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1、第六章第六章 多相系统中的化学反应与多相系统中的化学反应与 传递现象传递现象实际生产中，多数化学反应是在多相系统中进行。实际生产中，多数化学反应是在多相系统中进行。如氨合成、乙烯氧化为环氧乙烷、乙炔与氯化氢合成如氨合成、乙烯氧化为环氧乙烷、乙炔与氯化氢合成氯乙烯、苯氯化、苯氧化为顺丁烯二酸酐等均属此类。氯乙烯、苯氯化、苯氧化为顺丁烯二酸酐等均属此类。多相系统的特征是系统中同时存在两个或两个以上的多相系统的特征是系统中同时存在两个或两个以上的相态，所以，与发生化学反应的同时，必然伴随着相相态，所以，与发生化学反应的同时，必然伴随着相间和相内的质量传递和热量传递现象。如果这些传递间和相内的质量传递
2、和热量传递现象。如果这些传递现象不存在，那么就不可能发生化学反应现象不存在，那么就不可能发生化学反应。多相系统中的化学反应，按其相态的不同可分为气固、多相系统中的化学反应，按其相态的不同可分为气固、气液、液固、固固以及气液固等反应；气液、液固、固固以及气液固等反应；按其是否使用催化剂又可分为催化反应与非催化反应按其是否使用催化剂又可分为催化反应与非催化反应两大类。两大类。 1多相反应系统的分类多相反应系统的分类虽然多相系统中的反应是多种多样的，但根据化学反应进行的部分，虽然多相系统中的反应是多种多样的，但根据化学反应进行的部分，具有具有代表性代表性与与典型性典型性的可概括为的可概括为两种两种基
3、本类型：基本类型：(1)在两相界面处进行反应，所有气固非催化反应或气固相催化反应在两相界面处进行反应，所有气固非催化反应或气固相催化反应都属于这一类型；都属于这一类型；(2)在同一个相内进反应，大多数气液反应均居于这种情况，在同一个相内进反应，大多数气液反应均居于这种情况，.即反即反应都是在液相中进行的，进行反应的相叫做反应相；应都是在液相中进行的，进行反应的相叫做反应相；这样的划分是粗略的，目的在于研究方便。两种情况兼而有之的例这样的划分是粗略的，目的在于研究方便。两种情况兼而有之的例子也是有的，例如反应在相界面上进行的同时，也在一个相内发生。子也是有的，例如反应在相界面上进行的同时，也在一
4、个相内发生。 气固相催化反应在工业生产中应用广泛，相对来说研究得也比较成气固相催化反应在工业生产中应用广泛，相对来说研究得也比较成熟，将把它作为第一种类型的代表在本章中作较为详细的讨论。熟，将把它作为第一种类型的代表在本章中作较为详细的讨论。第二种类型的多相系统则以气液反应为代表在第第二种类型的多相系统则以气液反应为代表在第8章中阐明。章中阐明。在这两章里着重阐明传递现象对化学反应过程的影响，并讨论定量在这两章里着重阐明传递现象对化学反应过程的影响，并讨论定量处理的方法处理的方法26.1 多相催化反应过程步骤多相催化反应过程步骤 多相催化反应是在固体催化剂的表面上多相催化反应是在固体催化剂的表
5、面上进行的，因此，流体相主体中的反应物进行的，因此，流体相主体中的反应物必须传递列催化剂表面上，然后进行反必须传递列催化剂表面上，然后进行反应，反应产物也不断地从催化剂表面传应，反应产物也不断地从催化剂表面传递到流体相主体。递到流体相主体。为了弄清这些传递和反应步骤，首先需为了弄清这些传递和反应步骤，首先需要对固体催化剂颗粒的宏观结构和性质要对固体催化剂颗粒的宏观结构和性质有所了解。有所了解。 3固体催化剂的宏观结构及性质固体催化剂的宏观结构及性质 绝大多数固体催化剂颗粒为多孔结构，即颗粒内部系绝大多数固体催化剂颗粒为多孔结构，即颗粒内部系由许许多多形状不规则互相连通的孔道所组成，形成由许许多
6、多形状不规则互相连通的孔道所组成，形成一几何形状复杂的网络结构。一几何形状复杂的网络结构。正是由于这种网状结构的存在，使催化剂颗粒内部存正是由于这种网状结构的存在，使催化剂颗粒内部存在着巨大的表面，化学反应便是在这些表面上发生的。在着巨大的表面，化学反应便是在这些表面上发生的。通常以单位质量催化剂颗粒所具有的表面积，即比表通常以单位质量催化剂颗粒所具有的表面积，即比表面来衡最催化剂表面的大小，以面来衡最催化剂表面的大小，以m2/g为单位。为单位。比表面系由实验测定得到，常用的方法是比表面系由实验测定得到，常用的方法是BET法或色法或色谱法。固体催化剂的比表面可高达谱法。固体催化剂的比表面可高达
7、200一一300m2/g。4固体催化剂的宏观结构及性质固体催化剂的宏观结构及性质多孔催化剂的比表面显然与孔道的大小有关，孔道越细，多孔催化剂的比表面显然与孔道的大小有关，孔道越细，则比表面越大。然而催化剂颗粒内的孔道又是粗细不一则比表面越大。然而催化剂颗粒内的孔道又是粗细不一的，通常用孔径分布来描述，孔径分布则是通过实验测的，通常用孔径分布来描述，孔径分布则是通过实验测定的孔容分布计算得到。定的孔容分布计算得到。孔容是指单位质量催化剂颗粒所具有的孔体积，常以孔容是指单位质量催化剂颗粒所具有的孔体积，常以cm3/g为单位，如果孔径不太细，例如大于为单位，如果孔径不太细，例如大于100 l0-10m，可以用压汞仪来测定不同大小的孔的体积，不同的压可以用压汞仪来测定不同大小的孔的体积，不同的压力相应于不同粗细的孔道，孔道太细时则需采用其他方力相应于不同粗细的孔道，孔道太细时则需采用其他方法。法。如果不需要分别测定不同大小的孔体积，可用四氯化碳如果不需要分别测定不同大小的孔体积，可用四氯化碳法测定催化剂的孔容，这时测得的孔体积包括所有孔的法测定催化剂的孔容，这时测得的孔体积包括所有孔的体积，或称总孔容，通常所说的孔容指的就是总孔容。体积，或称总孔容，通常所说的孔容指的就是总孔容。 5
