表面催化反应机理

多孔介质表面催化反应详解

对于利用fluent软件（这里是用fluent13.0做的）做多孔介质的表面催化反应，看到许多网友对这个问题有疑问，现在特把我最近的一些研究心得跟大家分享一下。

1，首先对于这个模拟，有两种办法：其一是找到详细的（或者简化的）表面反应催化机理，然后通过import-chemkin mechanism导入fluent，要记住选中import surface chemkin mechanism按钮，然后分别选中气相机理trq-skel1.che和表面反应机理h2.che，点击import导入fluent，如下图所示

第二个办法就是通过udf编写化学反应速率，然后以源项的形式加载到多孔介质区域，这个比较繁琐，目前我没有应用，而且这个办法对于没有详细机理的催化反应也是非常好的办法。

2，然后选择能量方程，湍流模型等。

3，化学反应选择组分传输模型中的有限速率模型，同时要选择壁面反应，详细如下图所示：

3，多孔介质区域设置 如下图所示 关于多孔介质区域如何设置惯性阻力和粘性阻力网上方法很多，这里就不累述了

特别要注意，这里一定要设置一个系数叫做surface-to-volume，这其实是比表面积的意思，就是在单位多孔介质体

目 录

摘要：............................................................................................................................. i Abstract ......................................................................................................................... ii 1 引言............................................................................................................................ 1 1.1 尿素醇解产物的主要工业用途............................................................................. 1 1.2 尿素醇解的催化剂研究背景...............

相转移催化反应概述

相转移催化是20世纪60年代开始形成的一门新技术，多应用于非均相反应体系，可以在温和的反应条件下加快反应速率，简化操作过程，提高产品收率，受到了人们极大的关注。相转移催化最初只是应用于烷基化等几类典型的反应中，现已迅速发展到许多化学化工领域。除了应用于有机合成、高分子聚合反应外，还进入了分析、造纸、制革等领域。这一新技术的推广，对许多化工新产品的开发、老产品生产技术的改造、质量的提高和成本下降产生了较大的影响，特别是在精细化工和制药方面，将带来令人瞩目的经济效益和社会效益。

6.1.1 相转移催化反应的定义

什么是相转移催化有机合成呢？它是指在相转移催化剂作用下，有机相中的反应物与另一相（水相或固体相）中的反应物发生的化学反应，称为相转移催化（Phase Transfer Catalysis，PTC）反应。例如：

PhOH ＋ CHBr— → PhOCH＋ HBr （6-1）

4

9

4

9

其中苯酚PhOH是固态的，溶于水中。而溴丁烷是液体，溶于有机溶剂中。两种反应物不能同时存在于相同的相中进行接触，所以该反应是属于两相间的亲核取代反应。要完成该反应，可以有以下4种方法：

（1）将两种反应物分别溶于水和有机相中，进

天津大学 化工学院 09化工一班 王一斌 3009207018

光催化反应器举例简介

反应器设计结业论文

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前言

随着现代工农业的发展，产生了大量污染物并随之释放到环境中去，其中存在大量有毒有害物质，严重影响了人类的正常生活与生产。多年来，研究人员采用了包括生物处理，化学处理，热处理，催化氧化，相转移和光解等方法应用于废水处理中。但目前这些方法，都存在着局限，而且处理费用太高。而光催化作为一种新型的污染处理技术自上个世纪70 年代出现以来，以其能完全降解环境中的污染物，加上费用相对较少，日益受到研究人员的重视。

在光化学处理有机废水的催化剂中，二氧化钛由于其化学性质稳定、难溶、无毒、成本低、催化效率高等优点被广泛运用。同时，光催化反应器作为反应的主体设备，其决定了催化剂活性的发挥和对光的利用等问题，而这两个因素直接决定了光催化反应的效率。一个成功的反应器必然体现了催化剂活性和光源利用的最优化组合。所以，光化学反应器的研制和开发作为光催化处理废水工艺中的重中之重，已成为研究的热点之一，本文对该方

多相催化反应动力学

§1 引言

§2 扩散与反应§3 机理模型法建立速率方程

§4 动力学方法与反应机理

多相催化的基本反应步骤：1-2:反应物分子从气流中向催化剂表面(外扩散) 和孔内扩散(内扩散); 3: 反应物分子在催化剂内表面上吸附(反应物 的化学吸附); 4: 吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用 或与气相分子作用进行化学反应(吸附分子 的表面反应或转化); 5: 反应产物从催化剂内表面脱附(产物的脱附 或解吸); 6-7:反应物在孔内扩散(内扩散)并扩散到反应 气流中(外扩散) 。

速率控制步骤 催化反应一般由许多基元反应所组成，其中反 应速率最慢的一步就称为速率控制步骤。

推论： 在定态的时候，其它反应步骤的反应速率都大 于速率控制步骤； 除速率控制步骤以外，其它反应步骤都近似处 于平衡状态

表面质量作用定律均相反应质量作用定律在表面催化反应过程动力学中 的推广。反应速率与反应物浓度成正比

对于反应： aA bB 产物

a b a b r K C表 K A B A C 表B

二、扩散与反应 气固相催化反应过程中的浓度分布着重讨论物理过程(包括气固相之间和固相内的质量传 递)对催

目录

目录

第1章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2过渡金属化合物 (2)

1.2.1过渡金属氢化物 (2)

1.2.2过渡金属配合物 (2)

1.3过渡金属有机配合物对小分子的活化 (4)

1.3.1对小分子H2、O2、CO、烯烃等的活化 (4)

1.3.2对小分子CO2的活化 (5)

1.4 N H C过渡金属配合物催化羧化CO2的反应 (7)

1.4.1 N H C直接对CO2活化 (8)

1.4.2 N H C为配体时的反应 (8)

1.5路易斯酸碱对对小分子的活化 (11)

1.6生物金属酶 (12)

1.7选题背景、意义及设计思想 (13)

第2章理论基础与计算方法 (15)

2.1量子化学 (15)

2.1.1从头算方法 (15)

2.1.2密度泛函理论 (18)

2.1.3过渡态理论 (21)

2.1.4自然键轨道理论 (24)

2.1.5势能面交叉理论 (25)

2.2分子力学 (26)

2.2.1分子力场 (27)

2.2.2分子动力学模拟 (30)

2.2.3 平均力势（PMF) (35)

第3章生物铁催化剂催化氢化CO2反应机理的理论研宄 (37)

VI

万方数据

目录

3.1引言 (37)

3.2 研宄方法 (38)

3.3结果与讨论 (39)

3.3.1单重态CO2还原反应的

山 西 大 学 综 合 化 学 实 验 报 告

实 验 名 称连续流动微型催化反应器评价催化剂活性

学 院 化学化工学院 __ 学生姓名 史茹月 宋佳佳 专 业 化学 _ _ 学 号 2013296043 2013296044 年 级 2013级 指导教师 王永钊

二Ο一六年五月二十四日

连续流动微型催化反应器评价催化剂活性

实验学生：史茹月 宋佳佳 指导老师：王永钊 （山西大学化学化工学院 化学楼D301）

【摘要】本实验应用连续流动反应技术（尾气技术），用连续流动微型催化反应器对Pd催化剂对CO催化氧化反应的催化活性进行测定，然后利用气相色谱柱分离气样，氢火焰检测器检验，并通过程序控温仪改变温度测得不同温度下未反应的CO与生成的CO2的色谱峰面积，计算CO氧化反应的转化率，从而判定催化剂活性。

【关键词】连续流动反应技术、连续流动微型催化反应器、催化剂活性、气相色谱、程序控温

【前言】连续流动反应技术（尾气技术）是将反应物连续地、以一定速度流经微型反应管进行催化反应。尾气经取样阀后排空或取样，经

检查保护

申报日期： 2010年3月15日

申请代码 受理部门 收件日期 受理编号 国家自然科学基金 申 请 书

国家自然科学基金委员会

国家自然科学基金申请书 2010版

基本信息

姓

申

请

人

信

息学电传

张庆竹 性别女 职称教授 出生 1970年10月 民年月zqz@ 电子邮箱国别或地区中国 个人通讯地27号 工作单主要研究领依托单位信合作研究单位信息项目基本信息名联电系山东大学 电子邮箱网站地址kjcjj@ 单 位 名 称 [在此录入修改] [在此录入修改] 项目名称 资助类别 附注说明 申请代码 基地类别 研究年限 表面催化的二噁英形成机理 国家杰出青年科学基金 B070503:化学计量学在环境化学B0705:理论环境化学 中的应用 2011年1月 — 2014年12月 研究属性 基础研究 亚类说明 摘要(限400字)：在国内率先将量子化学计算应用到环境领域，建立了适合复杂开放型环境体系的新理论模型，对环境计量学的发展起到了极大的推动作用，获得了一系列研究成果：在分子水平上阐明了由氯酚形成二噁英的机理，首次获得了二噁英形成过程中包含的基元反应的Arrhen

第六章 气—固催化反应宏观动力学

宏观反应速率—以颗粒催化剂体积为基准的平均反应速率

VS(?RA)??(?r0VS0A)dVSS?dVAA1?(?r)dVS 6.1—1 ?VS0AVS(?R)—A组分的宏观消耗速率； (?r)—A组分的本征消耗速率；

VS—催化剂颗粒体积。

宏观动力学—表述宏观反应速率与其影响因素之间关系 在本征反应动力学基础上讨论：

1、 流体在固体催化剂中的扩散规律； 2、 催化剂内浓度、温度分布规律； 3、 宏观反应速率的关联式。

6.1催化剂颗粒内气体的扩散

a、分子扩散或容积扩散—扩散阻力主要是分子间的碰撞（对大孔）；

b、努森(kondson)扩散—当微孔的孔径小于分子的平均自由程（约0.1?m）时，分子与孔壁的碰撞机会会超过分子间的相互碰撞，扩散阻力主要是分子与孔壁的碰撞； C、构型扩散—（d0?0.5~1nm），d0与分子大小是一个数

量级，分子的扩散系数与分子的构型有关。 扩散系数：

1

dnAdCApdyASdt??DABdz??RTDABdz 6.1—2 ?5D10AB与?有关???Pcm,P?压力，atm

6.1.1分子扩散

当d20???,一般?/d0?10

7.多相催化反应器的设计与分析

7.1 若气体通过固定床的线速度按空床计算为0.2m/s,则真正的线速度为多少?已知所填充的固体颗粒的堆密度为1.2g/cm3,颗粒密度为1.8 g/cm3

解:

??1?u真正??b1.2?1??0.3333?p1.8u空床

7.2 为了测定形状不规则的合成氨用铁催化剂的形状系数,将其填充在内径为98mm的容器中,填充高度为1m,然后边续地以流量为1m3/h的空气通过床层,相应测得床层的压力降为101.3Pa,实验操作温度为298K,试计算该催化剂颗粒的形状系数.已知催化剂颗粒的等体积相当直径为4mm,堆密度为1.45g/cm3,颗粒密度为2.6 g/cm3.

解:

??0.2?0.6m/s0.3333

?p?101.3Pa?101.3kg/m?s2,Lr?1m,??1.185kg/m3??1.87?10?5Pa?s?1.87?10?5kg/m?s,dv?4?10?3m1u0??0.03685m/s23600?0.785(0.098)?b1.45??1??1??0.4423?p2.60Lru20??1???由(7.1)式?p=fdp?3

根据(6.4)式可推导出ψa=dp/dv,式中dp为等比外表面积相当直