《化学反应工程》课程教学资源（课件讲稿）第8章 气固相催化反应动力学

Chemical Reaction Engineering 第八章气固相催化反应动力学

Chemical Reaction Engineering 第八章 气固相催化反应动力学 1

Chemical Reaction Engineering 反应动力学 均相动力学 气液相 反应动力学 气固相 (按相态) 非均相动力学 气液固三相 口宏观动力学：获得特定反应条件范围内的反应速率，是反应 器设计和优化直接有效的工具。（反应工程所关注的） 口微观动力学：在分子水平上描述化学反应包含的所有基元步 ，是研究反应机理以及催化剂设计和优化的有力工具。（物理 化学所研究的)

Chemical Reaction Engineering （按相态） 反应动力学 均相动力学 非均相动力学 气液相 气固相 气液固三相 .  宏观动力学：获得特定反应条件范围内的反应速率，是反应 器设计和优化直接有效的工具。（反应工程所关注的）  微观动力学：在分子水平上描述化学反应包含的所有基元步 ，是研究反应机理以及催化剂设计和优化的有力工具。（物理 化学所研究的） 反应动力学 2

Chemical Reaction Engineering 8.1气固相催化反应本征动力学 气固相：反应物和 产物均为气相 ,催化剂为固 相 反应过程（步骤）

Chemical Reaction Engineering 气固相：反应物和 产物均为气相 ，催化剂为固 相 反应过程（步骤） 8.1 气固相催化反应本征动力学 3

Chemical Reaction Engineering 1催化过程及特征 的 大多数化学反应，即使热力学可行， 但速度太慢，用处不大。 需要更快地制备有用的化学品 !

Chemical Reaction Engineering 1 催化过程及特征 在均相反应过程中，为数众多的反应按化工热力学的 观点是能够进行的，但由于反应速度极慢，即使接触时间 很长，所得产物也极少，无法进行工业化生产。 什么是催化？ 4

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Chemical Reaction Engineering Overall progression of heterogeneously catalysed reaction ①反应物从气流主体扩散到 Reaktion: 催化剂颗粒的外表面一外扩 Edukt A→ Produkt P 1 散 ②反应物从外表面向催化剂 Grenz- 的孔道内部扩散内扩散 schicht ③反应物在催化剂表面活性 中心上吸附 ④吸附在活性中心的反应物 进行化学反应 6 ⑤产物在催化剂表面活性中 心上脱附 ®产物从催化剂内表面扩散 到外表面-内扩散 A Festbett- ⑦产物从外表面扩散到气流 reaktor A→P 主体外扩散

Chemical Reaction Engineering 第6页 Overall progression of heterogeneously catalysed reaction ①反应物从气流主体扩散到 催化剂颗粒的外表面-外扩 散 ②反应物从外表面向催化剂 的孔道内部扩散-内扩散 ③反应物在催化剂表面活性 中心上吸附 ④吸附在活性中心的反应物 进行化学反应 ⑤产物在催化剂表面活性中 心上脱附 ⑥产物从催化剂内表面扩散 到外表面-内扩散 ⑦产物从外表面扩散到气流 主体-外扩散

Chemical Reaction Engineering g-s相催化化学反应过程步骤 (1) AS CAG (7) B A (g) →B(g) 7

Chemical Reaction Engineering A （g） B（g） A B ⑴ ⑹ ⑵ ⑺ ⑶ ⑷ ⑸ c cAS AG g-s相催化化学反应过程步骤 7

CAC 距离 0 及 8

距离 0 C A CAg CAS CAC R p C * A 8

CAg CAC 0 距离 9

距离 0 CA CAg CAS CAC=C* A Rp 9

Chemical Reaction Engineering 8.1气固相催化反应本征动力学 一、气固相催化反应与热质传递 气固相催化反应是指气体在固体催化剂上进行的催化反应 三个步骤： (1)反应物从气流主体扩散到催化剂表面； (2)反应物在催化剂表面上进行表面反应过程（吸附-反应-脱附）； (3)产物从催化剂表面扩散返回气流主体 内扩散 传质过程 浓度梯度 外扩散 放热反应 传热过程 温度梯度 吸热反应 10

Chemical Reaction Engineering 8.1 气固相催化反应本征动力学 气固相催化反应是指气体在固体催化剂上进行的催化反应 三个步骤： （1）反应物从气流主体扩散到催化剂表面； （2）反应物在催化剂表面上进行表面反应过程（吸附-反应-脱附）； （3）产物从催化剂表面扩散返回气流主体 传质过程 内扩散 外扩散 浓度梯度 传热过程 放热反应 吸热反应 温度梯度 一、气固相催化反应与热质传递 10