实验13气固反应

实验14气固相催化反应实验1.实验目的(1)掌握乙醇脱水实验的反应过程和反应机理、特点。(2)学习气固管式催化反应器的构造、原理和使用方法。(3)学习如何对实验体系进行物料衡算，确定收率与转化率。(4)学习气体在线分析的方法和定性、定量分析，学习手动进样分析液体成分。(5)学习微量泵的使用，学会使用湿式流量计测量气体流量。2.背景知识多孔固体催化剂上进行的气固相催化反应，由反应物在催化剂内表面活性位上的化学吸附、活性吸附态组分进行反应和产物脱附三个串联的步骤组成。由于绝大多数活性位处于固体催化剂的内表面上，而工业气固相反应过程中反应物和产物又都在气相中，因此，在多孔催化剂上进行的气固相催化反应由以下几个步骤组成：①反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒的外表面；②反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散；③在催化剂内部孔道所组成的内表面上进行催化反应；④产物从内表面扩散到外表面；⑤产物从外表面扩散到气流主体。其中的步骤①和⑤称为外扩散过程，步骤②和④称为内扩散过程，步骤③是本征动力学过程，内扩散过程和催化剂内表面上进行的本征动力学过程是同时进行的，因此也称为扩散-反应过程。多孔固体催化剂上进行的气固相催化反应过程除了必定存在气固两相之间的质量传递和固相内的质量传递外，由于催化反应的热效应和气固两相之间存在温度差，同时也产生了气固两相之间和固相内的热量传递过程。气固两相之间的传质系数和给热系数决定于气体的流动状况和物理性质。固体催化剂内的传质和传热过程又涉及反应组分在催化剂内的扩散系数和催化剂颗粒的导热系数。由此可见，整个气固相催化反应过程的速率，不仅与催化剂表面上进行的化学反应及催化剂的孔结构有关，还与反应气体的流动状况、传质及传热物理过程密切相关。乙烯是最重要的基本有机化工原料之一和石油化工工业的龙头产品，其工业·103·