《化学反应工程》课程教学资源（PPT课件讲稿）催化反应过程进展

催化反应过程进展 近年催化剂研究的新发展 1、催化剂的多样性和应用的广泛性 在现代石油化工和化学工业中几乎有80%的化 学反应需采用催化剂。在自然界中,尤其是生物 体内发生的化学反应也与催化剂有关。例如, 生物酶催化剂,过渡金属、非金属及金属化合 物、金属有机化合物、分子筛等催化剂,都是 现代有机催化中广泛应用和存在的催化剂

催化反应过程进展 一、近年催化剂研究的新发展 1、催化剂的多样性和应用的广泛性 在现代石油化工和化学工业中几乎有80%的化 学反应需采用催化剂。在自然界中,尤其是生物 体内发生的化学反应也与催化剂有关。例如， 生物酶催化剂，过渡金属、非金属及金属化合 物、金属有机化合物、分子筛等催化剂，都是 现代有机催化中广泛应用和存在的催化剂

催化反应过程进展 2、对国民经济发展的作用。 催化科学是应用学科,其成果可直接转化为生产力,提 高生产效率、创制新物质、简化工艺流程、开辟新型化 学工业,因而带来了巨大的经济效益 3、催化剂品种更新快,商品化迅速。 现在世界上每年申请催化剂专利达上万种,很多在1~2 年后就从实验室走向市场,产生效益。 催化剂研究竞争激烈 为了在经济竞争中取胜,各国各企业不断研制和使用新 型高效催化剂,而且互相保密

催化反应过程进展 2、对国民经济发展的作用。 催化科学是应用学科，其成果可直接转化为生产力，提 高生产效率、创制新物质、简化工艺流程、开辟新型化 学工业，因而带来了巨大的经济效益。 3、催化剂品种更新快，商品化迅速。 现在世界上每年申请催化剂专利达上万种，很多在1～2 年后就从实验室走向市场，产生效益。 4、催化剂研究竞争激烈。 为了在经济竞争中取胜，各国各企业不断研制和使用新 型高效催化剂，而且互相保密

催化反应过程进展 5、计算机应用计算机的应用 使催化剂研究开发工作大大减少了盲目性。现在运用计 算杋,使催化剂的研究进入分子水平。可根据反应分子 的特点,通过计算机计算,模拟出催化剂分子的结构, 合成出相应分子结构的催化剂 研究步骤分5步: 1寻找和处理必要的参考文献; 2根据文献进行化学模拟计算: 3化学试验; 4用计算机处理实验数据; 5设计催化反应和催化剂

催化反应过程进展 5、计算机应用计算机的应用 使催化剂研究开发工作大大减少了盲目性。现在运用计 算机，使催化剂的研究进入分子水平。可根据反应分子 的特点，通过计算机计算，模拟出催化剂分子的结构， 合成出相应分子结构的催化剂。 研究步骤分5步： 1 寻找和处理必要的参考文献； 2 根据文献进行化学模拟计算； 3 化学试验； 4 用计算机处理实验数据； 5 设计催化反应和催化剂

催化反应过程进展 6、催化反应理论多且杂,很不系统。 人们利用催化剂已有几百年,并已制出复杂、高效的催 化剂,但催化理论仍然没有根本性的突破,催化化学尚 未形成独立成熟的学科。随着科学家对分子原子理论和 催化反应机理的深入认识,不断研究和开发新的催化剂 才有可能逐步独立和成熟

催化反应过程进展 6、催化反应理论多且杂，很不系统。 人们利用催化剂已有几百年，并已制出复杂、高效的催 化剂，但催化理论仍然没有根本性的突破，催化化学尚 未形成独立成熟的学科。随着科学家对分子原子理论和 催化反应机理的深入认识，不断研究和开发新的催化剂， 才有可能逐步独立和成熟

催化反应过程进展 催化反应过程研究进展 *强制震荡非定态周期操作催化反应过程 *催化蒸馏 *催化萃取耦联 *渗透蒸发和化学反应的耦合 *催化吸收耦联 *催化吸附耦联 *催化催化耦联 *膜催化 *超临界化学反应

催化反应过程进展 强制震荡非定态周期操作催化反应过程 催化蒸馏 催化萃取耦联 渗透蒸发和化学反应的耦合 催化吸收耦联 催化吸附耦联 催化催化耦联 膜催化 超临界化学反应 二、催化反应过程研究进展

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 1、非定态周期操作的优点 1)流程集成度更高 2 换热器;2一反应器 1一性填料:2一催化剂

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 1、非定态周期操作的优点： 1）流程集成度更高

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 2)热回收效率更高 3)热回收成本低 传统的间壁式换热器一次性投入较高。而流向变 化的固定床反应器是气固直接接触,结构简单,总的 传热系数较高,且单位体积床层的传热面大(等于填 料比表面积),因此效果较好 4)自热操作区更宽 传统流程由于热损失较大及传热效率低,为了维 持自热,单位时间需要的反应提供的热量较多,这就 需要较高的反应物浓度。而流向变化的反应器即使在 反应物浓度为传统的1/10时,仍能维持自热

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 2）热回收效率更高 3）热回收成本低 传统的间壁式换热器一次性投入较高。而流向变 化的固定床反应器是气固直接接触，结构简单，总的 传热系数较高，且单位体积床层的传热面大（等于填 料比表面积），因此效果较好。 4）自热操作区更宽 传统流程由于热损失较大及传热效率低，为了维 持自热，单位时间需要的反应提供的热量较多，这就 需要较高的反应物浓度。而流向变化的反应器即使在 反应物浓度为传统的1/10时，仍能维持自热

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 5)更适于可逆放热反应 240 220 0. Omin 继磷誉 200 10. 0min 20. 0min 180 -30.0min -40 0min 160 -50 0min -60,0min catalyst secton d20-406o80j0o012o01o 填充床长度/mm

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 5）更适于可逆放热反应

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 实例:SO2催化氧化 实验条件: 进口温度床层压力SO2原料浓度空塔气速周期 ℃/×10-5,P/%(质量分数)/m*s-1 n 25-301.4-1.50.531-5.750.175-0.43460~420 平衡转化率和实际转化率的比较: U T 序号 /% 1 /min /℃ 05310.2561804795.799.4 2.970.281 420 49398.996.2 5.750.269180 581 95.083.6

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 实例I：SO2催化氧化 实验条件： 平衡转化率和实际转化率的比较：

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 实例:CO3加氢合成甲醇 CO+ 2H2 CH3OH +Q CO,+3H+* CH3OH+H20+ Q2 CO+H20←CO2+H2+Q3 甲醉时空产率 项目 C,转化率/ 液相产品甲醉浓度/% / kg"b" 定态6mn后 48.37 0.10l 0 动态T,=130min 52.68 D.110 0】

强制震荡非定态周期操作催化反应过程 实例II：COx加氢合成甲醇