陈甘棠主编化学反应工程第五章PPT推荐.ppt
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v气固相催化反应器内进行的是非气固相催化反应器内进行的是非均相反应。
均相反应与非均相反应均相反应。
均相反应与非均相反应的基本区别在于,前者的反应物料的基本区别在于,前者的反应物料之间无相界面;
后者在反应物料之之间无相界面;
后者在反应物料之间或反应物与催化剂之间有相界面,间或反应物与催化剂之间有相界面,存在相际物质传递过程,因此非均存在相际物质传递过程,因此非均相反应器的实际反应速率还与相界相反应器的实际反应速率还与相界面的大小及相间扩散速率有关。
面的大小及相间扩散速率有关。
w当催化剂和反应物处于不同相时为多相催化反应。
w在多相催化反应中,催化剂通常均为固体。
由气体反应物和固体催化剂组成的体系称为气固多相催化反应,它是最常见的且最重要的一类反应,如氨的合成,乙烯氧化合成环氧乙烷。
v化学工业发展到今天的规模,是与催化化学工业发展到今天的规模,是与催化剂的参与密切相关的,大量的化工产品剂的参与密切相关的,大量的化工产品是从煤、石油、天然气这些基本原料出是从煤、石油、天然气这些基本原料出发,中间经过各式各样的催化加工得到发,中间经过各式各样的催化加工得到的。
因此,催化剂的研制往往成为首先的。
因此,催化剂的研制往往成为首先遇到的关键问题,接下来是催化反应器遇到的关键问题,接下来是催化反应器的研制。
的研制。
v本章介绍有关催化反应的基本知识。
本章介绍有关催化反应的基本知识。
固体催化剂固体催化剂催化剂是能够催化剂是能够加速加速化学反应速率而本身能复原化学反应速率而本身能复原的物质。
催化剂有下列性质:
的物质。
1.1.产生中间产物,改变反应途径,因而产生中间产物,改变反应途径,因而降低反应降低反应活化能活化能和加速反应速率;
和加速反应速率;
2.2.不能改变平衡状态和反应热;
不能改变平衡状态和反应热;
3.3.必然同时加速正反应和逆反应的速率;
必然同时加速正反应和逆反应的速率;
4.4.具有选择性,具有选择性,使化学反应朝着期望的方向进行,使化学反应朝着期望的方向进行,抑制不需要的副反应。
抑制不需要的副反应。
n催化剂参与的反应称为催化反应。
催化剂参与的反应称为催化反应。
n催化反应又分为均相催化和多相催化催化反应又分为均相催化和多相催化反应在同一相反应在同一相中进行中进行反应在两相反应在两相界面上进行界面上进行最常见的催化反应是使用固体催化剂的气、最常见的催化反应是使用固体催化剂的气、固相催化反应固相催化反应1.1.活性组分活性组分活性组分的作用是催化作用,通常是金属或金属活性组分的作用是催化作用,通常是金属或金属氧化物,例如铁、铜、铝及其氧化物。
氧化物,例如铁、铜、铝及其氧化物。
2.2.助催化剂助催化剂助催化剂本身基本没有活性,但能够提高催化剂助催化剂本身基本没有活性,但能够提高催化剂的活性、选择性和稳定性。
(的活性、选择性和稳定性。
(5-25-2)3.3.载体载体载体的主要作用是承载活性组分和助催化剂,载体的主要作用是承载活性组分和助催化剂,是负载活性组分和助催化剂的骨架。
(是负载活性组分和助催化剂的骨架。
(5-35-3)固体催化剂的主要组成及基本制备方法固体催化剂的主要组成及基本制备方法v活性组分、助催化剂、载体活性组分、助催化剂、载体由于反应发生在催化剂的表面,所以除少由于反应发生在催化剂的表面,所以除少数活性极高,反应速率极快的情况外,一数活性极高,反应速率极快的情况外,一般都需把催化剂组分分布在载体表面般都需把催化剂组分分布在载体表面载体有些是低表面的,有些是高比表面的载体有些是低表面的,有些是高比表面的(活性炭),催化剂组分分布在这些载体(活性炭),催化剂组分分布在这些载体的内外表面之上。
对于多孔性的物质来说,的内外表面之上。
对于多孔性的物质来说,粒子外表面积与颗粒内微孔表面积比可以粒子外表面积与颗粒内微孔表面积比可以忽略不计。
由于使用了载体,所以只需很忽略不计。
由于使用了载体,所以只需很少量的催化剂即能获得极大的反应表面积。
少量的催化剂即能获得极大的反应表面积。
载体在化学上不一定是绝对惰性的。
而且载体在化学上不一定是绝对惰性的。
而且有助于维持催化剂的稳定。
有助于维持催化剂的稳定。
5.1.25.1.2固体催化剂的基本制备方法固体催化剂的基本制备方法(11)混合法:
)混合法:
混合法是工业上制备多组分固体催化剂混合法是工业上制备多组分固体催化剂时常采用的方法。
它是将几种组分用机械混合的方时常采用的方法。
它是将几种组分用机械混合的方法制成多组分催化剂。
混合的目的是促进物料间的法制成多组分催化剂。
混合的目的是促进物料间的均匀分布,提高分散度。
均匀分布,提高分散度。
n为了提高机械强度,在混合过程中一般要加入一定为了提高机械强度,在混合过程中一般要加入一定量的粘结剂。
混合法分为干法和湿法两种。
量的粘结剂。
n也有和载体一起混炼而成的催化剂也有和载体一起混炼而成的催化剂v(22)浸渍法)浸渍法v浸渍法是将载体浸泡在含有活性组分(主、助催化剂浸渍法是将载体浸泡在含有活性组分(主、助催化剂组分)的可溶性化合物溶液中,接触一定的时间后组分)的可溶性化合物溶液中,接触一定的时间后除去过剩的溶液,再经干燥、除去过剩的溶液,再经干燥、焙烧和活化焙烧和活化,即可制,即可制得催化剂。
得催化剂。
多次浸渍法多次浸渍法v该法是将浸渍、干燥、焙烧反复进行数次。
该法是将浸渍、干燥、焙烧反复进行数次。
v采用此方法有两种情况采用此方法有两种情况:
va.a.浸渍化合物溶解度小,一次浸渍吸附量不足;
浸渍化合物溶解度小,一次浸渍吸附量不足;
vb.b.多组分浸渍时,由于各组分吸附能力不同,造成分多组分浸渍时,由于各组分吸附能力不同,造成分布不均布不均v(33)沉淀法)沉淀法v借助沉淀反应,用沉淀剂将可溶性的催化剂借助沉淀反应,用沉淀剂将可溶性的催化剂组分转化为难溶化合物,再经分离、洗涤、组分转化为难溶化合物,再经分离、洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制得成品催化剂。
干燥、焙烧、成型等工序制得成品催化剂。
v沉淀法是制备固体催化剂最常用的方法之一,沉淀法是制备固体催化剂最常用的方法之一,广泛用于制备高含量的非贵金属、金属氧化广泛用于制备高含量的非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂或催化剂载体。
物、金属盐催化剂或催化剂载体。
v对于要求特别均匀的催化剂,可采用对于要求特别均匀的催化剂,可采用均匀沉淀均匀沉淀法。
法。
v均匀沉淀法是首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体均匀沉淀法是首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合,形成十分均匀的体系,然后调节温充分混合,形成十分均匀的体系,然后调节温度使沉淀剂母体加热分解转化为沉淀剂,从而度使沉淀剂母体加热分解转化为沉淀剂,从而使金属离子产生均匀沉淀,比如尿素。
使金属离子产生均匀沉淀,比如尿素。
v采用此方法得到的沉淀物,由于过饱和度在整采用此方法得到的沉淀物,由于过饱和度在整个溶液中都比较均匀,所以,沉淀颗粒粗细较个溶液中都比较均匀,所以,沉淀颗粒粗细较一致而且致密,便于过滤和沉淀。
一致而且致密,便于过滤和沉淀。
v沉淀法的影响因素沉淀法的影响因素v溶液浓度、溶液温度(溶液浓度、溶液温度(溶液的过饱和度对晶溶液的过饱和度对晶核的生成及长大有直接的影响,而溶液的过核的生成及长大有直接的影响,而溶液的过饱和度又与温度有关系。
饱和度又与温度有关系。
v低温时,过饱和度增大,利于晶核生成,而低温时,过饱和度增大,利于晶核生成,而不利于晶核的长大,故低温沉淀时一般得到不利于晶核的长大,故低温沉淀时一般得到细小的颗粒细小的颗粒、溶液、溶液pHpH值的影响值的影响pHpH值不同,会值不同,会影响沉淀物的晶型状态;
影响沉淀物的晶型状态;
加料顺序的影响加料顺序的影响v加料顺序:
顺加法、逆加法、并加法,常采加料顺序:
顺加法、逆加法、并加法,常采用并加法。
用并加法。
v加料顺序不同,直接影响沉淀过加料顺序不同,直接影响沉淀过程中的程中的pHpH值,因值,因而对沉淀物的性能也会有很大的影响。
而对沉淀物的性能也会有很大的影响。
v加料顺序有:
加料顺序有:
v顺加法顺加法把沉淀剂加到金属盐溶液中。
把沉淀剂加到金属盐溶液中。
v逆加法逆加法把金属盐溶液加到沉淀剂中称为逆加法。
把金属盐溶液加到沉淀剂中称为逆加法。
v并加法并加法把金属盐溶液和沉淀剂同时按比例加到把金属盐溶液和沉淀剂同时按比例加到v中和沉淀槽中。
中和沉淀槽中。
共沉淀法共沉淀法v将含有两种以上金属离子的混合溶液与一种沉淀剂将含有两种以上金属离子的混合溶液与一种沉淀剂作用,同时形成含有几种金属组分的沉淀物,称为作用,同时形成含有几种金属组分的沉淀物,称为共沉淀法。
因此,利用此方法可以制备多组分催化共沉淀法。
因此,利用此方法可以制备多组分催化剂。
剂。
v由于共沉淀法的组成比较复杂,组分容度积不同,由于共沉淀法的组成比较复杂,组分容度积不同,不同的沉淀条件会得到明显不均匀的沉淀产物,当不同的沉淀条件会得到明显不均匀的沉淀产物,当生成氢氧化物共沉淀时,沉淀过程的生成氢氧化物共沉淀时,沉淀过程的pHpH值及加料方值及加料方式对沉淀物的组成有明显影响。
式对沉淀物的组成有明显影响。
v(44)共凝胶法)共凝胶法与沉淀法类似,将两种溶液混合生成凝与沉淀法类似,将两种溶液混合生成凝胶。
胶。
如合成分子筛如合成分子筛就是将水玻璃(硅酸钠)与就是将水玻璃(硅酸钠)与铝酸钠的水溶液与浓氢氧化钠溶液混合,在一铝酸钠的水溶液与浓氢氧化钠溶液混合,在一定的温度和强烈搅拌下生成凝胶,再静置相当定的温度和强烈搅拌下生成凝胶,再静置相当长时间使之晶化、然后过滤、水洗、干燥得到。
长时间使之晶化、然后过滤、水洗、干燥得到。
得到的分子筛表面含有大量的正离子,部分是得到的分子筛表面含有大量的正离子,部分是容易解离的,则可与过渡金属离子(镁离子、容易解离的,则可与过渡金属离子(镁离子、钙离子、锂离子)等进行交换,在硅酸盐表面钙离子、锂离子)等进行交换,在硅酸
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- 陈甘棠 主编 化学反应 工程 第五