《工业催化基础》讲义(09)3
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催化原理教学大纲课程名称:催化原理英文名称:The principle of catalysis总学时:32学时理论学时:32 实验学时:0 总学分:2.0一、课程的性质、目的及任务本课程主要介绍工业催化技术的应用以及催化剂设计、制备、表征的一般知识和规律。
研究催化剂结构与性质之间的关系,从微观的角度探讨催化剂组成、比例及表面层原子、分子及离子的位置、运动以及构型与催化剂性能的关系。
通过本课程的学习使同学们系统地掌握工业催化的基本概念、基本原理、基本方法及技巧,为今后的科研和开发打下良好的基础。
二、课程教学基本要求本课程要求学生掌握催化作用的基本原理,了解各类催化剂及其催化作用,包括固体酸碱催体、分子筛催化、金属催化、络合催化、金属氧化物和金属硫化物催化等,并跟踪工业催化的最新进展;初步了解工业催化剂的基本要求,催化剂的组成、制备原理和方法;初步了解催化实验用的反应器和检测仪器、手段等。
三、课程教学基本内容第一章催化作用与催化剂(含绪论)第一节绪论第二节催化作用与催化剂第二章均相催化第一节配位催化的主要原理及应用第二节酸碱催化的主要原理及应用第三章多相催化第一节多相催化的反应步骤第二节..吸附等温线第三节.金属表面上的化学吸附第四节.氧化物表面上的化学吸附第五节.固体酸碱催化剂及其催化作用第六节.分子筛催化剂及其催化作用第七节.金属催化剂及其催化作用第八节.金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用第四章酶催化第一节.酶的结构及命名第二节.酶催化的特征第三节.酶催化动力学第五章工业催化剂的制备与表征第一节工业催化剂的制备第二节..催化剂的使用、失活与再生第三节催化剂的表面积及其测定第四节催化剂的孔结构及其测定第五节催化剂微观结构的表征第六章工业催化剂的设计主要介绍国外几个主要的催化剂设计专家系统.学时分配表教学内容讲课时实验时实践时上]机时自学时习题课讨论时第一章催化作用与催化剂(含绪论) 4第二章均相催化 4第三章多相催化10第四章酶催化 4第五章工业催化剂的制备与表征8第六章工业催化剂的设计 2合计32总计32.主要参考书目[1]《工业催化剂设计与开发》,黄仲传等编著,华南理工大学出版社;[2]《工业催化原理》,李玉敏,天津大学出版社;[3]《液相化学反应动力学原理》,金家骏,上海科学技术出版社;[4]《催化剂成型》,朱洪法,中国石油化工出版社;1987;[5]《实用催化》,高正中,化学工业出版社,1996。
工业催化的化学基础工业催化是指利用催化剂来促进化学反应的进行,提高反应速率和选择性的工艺。
催化剂在工业生产中扮演着重要的角色,其中催化剂的选择和设计直接关系到反应的效率和经济性。
在工业催化的背后,有着深厚的化学基础支撑。
一、催化剂的种类催化剂的种类非常广泛,根据其物理状态可分为固体催化剂、液体催化剂和气体催化剂。
其中,固体催化剂应用最为广泛,包括金属催化剂、金属氧化物催化剂、贵金属催化剂等。
这些催化剂主要通过吸附、表面反应和扩散等方式来促进反应的进行。
二、催化作用的原理催化剂能够降低反应的反应活化能,从而提高反应速率。
这是通过催化剂表面的活性位点来实现的,活性位点能够吸附反应物分子并促使其发生反应。
在反应过程中,催化剂会发生表面吸附和反应、生成中间体等过程,最终得到产物。
三、催化剂的设计与选择在工业催化中,催化剂的设计和选择至关重要。
首先需要考虑的是催化剂的活性和稳定性,活性指的是催化剂促进反应的能力,稳定性则是指催化剂在反应条件下的稳定性。
其次要考虑的是催化剂的选择性和寿命,选择性决定了反应的产物分布,寿命则是指催化剂的使用寿命和再生性能。
四、催化反应的动力学催化反应的动力学研究是理解和优化工业催化过程的关键。
动力学研究可以揭示反应速率随反应物浓度变化的规律,了解反应进行的速率限制步骤,并为催化剂的设计和反应条件的选择提供指导。
五、催化剂的先进研究随着科学技术的不断发展,工业催化领域也在不断创新。
从新型催化材料的设计合成、表征方法的发展、反应机理的研究等方面都在取得新的进展,为工业催化的发展提供了新的思路和可能性。
总结:工业催化是一门重要的交叉学科,涉及化学、物理、材料等多个领域。
其化学基础包括催化剂种类、催化作用原理、催化剂设计与选择、催化反应的动力学等方面。
通过不断地研究和创新,工业催化将为实现绿色、高效的生产提供更多可能性。
《工业催化基础》课程教学大纲英文名称:Basis of Catalysis in Industry课程类型:专业课课程要求:必修学时/学分:32/2适用专业:化学工程与工艺一、课程性质与任务该课程的主要目的与要求是使学生掌握催化作用的基本规律、了解催化过程的化学本质、熟悉工业催化技术的基本要求和特性,培养学生对与催化剂相关问题的分析能力和解决能力。
为培养上述专业的工程技术人才提供坚实的理论基础。
二、课程与其他课程的联系本课程是一门多学科综合性很强的专业课,要求学生先修普通化学、分析化学有机化学、物理化学等基础课。
由于催化剂在化学工业上应用广泛,有90%以上的化学反应过程都使用催化剂,在学习期间或之后可以安排化工工艺学、化学反应工程课程时,对更好学习和理解这些课程的内容有很大的好处。
三、课程教学目标1.学习催化剂和催化作用基础知识和基本理论知识;掌握常催化作用特征;选用合适催化剂的能力;2.了催化剂活化、催化剂的失活及其再生过程,具对工业催化剂评价和使用的能力;3.掌握基本的催化剂设计和研制创新方法,培养学生追求创新的态度和意识;4.熟悉各类催化剂的特点和应用领域,了解各类催化剂的催化理论及其应用以及影响催化作用的因素;5.培养学生的对催化剂的制备、检测和评价的工程实践学习能力,使学生掌握典型的实验方法,获得实验技能的基本训练,具有运用催化原理解决工业催化实际问题的能力;6.了解工业催化的前沿和新发展动向。
四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节(课外教学环节、要求、目标)本课程没有可其他课外教学过程。
六、教学方法由于本课程中涉及知识面较宽,所阐述内容较多,最新的科技研究成果也比较丰富,为了引起学生学习的兴趣和加强讲授时的教学效果,本课程采用多媒体课件教学为主的教学方式。
由于在讲授过程中加入了大量的工业催化方面的研究成果,提高了学生的学习热情,也为拓宽他们将来的就业渠道打下了一定的基础。
在课堂教学中,通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生了解催化剂和理解催化原理的基本概念及其在化工生产中的应用。
第五章石油化工催化过程主要内容:催化裂化催化重整催化加氢和脱氢烃类选择氧化烷基化和歧化反应烃类异构化和芳构化催化水合和脱水反应烯烃的二聚和齐聚工业聚烯烃催化反应均相催化反应等工业催化过程的反应特征和规律第一节催化裂化一、裂化反应1、烷烃裂化为烯烃和较小的烷烃;C n H2n+2 C m H2m(烯烃) + C p H2p+2(烷烃)n=m+p2、烯烃裂化为较小的烯烃;C n H2n C m H2m(烯烃) + C p H2p(烯烃)n=m+p、烷基芳烃脱烷基为芳烃和烯烃;ArC n H2n+1 ArH(芳烃) + C n H2n(烯烃)第一节催化裂化4、芳烃侧链的断裂;ArC n H2n+1 ArC m H2m-1(带有烯烃侧链的芳烃) + C p H2p+1(烷烃)n=m+p5、环烷烃裂解为烯烃;C n H2n C m H2m(烯烃) + C p H2p(烯烃)n=m+p6、氢转移;环烷烃 + 烯烃芳烃 + 烷烃7、异构化;烯烃异构烯烃烷烃异构烷烃第一节催化裂化8、烷基转移;C6H4(CH3)2 + C6H6 C6H5(CH3) + C6H5(CH3)9、低分子量烯烃的歧化2H2C=CHCH2CH3H2C=CHCH3 + H2C=CHCH2CH2CH3第一节催化裂化二、催化裂化反应机理烃与催化剂表面酸中心反应生成活泼碳正离子,活泼碳正离子引发烃的链式反应碳正离子经过氢转移步骤生成碳正离子可分解为较小的正碳离子和一个烯烃分子生成的烯烃比初始的烷烃原料易于变为正碳离子,裂化速度也较快由于C-C键断裂一般发生在碳正离子的β位置,所以催化裂化可生成大量的C3~C4烃类气体,只有少量的甲烷和乙烷生成。
新正碳离子或裂化,或夺得一个氢负离子而生成烷烃分子,或发生异构化、芳构化等反应。
第一节催化裂化三、催化裂化催化剂1、无定形催化剂如SiO2-Al2O3催化剂(早期的催化剂,Al2O3中嵌入Si,表面呈酸性)2、分子筛催化剂活性高,选择性好,现普遍采用的催化剂,如ZSM-5四、催化裂化反应工程流化床催化裂化(FCC)工艺示意图:第二节催化重整一、催化重整反应1、加氢-脱氢反应;2、异构化、环化反应;3、芳构化反应。