西安交通大学：《催化原理》课程教学课件（讲稿）气固多相催化反应动力学基础

为什么研究催化反应动力学？口认识催化反应机理及催化剂的动力学特性·速率常数：可用来比较催化剂的活性·活化能：判断活性中心的异同·指前因子：用于求取活性中心的数目口为改进现有催化剂和设计新型催化剂提供依据口为工业催化过程确定最佳生产条件口为反应器设计奠定基础

认识催化反应机理及催化剂的动力学特性 • 速率常数：可用来比较催化剂的活性 • 活化能：判断活性中心的异同 • 指前因子：用于求取活性中心的数目 为改进现有催化剂和设计新型催化剂提供依据 为工业催化过程确定最佳生产条件 为反应器设计奠定基础 为什么研究催化反应动力学？

授课内容一、反应动力学的基本概念二、催化反应速率方程的建立三、动力学方法与反应机理四、扩散与反应

一、反应动力学的基本概念 二、催化反应速率方程的建立 三、动力学方法与反应机理 四、扩散与反应 授课内容

气固多相催化反应步骤催化剂外层反应物(4)(3)1 L(5)(2)6微孔1.反应物分子到达催化剂颗粒外层流层的外扩散：2.反应物分子在催化剂颗粒孔内的内扩散：3.反应物分子在催化活性中心的吸附：4.表面催化反应：5.产物分子的脱附6.产物分子的内扩散；7.产物分子的外扩散

气固多相催化反应步骤 反应物 微孔 催化剂外层 1. 反应物分子到达催化剂颗粒外层流层的外扩散； 2. 反应物分子在催化剂颗粒孔内的内扩散； 3. 反应物分子在催化活性中心的吸附； 4. 表面催化反应；5.产物分子的脱附； 6.产物分子的内扩散；7.产物分子的外扩散

一、基本概念ds(mol s-l)化学反应速率11dt化学反应的反应进度：n，和n分别是反应时间为tn;-no和O时组分i的摩尔数，m为s=组分i的化学计量系数m;ds化学反应的速率：(mol/s)dtNote：为使反应进度的值统一为正值，规定化学计量系数反应物的为负值，生成物为正值。反应进度只与化学反应方程式的写法有关，而与选择系统中何种物质来表达无关

一、基本概念 1 ( ) d r mol s dt  − 1、 化学反应速率 = 

一、基本概念d:(mol s-l)化学反应速率1中dt1 d=(mol .cm-3 . s-')r>体积比速率V dt1 d>面积比速率(mol ·cm-2 . s-l)rAA dt1ds>质量比速率(mol g-l .s-l)rmWdt

一、基本概念 ➢体积比速率 ➢面积比速率 ➢质量比速率 1 ( ) d r mol s dt  − =  1 2 1 ( ) A d r mol cm s A dt  − − =   1 3 1 ( ) V d r mol cm s V dt  − − =   1 1 1 ( ) m d r mol g s W dt  − − =   1、 化学反应速率

2、转换数(TON)和转换频率(TOF)TON:固体催化剂表面每个活性中心能转化的反应分子的数目。TOF：每个活性中心单位时间的转换数（s-1）优点和不足：表示活性的方法很科学，但测定活性位不易，目前限于理论方面的应用

2、 转换数(TON)和转换频率(TOF) TON：固体催化剂表面每个活性中心能转化的 反应分子的数目。 TOF：每个活性中心单位时间的转换数（s -1）。 优点和不足：表示活性的方法很科学，但测 定活性位不易，目前限于理论方面的应用

3、速率方程与动力学参数定义：表示反应速率与作用物（包括反应物、生成物、添加物）的分压（或浓度）关系的函数微分形式：r=f(P,P2.,P,P,",P")积分形式：表示停留时间与反应物转化率或产物生成率间的关系

3、 速率方程与动力学参数 定义：表示反应速率与作用物（包括反应物、生 成物、添加物）的分压（或浓度）关系的函数 微分形式： (P ,P , ,P ,P , ,P ) ' '' 2 ' 1 2 1 r = f   积分形式：表示停留时间与反应物转化率或产物 生成率间的关系

幂式速率方程：r=kPPp.k：速率常数；α，β…：反应级数ka,P,双曲线式速率方程：r：1+aP+2P+.k：速率常数；入：常数

幂式速率方程： =    A PB r kP k：速率常数；， ：反应级数 双曲线式速率方程： + + + = 1 1 P1 2 P2 k P r i i    k：速率常数；i：常数

Arrhenius(阿伦尼乌斯)定律：k = Aexp(-E,/RT)指前因子表观活化能

Arrhenius(阿伦尼乌斯)定律： Aexp( E /RT) a k = − 指前因子 表观活化能

4、速率控制步骤概念：催化反应由一般由许多基元反应构成，如果其总速率由其中一步的速率决定，这一步就称为速率控制步骤有时也简称速控步骤推论：在定态时，除速控步骤之外的其它各步都近似地处于平衡状态，因为其他步骤都是可以很快进行的步骤这使得速率方程可以大大的简化。TS5-2C,Hs, 2H(0)HZ1.78FLP-2VoTS6-4FLP-3VoTS7-3(BPH'SN31.19TS4-31.10M3TS8-30.790.89H3)TS1-30.660.660.650.510.24N4K4L3S4-4H4010.17M4.0.470.790.07B30.35A3A40.310-C40.23S1K30.082CH,(Ce),2H(O)0.00G40.050.31L40.22B40.32-0CH(g)0.38C,Hdg), H(g)J4H(Ce)00CHa,CH(g)生O101.02Hos-1(BPH'S福(BH'S(6O)14-1.35J3-1.06O.H131.43ReactionCoordinate

4、速率控制步骤 概念：催化反应由一般由许多基元反应构成，如果其总速率 由其中一步的速率决定，这一步就称为速率控制步骤， 有时也简称速控步骤。 推论：在定态时，除速控步骤之外的其它各步都近似地处于 平衡状态，因为其他步骤都是可以很快进行的步骤， 这使得速率方程可以大大的简化