連續(xù)流動(dòng)法研究催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

試驗(yàn)二十連續(xù)流淌法爭(zhēng)論催化反響動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量ZnO催化劑對(duì)甲醇分解反響的催化活性，了解反響溫度對(duì)催化反響的影響。了解動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)中流淌法的特點(diǎn)與關(guān)鍵，把握分析處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。試驗(yàn)原理參與反響過程，但其數(shù)量及化學(xué)性質(zhì)在反響前后沒有轉(zhuǎn)變的物質(zhì)稱為催化劑。催化劑使反響速度轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱為催化作用。有催化劑參與的反響為催化反響。常用催化劑的制法有沉淀法、浸漬法、熱分解法等。浸漬法是制備催化劑常用的方法。它是在多孔性載體上浸漬含有活性組分的鹽溶液，再經(jīng)枯燥、焙燒、復(fù)原等步驟而成，活性物質(zhì)被吸附于載體的微孔活性組分用量削減。載體對(duì)催化劑性能的影響很大，應(yīng)據(jù)需要對(duì)載體的比外表、孔構(gòu)造、耐AlO、SiO.2 3 2ZnO催化劑的制法是:將10～20(氧化鋁與純硝酸鋅的重量比為1∶2.4)，24hNO2放出時(shí)停頓加熱升溫，待硝酸鋅分解完畢再升溫至6003h，自然冷卻即可.目前催化劑的制備還屬于一種技藝，因此需要對(duì)制得的催化劑在使用條件下作出對(duì)其活性及選擇性的評(píng)價(jià)，催化劑的活性大小表現(xiàn)為催化劑存在時(shí)反響速率增加的程度。復(fù)相催化(單位重量催化劑所具有的外表積)的大小對(duì)活性起主要作用。評(píng)價(jià)測(cè)定催化劑活性的方法大致可分為靜態(tài)法和流淌法兩種。靜態(tài)法是指;進(jìn)入反響器發(fā)生催化反響，離開反響器后再分析其混合物的組成。使用流淌法時(shí)，當(dāng)流淌的體系到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后，反響物的濃度就不隨時(shí)間而變化。流淌法操作難度較大，計(jì)算也比靜()必需恒定，另外，應(yīng)選擇合理的流速，流速太大時(shí)反響物與催化劑接觸時(shí)間不夠，來不及反響就流出，太小則氣流的集中影響顯著，有時(shí)會(huì)引起副反響。本試驗(yàn)承受流淌法測(cè)量ZnO催化劑在不同溫度下對(duì)甲醇分解反響的催化活性無副反響發(fā)生(即有單一的選擇性)，反響式為:CH3OH劑CO2H2O 13-〕催化活性以單位重量催化劑在指定條件下使100g甲醇分解掉的克數(shù)來表示。假設(shè)以恒量的甲醇蒸氣送入體系，催化劑的活性越大則產(chǎn)物中的一氧化碳和氫氣越多。反響在圖1所示的試驗(yàn)裝置中進(jìn)展。氮?dú)獾牧髁坑擅?xì)管流速計(jì)監(jiān)視，氮?dú)饬鹘?jīng)預(yù)飽和器及飽和器(均裝有液態(tài)甲醇)，在飽和器溫度下到達(dá)甲醇蒸氣的吸取平衡?；旌蠚膺M(jìn)入管式爐中的反響管與催化劑接觸而發(fā)生反響，流出反響器的混合物中有氮?dú)夂臀捶纸獾募状?，產(chǎn)物一氧化碳及氫氣。流出氣前進(jìn)時(shí)為冰鹽冷卻劑致冷，甲醇蒸氣被冷凝截留在捕集器中，最的是氮?dú)獾牧髁?。依?jù)這兩個(gè)流量便可計(jì)算出反響產(chǎn)物一氧化碳及氫氣的體積，據(jù)此可算出催化劑的活性大小。圖13-1 連續(xù)流淌法測(cè)量氧化鋅催化劑活性的試驗(yàn)裝置1 氮?dú)怃撈?2 穩(wěn)流閥 3 毛細(xì)管流速計(jì)4 緩沖瓶 5 預(yù)飽和器6 飽和器7反響管 8管式爐9熱電偶10自動(dòng)控溫儀11捕集器12 冰鹽冷劑13 杜瓦瓶14濕式氣量計(jì)儀器藥品試驗(yàn)裝置 1套(如圖13-1所示)記時(shí)鐘 1只甲醇(分析純)Al2O3載體ZnO催化劑(試驗(yàn)室自制)純氮?dú)?工業(yè))。試驗(yàn)步驟檢查裝置各部件是否接妥，調(diào)整預(yù)飽和器溫度為(43.0±0.1)℃;飽和器溫度為(40.0±0.1)℃;保溫容器中放入冰鹽水。開啟氮?dú)怃撈?參閱附錄有關(guān)說明)，通過穩(wěn)流閥調(diào)整氣體流量在(100±5)mL·min-1內(nèi)(觀看濕式流量計(jì))，登記毛細(xì)管流速計(jì)的壓差。380壓差不變的狀況下，每5min記錄濕式氣體流量計(jì)讀數(shù)一次，連續(xù)記錄30min。用粗天平稱取4g催化劑，取少量玻璃棉置于反響管中，為使裝填均勻，一邊向管內(nèi)裝催化劑，一邊輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)管子，裝完后再于上部復(fù)蓋少量玻璃棉以防松散，催化劑的位置應(yīng)處于反響管的中部。將裝有催化劑的反響管裝入爐中，熱電偶剛好處于催化劑的中部，把握毛細(xì)管流速計(jì)的壓差與空管時(shí)完全一樣，待其不變及爐溫恒定后，重復(fù)步(3)的測(cè)量。調(diào)整控溫儀使?fàn)t溫升至4505試驗(yàn)。數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)氣體流量V(L)5min. 10min. 15min. 20min. 25min. 30min.無催化劑以流量V(L)t(min)作圖，得三條直線。I為空管時(shí)的V—t線，Ⅱ及Ⅲ為裝入催化劑后爐溫分別為380450℃時(shí)的V—t線。由三條直線分別求出 30min內(nèi)通入N2的體積和分解反響所增加的體積，30min內(nèi)不同溫度下，催化反響中分解掉甲醇的質(zhì)量W′CH3OH(g)。由分解反響CHOHCO2HO3 2可得分解掉的甲醇體積為

(13-1)(13-3)(13-2)由抱負(fù)氣體狀態(tài)方程(13-3)(13-2)求出分解掉的甲醇摩爾數(shù)。式中，Ｔ為濕式氣體流量計(jì)上指示的溫度。求出分解掉的甲醇摩爾數(shù)。式中，Ｔ為濕式氣體流量計(jì)上指示的溫度。W”CHOH3

nCHOH3

M 〔13-4〕(5)30min內(nèi)進(jìn)入反響管的甲醇質(zhì)量(13-5)近似認(rèn)為體系的壓力為試驗(yàn)時(shí)的大氣壓40(5)30min內(nèi)進(jìn)入反響管的甲醇質(zhì)量(13-5)式中，為40式中，為40℃時(shí)的甲醇的飽和蒸氣壓;為體系中N2分壓，即:。查閱有關(guān)的物理化學(xué)手冊(cè)由克勞修斯-克拉佩龍方程dlnp

HVap m

〔13-6〕dT RT2查閱有關(guān)數(shù)據(jù)后計(jì)算得到。由閱歷式子lgpA B 〔13-7〕(Ct),A=7.89750,B=1474.08,C=229.13,使用溫度(t)范圍-14~65℃,蒸氣壓p的單位為mmHg。(13-8)式中，(13-8)式中，30min內(nèi)進(jìn)入反響管的N230min內(nèi)通入N2的體積計(jì)算;將代入(6)30min內(nèi)進(jìn)入反響管的甲醇摩爾數(shù)。進(jìn)入反響管的甲醇質(zhì)量。催化活性(13-9)計(jì)算;將代入(6)30mi