文档介绍：第十四章
非均相化学反应器
第十四章非均相化学反应器
第一节固相催化反应器
第二节气-液相反应器
非均相反应的特点:?
存在不同“相”之间的物质传递
本章主要内容
第一节固相催化反应器
一、固相催化反应与固体催化剂
二、固相催化反应过程
三、固相催化反应的本征动力学
四、固相催化反应的宏观动力学
五、固相催化反应器的设计与操作
本节的主要内容
第一节固相催化反应器
一、固相催化反应与固体催化剂
(一)催化反应的特征及其在环境工程中的应用
催化剂: 能改变反应的速率,而本身在反应前后并不发生变化的物质。
催化反应:均相催化反应、非均相催化反应
应用:有机废气的催化氧化处理(Pt,Mn-Cu,Mn-Fe);
低浓度废水、污染地下水的高级氧化处理(TiO2);
高浓度有机废水的催化湿式氧化;
硝酸根废水、硝酸盐污染地下水的催化还原处理(Fe)。
催化剂本身在反应前后不发生变化,催化剂能够反复利用,所以一般情况下催化剂的用量很少。
催化剂只能改变反应的历程和反应速率,不能改变反应的产物。
对于可逆反应,催化剂不改变反应的平衡状态,即不改变化学平衡关系。
催化剂对反应有较好的选择性,一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。
第一节固相催化反应器
催化反应的基本特征:
第一节固相催化反应器
(1)活性物质:催化剂中真正起催化作用的组分,它常被分散固定在多孔物质的表面。(金属、金属氧化物)
(2)载体(担体):载体常常是多孔性物质,主要作用是提供大的表面和微孔,使催化活性物质附着在外部及内部表面。
(3)促进剂:改善催化剂活性(氨催化合成铁催化剂+CaO)
(4)抑制剂:抑制催化剂活性,增强稳定性(银催化剂中加入卤化物控制乙烯的完全氧化)
(二)固体催化剂
1. 固体催化剂的组成
活性物质、载体、助催化剂、抑制剂
影响催化剂寿命的主要因素?
沸

第一节固相催化反应器
(1)比表面积(as)(specific Surface Area)
包括外表面积和内表面积)称为比表面积,以as表示。
大多数固体催化剂的比表面积在5~1000m2/g之间。
(2)孔体积(Vg)和孔隙率(εp)
每克催化剂内部微孔所占的体积。
孔隙率是固体催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。
(3)固体密度(ρs )和颗粒密度(ρP ) :
固体密度(ρs ) :指催化剂固体物质本身的密度。
颗粒密度(ρP ) :指单位体积固体催化剂颗粒(包括孔体积)的质量。

第一节固相催化反应器
(4)微孔的结构与孔体积分布
(5)颗粒堆积密度( ρb )
固体催化剂填充层的密度(质量与填充层体积之比)
(6)填充层空隙率(εb)
固体催化剂填充层内空隙体积与总体积之比。
固体催化剂
微孔
内表面
二、固相催化反应过程
第一节固相催化反应器
固相催化反应的发生场所:
①反应物的外扩散;②反应物的内扩散;③反应物的吸附;
④表面反应;⑤产物的脱附;⑥产物的内扩散;⑦产物的外扩散
A
流体主体
边界层
1
A
2
A
3
A
4
P
5
P
6
P
7
P
扩散过程
动力学过程
(表面过程)
催化剂的表面(外、内表面)