动力学模型建立的方法一般为平衡浓度法和定态法，最常用的是 平衡法，此法处理的一般过程为：
（1）假定反应机理，确定反应经历的基元步骤； （2）确定过程的控制步骤，该步骤的速率即为总过程的速率
，根据控制步骤的类型，写出该步骤的速率方程； （3）非控制步骤均达到平衡，如为吸附或脱附，则使用吸附
等温式；若为化学反应，则为化学反应平衡式； （4）将（2）中所写的速率方程式中各项表面浓度利用（3）
式中的各平衡关系式转换成气相分压或浓度的函数； （5）若为均匀吸附模型，则由（4）可得到最终能够实际使用
的动力学方程；若为非均匀吸附模型，尚需实验测定， 以均匀表面吸附理论为基础的动力学方程常为双曲函数型； 以非均匀表面吸附理论为基础的动力学方程常为幂函数型。
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§5.2 气-固催化宏观反应动力学
A
R S K rV
KRKS KBKr
PS PR PB
V
V
1 K RS
PS PR PB
1 K B PB
K R PR
K S PS
式中: K RS
KRKS KBKr
r k1PAV k2 A
r
k1
PA
PS PR PB K
1 K RS
PS PR PB
K B PB
K R PR
K S PS
宏观动力学：包含传递过程和化学反应的气-固催化反应动力学。 本征动力学：不考虑内外扩散传递过程影响的动力学特性(只涉及到上 述过程的第Ⅲ、Ⅳ、V三步)。
催化反应动力学：表面吸附-表面反应-表面脱附。由此建立的动力 学方程即为催化反应本征动力学方程。
建立方法
控 制 步 骤 法
r总 r控制
定 态 法
K k1K B K r k2 K R K S
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表面反应控制
A B R S 控制步骤
分两种情况
当A、B、R、S的吸附极弱时，r kPA PB
当A+BR+S为可逆，且存在惰性组分分子I时，
r
k PA PB
PR PS Kr
1 K A PA K B PB K R PR K S PS K I PI 2
dx 0
dt
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2、吸附等温方程式
吸附温度恒定后，则吸附量取决于吸附压力。 等温吸附模型包括：
Langmuir模型 Temkin模型 Freundlich模型 BET模型
（1）Langmuir型： 四个基本假定： I）表面均匀； II）单分子层吸附； III）被吸附分子互不影响，也不影响别的分子的吸附； IV）具有相同的吸附机理。
1、 关于固体催化剂 催化剂的性能：活性、选择性、稳定性。 催化剂的类型：金属催化剂、半导体催化剂、酸碱催化剂； 催化剂的物理结构：比表面和孔结构（后者包含孔径大小及分布）
有关固体催化剂的其它基本概念还有：
比表面Sg：每克催化剂的全部表面积总和m2/g。BET法测定。
孔容Vg：单位质量催化剂的孔隙体积，Vg
无控制步骤的情况：
三者速率相等，其任一速率均可代表过程的总速度。 采用定态法求。即：
d1 d 2 d S 0
dt dt
dt
非均匀表面吸附动力学方程
非均匀表面吸附与脱附以及幂函数型的反应速率式的推导一般采 用Temkin和Freundlich方程。请自学。
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气-固催化非均相反应动力学方程小结：
覆盖率
脱附速率 rd
空白表面 1
吸附速率 ra P1i
ka
A A kd
ra ka PA 1 A 达到平衡
rd kd A
ra rd
吸附等温式
A
K A PA 1 K A PA
其中:
K
为
A
吸附
质A的吸附平衡
常数
KA
ka kd
设V、Vm分别为吸附质实际吸附量和饱和吸附量，则：
§5.1 气-固催化反应本征动力学
非均相包括： 气-固相 气-液相
气-固相催化反应动力学： 气-固相催化反应本征动力学和宏观动力学。
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1、气-固催化反应历程
反应物（气相）：气体 催化剂（固相）：多孔固体物质
反应物
气 流 主 体
催化剂
反应分七步： ◆ 反应物从气流主体扩散到固体催化剂的外表面（外扩散过程） ◆ 反应物进一步向催化剂的微孔内扩散（内扩散过程） ◆ 反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程） ◆ 吸附的反应物转化为反应的生成物（表面反应过程） ◆ 反应物从催化剂的内表面上脱附下来（脱附过程） ◆ 脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内 扩散过程） ◆ 生成物分子从催化剂外表面扩散到主体气流中被带出（外扩散过 程）
A
V Vm
PA 1 PA V K AVm Vm
Temkin模型
ra ka PAeg A rd kd eh
A
1 f
lnaPA
g
1
h
ln
ka kd
PA
Freundlich模型
ra ka PAe A rd kd e
BET模型
A bPA1 n
P
V P0
P
1 VmC
C 1P
VmCP0
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3、气-固催化非均相反应动力学
气-固催化 非均相
反应动力学
均匀表面吸附 动力学方程
存在控制步骤 无控制步骤
吸附控制 表面反应控制 脱附控制步骤 定态法
非均匀表面吸附动力学方程
Forward
吸附控制
特点：只有一个组分没有达到吸附平衡，其余吸附质均达吸附平衡状态
A+BR+S为例，如A的吸附为控制步骤，设机理为：
V pore m
堆密度：单位堆体积的催化剂的质量，
堆
V空
m V孔
V骨
假密度：单位颗粒体积所含质量，
假
V孔
m V骨
真密度：单位骨架体积所含质量。
真
m V骨
空隙率：堆密度倒数与假密度倒数之差。V空 1 1
k1
A A
控制步骤
k2
B B
A B R S
R R
S S
反应速率 = A的净吸附速率 = r ra rd k1PAV k2 A
其余均达到平衡
B PB V
KB
R S A B
Kr
R PR V
KR
S PS V
KS
V A B R S 1
求中间变量 A ,V
Kr
k1 k2
k k1K A K B
K k1K A K B k2 K R K S
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脱附控制步骤
以AR的反应为例：
A A
A R
R
k1
R
控制步骤
k2
r
k1 R
k2 RV
k
PA
PA K
1 K A PA
k
k1
K
r
K
' A
K
k1
K
r
K
' A
k2
KAK' A来自KrK
' A
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