多相催化动力学章北京化工大学讲课文档.ppt

多相催化动力学章北京化工大学第一页，共一百一十一页多相催化动力学章北京化工大学第二页，共一百一十一页化学反应动力学建立与应用的引入化学反应动力学建立与应用的引入 过程工程科学的核心理论过程工程科学的核心理论 三传一反（热量、质量、动量传递，反应）三传一反（热量、质量、动量传递，反应） 过程工程问题解决的基础条件过程工程问题解决的基础条件 方向、限度（物理化学、热力学）方向、限度（物理化学、热力学） 速率（热质传递、化学反应等）速率（热质传递、化学反应等）速率（热质传递、化学反应等）速率（热质传递、化学反应等） 化学反应动力学通式化学反应动力学通式（过程源、汇项的解决）（过程源、汇项的解决）（过程源、汇项的解决）（过程源、汇项的解决）第三页，共一百一十一页 化学反应动力学如何获得？化学反应动力学如何获得？对于化学反应：对于化学反应：对于化学反应：对于化学反应： A+B A+B C C 基元反应基元反应基元反应基元反应 幂律型方程幂律型方程幂律型方程幂律型方程A A A A、B B B B和和和和C C C C竞争吸附双曲型方程竞争吸附双曲型方程竞争吸附双曲型方程竞争吸附双曲型方程 非基元反应非基元反应非基元反应非基元反应 幂律型方程幂律型方程A A A A、B B B B和和和和C C竞争吸附双曲型方程竞争吸附双曲型方程竞争吸附双曲型方程竞争吸附双曲型方程 动力学参数动力学参数k k0 0、E E E E、n nA A、n nB B、K K K Kj j如何确定？如何确定？第四页，共一百一十一页。

涉及涉及/解决的问题解决的问题 多相催化的含义多相催化的含义 动力学的概念，化学反应动力学内涵动力学的概念，化学反应动力学内涵 化学反应动力学建立过程、实施方案化学反应动力学建立过程、实施方案 反应过程热力学分析（平衡、网络结构）反应过程热力学分析（平衡、网络结构）反应过程热力学分析（平衡、网络结构）反应过程热力学分析（平衡、网络结构） 催化剂性能考察（本体性能、附加性能）催化剂性能考察（本体性能、附加性能）催化剂性能考察（本体性能、附加性能）催化剂性能考察（本体性能、附加性能） 反应过程动力学特性分析反应过程动力学特性分析 动力学实验设计、实施动力学实验设计、实施 动力学模型选取、建立及其模型参数估计动力学模型选取、建立及其模型参数估计动力学模型选取、建立及其模型参数估计动力学模型选取、建立及其模型参数估计 化学反应动力学模型适定性、可信性检验化学反应动力学模型适定性、可信性检验第五页，共一百一十一页 课程目的课程目的 掌握建立工程实用的多相催化反应动力学方程（模掌握建立工程实用的多相催化反应动力学方程（模型）的原理和方法（建模）（动力学模型建立、数据获型）的原理和方法（建模）（动力学模型建立、数据获取和模型识别等）。

取和模型识别等） 催化剂制备与应用催化剂制备与应用粉体制备粉体制备成型（催化剂工程设计）成型（催化剂工程设计）装填反应器装填反应器 反应器分析与设计反应器分析与设计 多相催化的含义多相催化的含义 均相催化、多相催化（催化剂、反应物系与催化剂均相催化、多相催化（催化剂、反应物系与催化剂或反应物系间非同一物相气固、气液、液固、或反应物系间非同一物相气固、气液、液固、气液固）气液固） 第六页，共一百一十一页 课程意义课程意义为催化剂性能改进、工艺过程开发和反应器优化为催化剂性能改进、工艺过程开发和反应器优化设计与操作提供重要的基础应用工具设计与操作提供重要的基础应用工具 课程特点课程特点系统性、理论与实践的结合性和工程实用性实用性系统性、理论与实践的结合性和工程实用性实用性系统性、理论与实践的结合性和工程实用性实用性系统性、理论与实践的结合性和工程实用性实用性（技巧性）很强（以工业应用为目的），对数学、基本催化（技巧性）很强（以工业应用为目的），对数学、基本催化（技巧性）很强（以工业应用为目的），对数学、基本催化（技巧性）很强（以工业应用为目的），对数学、基本催化作用原理和计算机编程均有较高的要求。

作用原理和计算机编程均有较高的要求作用原理和计算机编程均有较高的要求作用原理和计算机编程均有较高的要求 课程学习方法课程学习方法 超大型作业和倒叙的方式超大型作业和倒叙的方式如何建立实用的动力学方如何建立实用的动力学方程？程？ 第七页，共一百一十一页 课程安排（课程安排（4040学时）学时）Chap 1 Chap 1 绪论（绪论（绪论（绪论（4 4小时）小时）小时）小时）Chap 2 Chap 2 多相催化反应动力学基础理论（多相催化反应动力学基础理论（多相催化反应动力学基础理论（多相催化反应动力学基础理论（8 8小时）小时）小时）小时）Chap 3 多相催化反应动力学实验研究（多相催化反应动力学实验研究（多相催化反应动力学实验研究（多相催化反应动力学实验研究（1010小时）小时）小时）小时）Chap 4 数据处理和动力学模型识别（数据处理和动力学模型识别（数据处理和动力学模型识别（数据处理和动力学模型识别（6 6小时）小时）Chap 5 Chap 5 非定态反应动力学（非定态反应动力学（非定态反应动力学（非定态反应动力学（3 3小时）小时）小时）小时）Chap 6 Chap 6 多相催化宏观反应动力学及其描述（多相催化宏观反应动力学及其描述（3 3小时）小时）小时）小时）Chap 7 Chap 7 多相催化反应动力学研究的实例分析（多相催化反应动力学研究的实例分析（多相催化反应动力学研究的实例分析（多相催化反应动力学研究的实例分析（4 4小时）小时）小时）小时）结课测验结课测验结课测验结课测验 （2 2小时）小时）小时）小时） 课程考核方式课程考核方式考试考试 70%，课程论文，课程论文 30%第八页，共一百一十一页。

参考书参考书1 Berty J M. Experiments in catalytic reaction engineering. Elesiver, 1999 2 Smith J M. Chemical engineering kinetics （3 3thth）, , McGraw-Hill Book Company, 1981 McGraw-Hill Book Company, 1981 3 3 张张张张继继继继炎炎炎炎等等等等译译译译，贝贝贝贝伦伦伦伦斯斯斯斯 M，霍霍夫夫曼曼 H H，林林肯肯 A A著著著著，化化化化学学学学反反反反应工程学，中国石化出版社应工程学，中国石化出版社应工程学，中国石化出版社应工程学，中国石化出版社. 1994 . 1994 4 4 李绍芬李绍芬. 化学与催化反应工程，化学工业出版社化学与催化反应工程，化学工业出版社. 1994 . 1994 5 5 朱炳辰朱炳辰朱炳辰朱炳辰. . 化学反应工程学，化学工业出版社化学反应工程学，化学工业出版社化学反应工程学，化学工业出版社化学反应工程学，化学工业出版社. 1998 . 1998 6 6 陈甘堂陈甘堂陈甘堂陈甘堂. . 化学反应工程学，化学工业出版社化学反应工程学，化学工业出版社. 1981 . 1981 7 李李李李成成成成岳岳岳岳译译译译. 马马马马特特特特路路路路斯斯斯斯著著著著. . 催催催催化化化化反反反反应应应应器器器器中中中中的的的的非非非非定定定定态态态态过过过过程程程程，科科科科学出版社学出版社学出版社学出版社. 1994 . 1994 第九页，共一百一十一页。

1 绪论绪论1.1 化学反应动力学的概念化学反应动力学的概念 动力学含义：动力学含义：研究在一定推动力作用下，某个研究在一定推动力作用下，某个研究在一定推动力作用下，某个研究在一定推动力作用下，某个或数个具有特定物理含义的变量与其影响因素之间的相互或数个具有特定物理含义的变量与其影响因素之间的相互或数个具有特定物理含义的变量与其影响因素之间的相互或数个具有特定物理含义的变量与其影响因素之间的相互关系传递动力学（石头击水水波纹传递过程描述）传递动力学（石头击水水波纹传递过程描述）气体动力学（飞机风洞实验气体动力学（飞机风洞实验 ）流体流动动力学流体流动动力学摩擦动力学摩擦动力学摩擦动力学摩擦动力学化学反应动力学等化学反应动力学等第十页，共一百一十一页 化学反应动力学化学反应动力学 定义：定量描述化学反应速率及其影响因素之间的函定义：定量描述化学反应速率及其影响因素之间的函数关系实际为有可能定量地描述化学反应随时间的变化数关系实际为有可能定量地描述化学反应随时间的变化对过程条件的依赖关系对过程条件的依赖关系 影响因素：温度、压力、组分浓度、催化剂种类与浓度、影响因素：温度、压力、组分浓度、催化剂种类与浓度、影响因素：温度、压力、组分浓度、催化剂种类与浓度、影响因素：温度、压力、组分浓度、催化剂种类与浓度、传递过程（流动、扩散等）传递过程（流动、扩散等）传递过程（流动、扩散等）传递过程（流动、扩散等） 。

化学反应速率的表达：化学反应速率的表达：第十一页，共一百一十一页 反应程度的概念反应程度的概念：多相催化中常见的化学反应速率表达式多相催化中常见的化学反应速率表达式：误区说明：化学反应速度（矢量）和化学反应速率误区说明：化学反应速度（矢量）和化学反应速率误区说明：化学反应速度（矢量）和化学反应速率误区说明：化学反应速度（矢量）和化学反应速率（标量）？（标量）？ 化学反应动力学的分类：本征动力学（微观动力化学反应动力学的分类：本征动力学（微观动力学、化学动力学）、宏观动力学学、化学动力学）、宏观动力学 约定：只要未特别说明，均指本征动力学约定：只要未特别说明，均指本征动力学约定：只要未特别说明，均指本征动力学约定：只要未特别说明，均指本征动力学 第十二页，共一百一十一页1.2 多相催化动力学的研究内容多相催化动力学的研究内容1.2.1 化学反应速率定量关系的建立化学反应速率定量关系的建立考察多相催化反应的速率变化规律，建立多相催考察多相催化反应的速率变化规律，建立多相催化反应速率与反应条件（化反应速率与反应条件（C C、P、T等）之间的经验（半等）之间的经验（半等）之间的经验（半等）之间的经验（半经验或理论关系）关系，给出定量的函数关系式。

经验或理论关系）关系，给出定量的函数关系式经验或理论关系）关系，给出定量的函数关系式经验或理论关系）关系，给出定量的函数关系式1.2.2 化学反应图式或反应机理的印证化学反应图式或反应机理的印证 动力学对机理的提出具有否定性判据效果，但无动力学对机理的提出具有否定性判据效果，但无肯定性效果肯定性效果 表观动力学方程表观动力学方程 工程动力学工程动力学工程动力学工程动力学 第十三页，共一百一十一页1.2.3 化学反应动力学特征参数与热力学性质化学反应动力学特征参数与热力学性质 和物质结构特征的关系和物质结构特征的关系利用动力学的研究结果和物质结构理论，分析化合物结利用动力学的研究结果和物质结构理论，分析化合物结利用动力学的研究结果和物质结构理论，分析化合物结利用动力学的研究结果和物质结构理论，分析化合物结构与其反应能力之间的关系；建立多相催化反应体系的动力构与其反应能力之间的关系；建立多相催化反应体系的动力构与其反应能力之间的关系；建立多相催化反应体系的动力构与其反应能力之间的关系；建立多相催化反应体系的动力学特征参数与其热力学性质和物质结构特征之间的经验或半学特征参数与其热力学性质和物质结构特征之间的经验或半学特征参数与其热力学性质和物质结构特征之间的经验或半学特征参数与其热力学性质和物质结构特征之间的经验或半经验关系。

经验关系经验关系经验关系1.2.4 基元反应速率常数的理论计算基元反应速率常数的理论计算从理论上（即从量子化学及统计物理）计算基元反从理论上（即从量子化学及统计物理）计算基元反应速率常数，并对复杂反应给以定量描述应速率常数，并对复杂反应给以定量描述 1.2.11.2.31.2.11.2.3已进行，已进行。