为30∶1～60∶1),氢气动力消耗大。另外,醋酸乙酯加氢为可逆放热反应,固定床移热差,容易产生飞温,不利于加氢反应的进行,还会影响催化剂的 使用寿命。 气液固三相浆态床反应器催化剂分散均匀、传递性能良好,由于在费托合成、液相 甲醇合成等工艺中的成功应用,引起了越来越多的关注[12-13]。浆态床反应器中引入高沸点液相介质,这种介质具有较高的热容,可以使反应控制在等温条件下进行,反应器中采用的细颗粒催化剂比表面积大、利用率高,并且不易发生烧结[14-17]。目前对于醋酸乙酯加氢制乙醇气液固三相反应的研究还鲜见报道。 本文采用铜基复合催化剂,分别以液体石蜡和四乙二醇二甲醚为惰性溶剂,在高压搅 拌釜中进行了醋酸乙酯加氢制乙醇气液固三相反应,考察了溶剂效应、内外扩散、 反应条件对醋酸乙酯转化率和乙醇选择性的影响,并确定了最佳的工艺条件参数。 本文采用由共沉淀法制备的Cu-ZnO/Al2O3催化剂,主要物理化学性质如表1所示。醋酸乙酯加氢反应在250 mL的GS型高压搅拌釜中进行,实验流程如图1所示。
固定床催化裂解实验装置操作说明
固定床催化裂化实验装置操作说明 一、前言 固定床催化反应装置是化工反应中最常用的一种设备，其中反应器内填加固体催化剂（催化剂可为粒状、条状、球状、中孔状、三叶草状等形体），普通情况是将催化剂填装在反应管中部，由支撑架和不锈钢丝网，耐热硅酸铝棉铺垫，在催化剂上部再用耐热棉铺压，原料从预热器将液体原料加热气化后进入反应器上部，成气相与热催化剂接触反应，如果原料是气休仅预热即可进入反应器。理论上讲管式反应器的流动应是平推流或称柱塞流，但经过催化床层会发生吸附、扩散反应等过程，使流动状态复杂化。催化裂化是在有裂化反应的酸性催化剂上进行的反应过程。主要是炼油厂用来制造汽油、燃油、液化气等产品，在石油化工生产中占有重要的地位。通常多使用流化床、提升管流化床、移动床。固定床只在实验室内做评价与筛选催化剂使用。这类催化剂有无定形硅酸铝、Y型分子筛。目前以超稳Ｙ型分子筛使用最广泛．要求催化剂有好的强度，高的堆比重和热稳定性与长寿命。 石油烃类在催化剂作用下发生断裂反应，大部分的碳链数目下降成为低碳数的烯烃、烷烃，以及少数烯烃聚合成焦油和碳化物、碳等，反应过程催化剂表面往往被高碳物和碳覆盖而失去活性，为此必须通入空气进行烧碳或通入水蒸汽，碳、高碳物与空气中的氧发生反应生成CO2和CO，最后使催化剂恢复活性，因此，此反应操作为反应-再生的实训过程，在操作中掌握有关固定床的使用方法和求取最佳反应条件的工艺数据，掌握反应流程所需的安排和设备结构。 二、装置流程及控制点、面板布置图 1、流程和控制点 反应流程和控制点如图１所示
2、面板布置 流程的仪表面板布置如图２所示 三、技术指标、设备配置与结构 1、装置的技术指标： （1）最高使用温度600℃，最高使用压力 0.2MPa；（2）氮气吹扫气体流量0.1—1L/min；
催化原理
催化在石油精炼中的应用 石油精炼是指由原油、半成品油、天然气、烷烃或醇为原料生产精制石油产品；产物包括汽油、煤油、燃油、液化气、沥青、润滑油、柴油以及残渣等. 石油精炼涉及的催化过程包括： 催化裂解（catalytic cracking） 催化重整（catalytic reforming） 加氢精制（hydrogen refining） 加氢裂解（hydrocracking） 异构化（isomerization） 烷基化(alkylation)，等等； 催化剂是一种能够改变化学反应速度，而它本身又不参与最终产物的物质 催化作用：加速反应而不影响化学平衡的作用。 催化分类： 匀相催化---催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化过程； 多相催化---发生在两相界面上的反应，催化剂为固体，反应物为气体或液体；酶催化---是生物体内的催化作用，介于均相与非均相催化反应之间的过程；注：如果按作用机理不同，催化剂可分为以下种类：金属催化剂、金属氧化物催化剂、配位（络合）催化剂、酸碱催化剂和多功能催化剂. 催化特点： 1. 催化过程是一个化学过程； 2. 至少一个活性分子与催化剂发生化学作用； 3. 反应速率发生改变（加快或减慢）； 4. 催化剂的化学组成不发生变化。 催化剂作用的基本特征 ➢催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应 ➢催化剂只能改变化学反应速度，而不能改变化学平衡的位置 ➢催化剂对反应具有选择性 ➢催化剂具有寿命 固体催化剂的组成 通常包括三个部分： 1. 活性组分；大多为金属； 2. 载体：常见的是多孔材料，如Al2O3、活性碳,SiO2, ZrO2,等 3. 助剂：少量的金属盐. 助催化剂 具体作用：这类物质单独存在时并不呈现所需要的催化活性，但与催化活性组分共存时则可改善后者的催化性能。 大致分为： 1）结构型助剂，用于增进活性组分比表面积或提高活性构造稳定性，如氨合成用的铁-氧化钾-氧化铝催化剂中的氧化铝； 2）调变型助剂，可对活性组分的本性起修饰作用，因而改变其比活性，如前述铁－氧化钾－氧化铝催化剂中的氧化钾； 3）毒化型助剂，能使某些引起副反应活性中心中毒，从而提高目的反应的选择性，如在某些用于烃类转化反应的催化剂中，加入少量碱性物质以毒化催化剂中引起炭沉积副反应的中心.
第五章气固相催化反应本征动力学
第五章气固相催化反应本征动力学 5. 1气固相催化过程（自学） 5. 2固体催化剂（自学） 5. 3气固催化反应本征动力学 以反应A = B 为例。 A 分子, O 多相催化反应过程示意图 流 体 主 体 吸附态的A 分子, 吸附态的B 分子, B 分子
整个多相催化反应过程可概括为下列七个步骤组成： 1、反应组分从流体主体扩散到固体催化剂的外表面（外扩散过 程）； 2、反应物自催化剂外表面扩散到催化剂内部（内扩散过程）； 3、反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程）； 4、吸附的反应物转换为吸附态的生成物（表面反应过程）； 5、生成物从催化剂的表面上脱附下来（脱附过程）； 6、脱附的产物分子由催化剂的孔道向外扩散到催化剂的外表面 （内扩散过程）； 7、产物自催化剂的外表面扩散到流体主体（外扩散过程）。什么是气固相催化反应本征动力学？ 气固相催化反应本征动力学由如下三步构成（不包括扩散的影响）1）吸附一气相分子在催化剂表面上化学吸附形成吸附络合物。2）反应一吸附络合物之间相互反应生成产物络合物。 3）脱附一产物络合物由固体表面脱附出来。 5. 3. 1化学吸附与脱附 目的一由吸附、脱附速率方程求出： 1.二〜P的关系； 2.如果其为控制步骤时就认为是本正动力学速率。 一、化学吸附速率的一般表达式
①组分A的吸附率（活性中心覆盖率）二
② 空位率J 设，i 为i 组分的覆盖率，则有下式： J S = 1 理论基础一表面质量作用定律：对如下的多相基元反应 aA 吸 bB 吸=cC dD 反应速率r 与反应物的吸附量或覆盖度(吸附率)B 成正比，其覆盖 度的指数等于相应的化学计量系数： 厂 5.3— 3 表面质量作用定律是理想吸附催化反应动力学的基础， 它在多相 催化反应动力学中的地位相当于质量作用定律在均相反应动力学中 的地位。 化学吸附为何可用表面质量作用定律? —化学吸附作用为化学键力，相当于基元化学反应过程，因此可 用表面质量作用定律。 对A •二＞ A 吸附过程，吸附速率可写成： r^ k a P A \ = k a °exp( E a /RT)P A ，v 5.3—4 式中：r a —吸附速率 E a —活化能 被组分A 覆盖的活性中心数 总的活性中心数 5.3— 1 未被气相分子覆盖的活性中 总的活性中心数 心数 5.3—2
化学反应工程 第八章
第八章流-固相非催化反应 概述 流–固相非催化反应简称流–固相反应,是一类重要的化学反应,这类反应中有流体–气体或液体,有固体,可表示为: A(流体)+B(固体)→C(流体)+D(固体) 这是一个普遍式,实际反应按A、B、C、D物相组合方式具有多种类型，但其中的固体不是催化剂，而是反应物或者产物。 本章主要内容如下： 1．流–固相反应的分类及特点； 2．收缩未反应芯模型及总体速率； 3．流–固相反应器及计算。 第一节流–固相非催化反应的分类及特点 8-1 流–固相非催化反应的分类 流–固相反应可以分为气-固相反应和液–固相反应两大类。 一、气–固相非催化反应 气–固相反应可以分成五类。 1．A（固）→B（固）+C（气） 固体分解反应，是工业上制备金属氧化物的主要反应。 CaCO3（S）= CaO（S）+CO2（g） 2NaHCO3（S）= Na2CO3（S）+H2O（g）+CO2（g） 2．A（固）+B（气）→C（固） 金属的氧化、低价氧化物的氧化以及特殊固相产品的制备。 4Fe（S）+O2（g）= 2Fe2O3（S） CaC2（S）+N2（g）= CaCN2（S）+ C（S） 电石石灰氮 3．A（固）+B（气）→C（气）
固体气化反应，在化工生产中广泛应用，例如煤的燃烧和气化反应。 C（S）+ O2（g）= CO2（g） C（S）+ H2O（g）= CO（g）+ H2（g） 2C（S）+ O2（g）= 2CO（g） 4．A（固）+B（气）→C（固）+D（气） 这类反应在气–固相反应中最为普遍，广泛的涉及各个工业领域。 在冶金工业中，金属硫化物有矿石的氧化焙烧反应： 4FeS2（S）+11O2（g）=2Fe2O3（S）+8SO2（g） 2ZnS（S）+3O2（g）=2ZnO（S）+2SO2（g） 氧化锌脱硫反应： ZnO（S）+H2S（g）=ZnS（S）+H2O（g） 5．A（气）+B（气）=C（固）+D（气） 这类反应是制备超细材料的一种重要方法，例如： TiCl4（g）+O2（g）= TiO2（S）+2Cl2（g） TiCl4（g）+CH4（g）= TiC（S）+4HCl（g） TiC为高温陶瓷粉末。 二、液–固相非催化反应 液–固相反应可以分为五类。