气固相催化反应实验-预习

气固相催化反应过程
气固相反应本征动力学是研究不受扩散干扰条件下的固体催化剂与其相接触的气体之间的反应动力学。

一般而言，气固相催化反应过程经历一下七个步骤：
①反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递（外扩散过程）
②反应组分从催化剂外表面相催化剂内表面传递（内扩散过程）
③反应组分在催化剂表面的活性中心吸附（吸附过程）
④在催化剂表面上进行化学反应（表面反应过程）
⑤反应产物在催化剂表面上脱附（脱附过程）
⑥反应产物从催化剂内表面向催化剂外表面传递（内扩散过程）
⑦反应产物从催化剂外表面向流体主体传递（外扩散过程）
七个步骤中，第①和第⑦步是气相主题通过气膜与颗粒处表面进行物质传递，称为外扩散过程；第②和⑥步是颗粒内的传质，称为内扩散过程；第③和第④步是在颗粒表面上进行化学吸附和化学脱附的过程；第⑤步是在颗粒表面上进行的表面反应动力学过程。

以上气割步骤是前后串联的：
外扩散内扩散
表面过程
由此可见，气固相催化反应过程是一个步骤过程。

如果其中某一步骤的反应速率与其他各步的反应速率相比要慢得多，以致整个反应速率取决于这一步的反应速率，该步骤就称为反应速率控制步骤。

反应过程达到定态时，各步骤的反应速率应该相等，且过程的反应速率等于
控制步骤的反应速率。

这一点对于分析和解决实际问题非常重要。

气固相催化反应的动力学步骤以气固相催化反应的动力学步骤为标题，本文将从理论和实践两方面介绍气固相催化反应的动力学步骤。

一、理论部分1.催化剂的吸附在气固相催化反应中，催化剂的吸附是反应的第一步。

催化剂表面存在各种吸附位，其中最常见的是吸附位和活性位。

吸附位是催化剂表面的一个缺陷，其表面结构与晶体结构不同，因此吸附能力较强。

活性位则是吸附位上的一些具有活性的物种，如氢原子、羟基、氧原子等。

催化剂表面的吸附位和活性位对反应物的吸附和反应至关重要。

2.反应物的吸附反应物吸附在催化剂表面的吸附位和活性位上，通过化学键形成催化剂-反应物复合物，这是反应的第二步。

3.反应反应物在复合物的作用下发生反应，形成产物。

反应速率取决于反应物的浓度、催化剂的活性、反应温度等因素。

4.产物的脱附产物脱附是反应的最后一步，当产物与催化剂之间的键断裂时，产物会从催化剂表面脱离。

二、实践部分以催化裂化反应为例，介绍气固相催化反应的动力学步骤。

1.催化剂的选择在催化裂化反应中，催化剂的选择非常重要。

催化剂应具有较高的活性和选择性，同时还应具有较高的稳定性和寿命。

2.反应条件的控制催化裂化反应需要适宜的反应温度、反应压力、反应时间等条件。

反应温度一般在450-550℃之间，反应压力一般为1-2MPa。

3.反应物的选择催化裂化反应的反应物为长链烷烃，反应物的选择对反应的效果有很大影响。

一般来说，碳数较多的长链烷烃反应活性较低，而碳数较少的烷烃反应活性较高。

4.反应机理的研究通过对反应物和产物的分析，可以确定反应的机理和动力学参数，如反应速率常数、反应级数等。

这对于优化反应条件、提高反应效率具有重要意义。

气固相催化反应的动力学步骤包括催化剂的吸附、反应物的吸附、反应和产物的脱附。

在实践中，催化剂的选择、反应条件的控制、反应物的选择和反应机理的研究是保证反应效率和催化剂寿命的关键。

化工专业实验预习报告【1】实验名称气固相催化反应实验班级姓名学号成绩实验时间同组成员一、实验预习1.实验目的（1）掌握乙醇脱水实验的反应过程和反应机理、特点。

（2）学习气固管式催化反应器的构造、原理和使用方法。

（3）学习如何对实验体系进行物料衡算，确定收率和转化率。

（4）学习气体在线分析的方法和定性、定量分析，学习手动进样分析液体成分。

（5）学习微量泵的使用，学会使用湿式流量计测量气体流量。

2.实验原理1）乙醇脱水反应历程实验表明，乙醇脱水可生成乙烯和乙醚两种化合物，但在浓硫酸或三氧化二铝催化下，控制温度可使反应生成其中一种化合物为主，反应如下：可见，乙醇的脱水方式随反应温度而异，在较高温度时主要发生分子内脱水生成乙烯，在较低温度下则发生分子间脱水生成乙醚。

对于乙醇脱水反应，由于对机理及动力学的研究结论很难达成一致，主要存在两方面的争论：○1乙醇脱水机理是连串反应机理、平行反应机理还是平行-连串反应机理；○2反应机理是吸附于催化剂上的两个临近乙醇分子间进行的L-H模型，还是一个气相乙醇分子和一个催化剂上处于吸附态的乙醇分子之间进行的R-E模型。

乙醇脱水反应的催化剂主要由γ-Al2O3和酸性ZSM-5分子筛两大类。

Blaszkowski和Van Santen指出：氧化铝型催化剂的催化机理和分子筛不同，γ-Al2O3的催化活性与其表面脱氢过程中形成的Lewis酸-Lewis碱对有关，富电子的阴离子氧表现出碱的特性，缺电子的阳离子铝表现出酸的特性。

相反，酸性分子筛的催化活性与Bronst酸-Lewis碱对有关，Bronst酸发生氢转移，而它邻近的Lewis碱能接受质子。

在此基础上，Cory B.Phillips等以ZSM-5分子筛为催化剂，提出乙醇脱水反应属于平行反应，会生成乙氧基这一中间产物，并且他们认为生成乙醚的过程与甲醇脱水生成二甲醚的过程非常相似。

Junko N.Kondo 等利用原位红外检测也证实在反应过程中乙氧基这一中间产物的存在。

2.1.3气-固催化反应过程与控制步骤
气固相催化反应过程分析：
图为气固相催化反应的整个反应过程示意图（图2-2）。

七个步骤：
①反应组分A从气流主体扩散到催化剂颗粒外表面；
②组分A从颗粒外表面通过微孔扩散到颗粒内表面；
③组分A在内表面上被吸附；
④组分A在内表面上进行化学反应，生成产物B；
⑤组分B在内表面上脱附；
⑥组分B从颗粒内表面通过微孔扩散到颗粒外表面；
⑦反应生成物B从颗粒外表面扩散到气流主体。

图2-2气固相催化反应的整个反应过程示意图
①、⑦称为外扩散过程，该过程主要与床层中流体流动情况有关；②、⑥称为内扩散过程，它主要受孔隙大小所控制；③、⑤分别称为表面吸附和脱附过程，④为表面反应过程，③、④、⑤这三个步骤总称为表面动力学过程，其速率与反应组分、催化剂性能和温度、压强等有关。

整个气固催化宏观反应过程是外扩散、内扩散、表面动力学三类过程的综合。

上述七个步骤中某一步的速率与其它各步相比特别慢时，整个气固催化宏观反应过程的速率就取决于它，此步骤成为控制步骤。

气～固非均相催化过程与控制步骤：①动力学控制：吸附，表面反应，脱附（其控制过程与催化剂表面有直接关系）；②扩散控制：内扩散，外扩散。

气固相催化反应的七个步骤一、反应物准备在进行气固相催化反应之前，首先需要准备好反应物。

反应物可以是气体和固体之间的反应，也可以是气体与固体催化剂之间的反应。

无论是哪种情况，反应物的准备都是必不可少的。

通常情况下，反应物会经过一系列的处理步骤，以确保其纯度和活性。

二、反应器选择选择合适的反应器对于气固相催化反应来说非常重要。

反应器的选择应该考虑到反应物的性质、反应条件、反应速率等因素。

常见的反应器包括管式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。

不同的反应器有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择。

三、催化剂的选择催化剂是气固相催化反应中起关键作用的物质。

催化剂可以提高反应的速率和选择性，降低反应的温度和能量消耗。

选择合适的催化剂对于反应的成功进行非常重要。

催化剂的选择应考虑到反应物的性质、反应条件、催化剂的活性和稳定性等因素。

四、反应条件控制反应条件的控制对于气固相催化反应来说至关重要。

反应条件包括温度、压力、气体流速等。

不同的反应对于反应条件有不同的要求。

在确定反应条件时，需要考虑到催化剂的活性、反应物的稳定性和选择性等因素。

五、反应过程监控在进行气固相催化反应时，需要对反应过程进行监控。

监控反应过程可以了解反应的进行情况，及时调整反应条件，以达到预期的反应效果。

常用的监测手段包括温度、压力、气体流速等参数的监测，以及反应物和产物的分析等。

六、反应产物分离在气固相催化反应完成后，需要进行反应产物的分离。

反应产物的分离可以通过不同的物理和化学方法实现，如蒸馏、吸附、结晶等。

分离产物的纯度和收率对于反应的成功与否有着重要的影响。

七、反应废物处理气固相催化反应过程中会产生一些废物，这些废物可能对环境和人体健康造成潜在的危害。

因此，在进行气固相催化反应时，需要合理处理反应废物，以减少对环境的污染。

常见的处理方法包括回收利用和安全处置等。

通过以上七个步骤，可以完成气固相催化反应的整个过程。

每个步骤都有其重要性和特殊性，需要仔细考虑和操作。