第一节 固相催化反应器
（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 (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） 影响催化剂寿命 的主要因素？
(14.1.24)
A P V 1
(14.1.25)
第一节 固相催化反应器
1.反应物吸附过程控制
rA vA ka pAv ka ' A
P Ks A
表面反应和产物的脱附达到平衡
P K P pP v
KP pA pP KS K A rA k a (1 / K S ) K P pP 1
(14.1.31)
硝酸根废水、硝酸盐污染地下水的催化还原处理(Fe)。
第一节 固相催化反应器
催化反应的基本特征： • 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。
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（重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。
化学吸附反应
A A
活性中心 A与活性中心的络合物 空位率
吸附速率 脱附速率
va ka pA v v'a ka ' A
吸附率
第一节 固相催化反应器
表观吸附速率＝吸附速率－脱附速率
vA ka pA v ka ' A
(14.1.11)
达到吸附平衡时：吸附速率＝脱附速率
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；
表 16.1－1 常用的固体催化剂载体
类型 无孔低表面载 体 有孔低表面积 载体 载体 石英粉 碳化硅 浮石 碳化硅烧结物 耐火砖 硅藻土 有孔高比表面 活性炭 积载体 硅胶 活性氧化铝 活性白土 硅酸铝 比表面积（m /g） 特点 1 左右 硬度高，导热性 好，耐热 <20 耐高温
2
500～1500 200～600 160～350 150～230
第一节 固相催化反应器 固相催化反应的特点
①多步骤串连过程
②固相反应速率与反应本身和反应组分的扩散有关
③反应速率取决于慢步骤，该步骤称为控制步骤 (rate controlling step) 扩散控制(传质控制)、动力学控制 ④反应达到定常态时，各步骤的速率相等
第一节 固相催化反应器
三、固相催化反应的本征动力学 固相催化反应的本质: 化学吸附→表面反应→脱附 气固反应为例 （一）化学吸附与脱附速率
(14.1.17)
反应达到平衡时：正反应速率＝副反应速率
(14.1.18)
第一节 固相催化反应器
（三）本征动力学
基本假设：
①三个反应步骤中必然存在一个控制步骤； ②除控制步骤外，其他步骤处于平衡状态； ③吸附过程和脱附过程属理想过程，即可用兰格 谬尔吸附模型来描述。 反应 A
P
的基本过程
A A
ka A KA k 'a p A v
吸附平衡方程（KA为吸附平衡常数）
第一节 固相催化反应器
（二）表面化学反应
表面反应方程
A P
各反应组分与活性中心的络合物
表观反应速率＝正反应速率－副反应速率
rs r r ' ks A ks ' P
ks P Ks ks ' A
A P
P P
第一节 固相催化反应器
各过程的速率方程 （气固相反应）
vA ka pA v ka ' A A的吸附速率：
表观反应速率： rs
(14.1.22)
(14.1.23)
ks A ks 'P ' pP v
第十四章 非均相化学反应器
本章主要内容
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
第一节 固相催化反应器
本节的主要内容
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
孔结构多种多样， 表面积随制法而 变化； 载体自身亦 能提供活性中心
第一节 固相催化反应器
2.固体催化剂的物理性状
(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)
第一节 固相催化反应器
二、固相催化反应过程
固相催化反应的发生场所： 催化剂的表面（外、内表面）
流体主体 边界层 固体催化剂 内表面 A
2
6
A
1
A
3
A
4 5
P
P
P
7
P 微孔
扩散过程 动力学过程 (表面过程)
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