化学反应工程课件第一章,.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第十一节 固体催化剂的失活 失活的原因： 失活：由于各种物质及热的作用，催化剂的组成及结构逐渐变化，导致活性下降及催化性能变化，这种现象称为失活。 中毒 结焦 堵塞 烧结 热失活 中毒：进料中的某些杂质能牢固地吸附在活性中心上，无法除去 结焦：在反应过程中生成的不挥发物质覆盖了活性中心 烧结：高温引起的催化剂或载体的微晶长大，使表面积和孔隙率减小而导致催化活性下降 热失活：化学组成和相组成的变化，或活性组分由于生成挥发性物质而损失 堵塞：在反应过程中被带入的或生成的不挥发物质堵塞了微孔 * 催化剂失活时，其相对活性可按如下定义： * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第五节 均相气体反应和液体反应的动力学方程 Homogeneous Reaction of gas and liquid 下面以封闭系统（间歇操作的反应器）在恒压恒容条件下的化学反应速率方程（微分形式和积分形式）为例分类进行说明。 一、一级不可逆反应 First－order irreversible reaction 或 * 二、二级反应（Second－order reaction） （情况A） 或 （情况B） 对情况A： 积分得： 对情况B： 若 则 若反应物之一极大过量， 其浓度可近似地看作常数得到表观一级动力学方程： 此时反应按一级反应处理。 * 三、平行反应 Parallel Reaction 假定A2极大过量，反应便按表观一级反应处理： ? (i) (ii) (iii) 式(i)积分后可得： * 表明产物A3和A4得生成速率之比仅与速率常数k1和k2的比值有关。 假定反应混合物体积不变，且A3和A4的初始浓度均为零，则： * 四、连串反应（石油裂解制乙烯、丙稀、氢气等） （Serial reaction） 假定其中的单元步骤均为一级反应，则 (i) (ii) (iii) (i) 式积分后可得： 代入(ii)式后得： * 在 时，若C2,0＝0，此微分方程的解为： 只要A2 和A3 的初始浓度为零，则： ∴ 五、可逆反应（Reversible reaction） 简单反应的一级可逆反应： 其动力学表达式为： * 将 代入其中（ ），可得： 积分得： 当 时，反应物浓度为平衡浓度 ∴ 引入转化率X1和平衡常数KC ( )， 为平衡转化率。 则： * 第六节 非均相催化反应 Heterogeneous Catalytic Reaction 非均相催化反应的过程： （a）反应物在催化剂表面上的吸附。 （b）表面上的催化反应。 （c）产物的脱附。 必要时还要考虑传递过程对动力学的影响。 一、吸附和脱附 adsorption and desorption 组分吸附过程可由以下方程式描述： 式中Z称为催化剂表面活性位。 * 吸附速率 称为覆盖率 令 R1，a =0 即为达到吸附-脱附平衡时的状态，此时 式中 此式为langmuir等温吸附方程 多组分吸附式 若吸附过程为：A1+2Z 2A1— —2Z 则 * 二、催化的表面反应 单分子反应： 表面反应速率： 双分子反应： 表面反应速率： 即为两个相邻的、被A1或A2覆盖的表面活性位的存在几率。 三、非均相催化反应的动力学方程 1、催化的表面反应为速率控制步骤 此时表面已达吸附平衡，覆盖率 反应速率为催化的表面反应速率： 令 ，则 * 讨论： 1、 低时，如 或 很小，使 ，反应按表观一级动力学进行。 2、若覆盖率 接近于1（因 或 很大），则