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《工業(yè)催化-第一章催化劑與催化作用ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、工業(yè)催化研究目前注重的問題催化技術(shù)的發(fā)展，除對傳統(tǒng)石油化工不斷更新改造外，在根治環(huán)境污染、開發(fā)新環(huán)境友好工藝催化技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用。石油資源的短缺，以天然氣和煤為基礎(chǔ)C1化工是未來的發(fā)展趨勢。利用天然氣生產(chǎn)合成液體燃料、替代液化石油氣和車用柴油的二甲醚、經(jīng)甲醇合成乙烯和丙烯的MTO及MTP工藝已成為當(dāng)今C1化工研究開發(fā)重點(diǎn)，而開發(fā)新型高效催化劑是關(guān)鍵。從長遠(yuǎn)發(fā)展角度，生物催化、生物質(zhì)資源的催化轉(zhuǎn)化，是可持續(xù)發(fā)展的需要。第一章催化劑與催化作用-本章主要內(nèi)容催化作用的基本概念和原理催化劑的主要組成和功能工業(yè)催化劑的基本要求提
2、高反應(yīng)速度的方法工業(yè)上的一個化學(xué)反應(yīng)，要能以一定的速度進(jìn)行，即在單位時間內(nèi)能夠獲得足夠數(shù)量的產(chǎn)品。提高反應(yīng)速度的手段：加熱的方法光化學(xué)方法電化學(xué)方法催化方法既能提高反應(yīng)速度，又能控制反應(yīng)方向什么是催化劑?催化劑是一種物質(zhì)，它能夠加速反應(yīng)的速率而不改變該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由焓變化。催化劑將反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，在循環(huán)的最終步驟催化劑再回到其原始狀態(tài)。更簡單地說，催化劑是一種加速化學(xué)反應(yīng)，而在其過程中自身不被消耗掉的物質(zhì)。許多種類物質(zhì)可用來作催化劑，包括金屬、金屬化合物(如金屬氧化物、硫化物等)、有機(jī)金屬絡(luò)合物、酶或細(xì)胞等。
3、活性中心與轉(zhuǎn)換頻率催化劑并非所有的部分都參與反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，因此那些參與的部分被稱為活性中心。大多數(shù)工業(yè)催化劑使用的形式是多孔小球，每一個小球一般包含1018個催化中心。轉(zhuǎn)換頻率是指每個催化中心上單位時間內(nèi)產(chǎn)生的給定產(chǎn)物的分子數(shù)。催化劑在更換前每個催化活性中心上的催化循環(huán)周轉(zhuǎn)超過十億（109)次。催化劑是如何加速反應(yīng)速率的？-無催化劑時合成氨的活化能對于N2+3H2=2NH3反應(yīng)，無催化劑存在時，在500oC、常壓條件下，反應(yīng)活化能高，~334kJ/mol。此條件下反應(yīng)速度極慢，競不能覺察出氨的生成。催化劑是如何加速
4、反應(yīng)速率的？-催化劑存在下合成氨的反應(yīng)途徑與活化能有催化劑存在下，在催化劑表面發(fā)生了如下所示的一系列表面作用過程，最后生成了氨分子。催化反應(yīng)的速率控制步驟是氮解離步驟，該步的活化能~70kJ/mol。催化劑為反應(yīng)物分子提供了一條較易進(jìn)行的反應(yīng)途徑。不同的催化劑的催化反應(yīng)活化能可能不同。N2+3H2=2NH3的催化反應(yīng)途徑催化作用的特征（1）催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進(jìn)行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)上無法進(jìn)行的反應(yīng)。在開發(fā)一種新的化學(xué)反應(yīng)的催化劑時，首先要對該反應(yīng)體系進(jìn)行熱力學(xué)分析，看在給定的條件下是否屬于熱力學(xué)上可行的反應(yīng)。
5、催化作用的特征（2）催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，不能改變平衡的位置（平衡常數(shù)）?；瘜W(xué)平衡是由熱力學(xué)決定的?G0＝—RT1nKP，其中KP為反應(yīng)的平衡常數(shù)，?G0是產(chǎn)物與反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)自由焓之差，是狀態(tài)函數(shù)，只決定于過程的始終態(tài)，而與過程無關(guān)，催化劑的存在不影響?G0值，它只能加速達(dá)到平衡所需的時間，而不能移動平衡點(diǎn)。不能改變平衡的位置的例子乙苯脫氫制苯乙烯催化劑不能改變平衡位置 -實(shí)例乙苯脫氫制苯乙烯，在600℃常壓、乙苯與水蒸汽摩爾比為1：9時，按平衡常數(shù)計算，達(dá)到平衡后苯乙烯的最大產(chǎn)率為72.3％，這是平衡產(chǎn)率，是熱力
6、學(xué)所預(yù)示的反應(yīng)限度。為了盡可能實(shí)現(xiàn)此產(chǎn)率，可選擇良好催化劑以使反應(yīng)加速。但在反應(yīng)條件下，要想用催化劑使苯乙烯產(chǎn)率超過72.8％是不可能的。不能改變平衡的位置的另一例子烷烴異構(gòu)化不同異構(gòu)體的辛烷值不相同辛烷值的定義辛烷值：汽油在汽油機(jī)中燃燒時的抗震性指標(biāo)。汽油辛烷值大，抗震性好，質(zhì)量也好。常以標(biāo)準(zhǔn)異辛烷值規(guī)定為100，正庚烷的辛烷值規(guī)定為0，這兩種標(biāo)準(zhǔn)燃料以不同的體積比混合起來，可得到各種不同的抗震性等級的混合液，在發(fā)動機(jī)工作相同條件下，與待測燃料進(jìn)行對比?？拐鹦耘c樣品相等的混合液中所含異辛烷百分?jǐn)?shù)，即為該樣品的辛烷值。C
7、5、C6正、異構(gòu)體熱力學(xué)平衡組成催化劑也同時加速逆反應(yīng)速率根據(jù)Kp=K正/K逆，既然不能改變平衡常數(shù)，它必然以相同的比例加速正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)。這個推論具有重要意義。對于可逆反應(yīng)，能催化正方向反應(yīng)的催化劑，就應(yīng)該能催化逆方向的反應(yīng)。例如，脫氫反應(yīng)的催化劑同時也是加氫反應(yīng)的催化劑，水合反應(yīng)的催化劑同時也是脫水反應(yīng)的催化劑。這條規(guī)則對選擇催化劑很有用。催化作用的特征（3）-催化劑對反應(yīng)具有選擇性催化劑對反應(yīng)具有選擇性根據(jù)熱力學(xué)計算，某一反應(yīng)可能生成不只一種產(chǎn)物時，應(yīng)用催化劑可加速某一目的產(chǎn)物的反應(yīng)，即稱為催化劑對該反應(yīng)的選
8、擇性。工業(yè)上利用催化劑具有選擇性，使原料轉(zhuǎn)化為所需要的產(chǎn)品。例如，以合成氣(CO＋H2)為原料，使用不同的催化劑則沿不同的途徑進(jìn)行反應(yīng)。催化劑對反應(yīng)具有選擇性-實(shí)例催化作用的特征（4）-催化劑的壽命催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速度，其自身不進(jìn)入反應(yīng)的產(chǎn)物，在理想的情況下不為反應(yīng)所改變。催化劑在參與反應(yīng)過程中，先與反應(yīng)物生成
