连续流动法研究催化反应动力学

试验二十连续流淌法争论催化反响动力学试验目的测量ZnO催化剂对甲醇分解反响的催化活性，了解反响温度对催化反响的影响。了解动力学试验中流淌法的特点与关键，把握分析处理试验数据的方法。试验原理参与反响过程，但其数量及化学性质在反响前后没有转变的物质称为催化剂。催化剂使反响速度转变的现象称为催化作用。有催化剂参与的反响为催化反响。常用催化剂的制法有沉淀法、浸渍法、热分解法等。浸渍法是制备催化剂常用的方法。它是在多孔性载体上浸渍含有活性组分的盐溶液，再经枯燥、焙烧、复原等步骤而成，活性物质被吸附于载体的微孔活性组分用量削减。载体对催化剂性能的影响很大，应据需要对载体的比外表、孔构造、耐AlO、SiO.2 3 2ZnO催化剂的制法是:将10～20(氧化铝与纯硝酸锌的重量比为1∶2.4)，24hNO2放出时停顿加热升温，待硝酸锌分解完毕再升温至6003h，自然冷却即可.目前催化剂的制备还属于一种技艺，因此需要对制得的催化剂在使用条件下作出对其活性及选择性的评价，催化剂的活性大小表现为催化剂存在时反响速率增加的程度。复相催化(单位重量催化剂所具有的外表积)的大小对活性起主要作用。评价测定催化剂活性的方法大致可分为静态法和流淌法两种。静态法是指;进入反响器发生催化反响，离开反响器后再分析其混合物的组成。使用流淌法时，当流淌的体系到达稳定状态后，反响物的浓度就不随时间而变化。流淌法操作难度较大，计算也比静()必需恒定，另外，应选择合理的流速，流速太大时反响物与催化剂接触时间不够，来不及反响就流出，太小则气流的集中影响显著，有时会引起副反响。本试验承受流淌法测量ZnO催化剂在不同温度下对甲醇分解反响的催化活性无副反响发生(即有单一的选择性)，反响式为:CH3OH剂CO2H2O 13-〕催化活性以单位重量催化剂在指定条件下使100g甲醇分解掉的克数来表示。假设以恒量的甲醇蒸气送入体系，催化剂的活性越大则产物中的一氧化碳和氢气越多。反响在图1所示的试验装置中进展。氮气的流量由毛细管流速计监视，氮气流经预饱和器及饱和器(均装有液态甲醇)，在饱和器温度下到达甲醇蒸气的吸取平衡。混合气进入管式炉中的反响管与催化剂接触而发生反响，流出反响器的混合物中有氮气和未分解的甲醇，产物一氧化碳及氢气。流出气前进时为冰盐冷却剂致冷，甲醇蒸气被冷凝截留在捕集器中，最的是氮气的流量。依据这两个流量便可计算出反响产物一氧化碳及氢气的体积，据此可算出催化剂的活性大小。图13-1 连续流淌法测量氧化锌催化剂活性的试验装置1 氮气钢瓶 2 稳流阀 3 毛细管流速计4 缓冲瓶 5 预饱和器6 饱和器7反响管 8管式炉9热电偶10自动控温仪11捕集器12 冰盐冷剂13 杜瓦瓶14湿式气量计仪器药品试验装置 1套(如图13-1所示)记时钟 1只甲醇(分析纯)Al2O3载体ZnO催化剂(试验室自制)纯氮气(工业)。试验步骤检查装置各部件是否接妥，调整预饱和器温度为(43.0±0.1)℃;饱和器温度为(40.0±0.1)℃;保温容器中放入冰盐水。开启氮气钢瓶(参阅附录有关说明)，通过稳流阀调整气体流量在(100±5)mL·min-1内(观看湿式流量计)，登记毛细管流速计的压差。380压差不变的状况下，每5min记录湿式气体流量计读数一次，连续记录30min。用粗天平称取4g催化剂，取少量玻璃棉置于反响管中，为使装填均匀，一边向管内装催化剂，一边轻轻转动管子，装完后再于上部复盖少量玻璃棉以防松散，催化剂的位置应处于反响管的中部。将装有催化剂的反响管装入炉中，热电偶刚好处于催化剂的中部，把握毛细管流速计的压差与空管时完全一样，待其不变及炉温恒定后，重复步(3)的测量。调整控温仪使炉温升至4505试验。数据处理试验数据气体流量V(L)5min. 10min. 15min. 20min. 25min. 30min.无催化剂以流量V(L)t(min)作图，得三条直线。I为空管时的V—t线，Ⅱ及Ⅲ为装入催化剂后炉温分别为380450℃时的V—t线。由三条直线分别求出 30min内通入N2的体积和分解反响所增加的体积，30min内不同温度下，催化反响中分解掉甲醇的质量W′CH3OH(g)。由分解反响CHOHCO2HO3 2可得分解掉的甲醇体积为

(13-1)(13-3)(13-2)由抱负气体状态方程(13-3)(13-2)求出分解掉的甲醇摩尔数。式中，Ｔ为湿式气体流量计上指示的温度。求出分解掉的甲醇摩尔数。式中，Ｔ为湿式气体流量计上指示的温度。W”CHOH3

nCHOH3

M 〔13-4〕(5)30min内进入反响管的甲醇质量(13-5)近似认为体系的压力为试验时的大气压40(5)30min内进入反响管的甲醇质量(13-5)式中，为40式中，为40℃时的甲醇的饱和蒸气压;为体系中N2分压，即:。查阅有关的物理化学手册由克劳修斯-克拉佩龙方程dlnp

HVap m

〔13-6〕dT RT2查阅有关数据后计算得到。由阅历式子lgpA B 〔13-7〕(Ct),A=7.89750,B=1474.08,C=229.13,使用温度(t)范围-14~65℃,蒸气压p的单位为mmHg。(13-8)式中，(13-8)式中，30min内进入反响管的N230min内通入N2的体积计算;将代入(6)30min内进入反响管的甲醇摩尔数。进入反响管的甲醇质量。催化活性(13-9)计算;将代入(6)30mi