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1、化工生产中的动力学透析 作者：高东游 单位：齐化集团有限公司 催化剂对反应速率的影响 前已述及，要使反应速率加快，可以提高温度。但对某些反应来说，升高温度常会引起一些副反应发生或者使副反应也加快，甚至会使主反应的反应进程减慢。此外，有些反应即使在高温下反应速率也较慢。因此，在这些情况下使用升高温度的方法来提高反应速率，就受到了一定的限制。而催化剂则是提高反应速率的一种最常用、也是很有效的办法。例如在常温下，氢和氧化合成水的反应速率是非常小的，但当有钯粉或105催化剂(是以分子筛为载体的钯催化剂)存在时，常温、常压下氢气和氧气就可以迅速化合成水。又如在硫酸生产中由SO2氧化转化为SO3的反应SO
2、2+12O2SO3，只要加入少量的V2O5作催化剂，就可以使反应速率提高数万倍。在化工生产中，使用催化剂的目的就是加快主反应的速率，减少副反应的发生，从而使反应能定向进行，缓和反应条件，降低对设备的要求，提高设备的生产能力和降低产品的生产成本。而某些在理论上可以合成得到的化工产品，由于没有开发出有效的催化剂，以致长期以来不能实现工业化的生产。此时，只要研究出该化学反应适宜的催化剂，就能有效地加速化学反应速率，使该产品的工业化生产得以实现。 浓度对反应速率的影响 根据反应平衡移动原理，反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动。当有多种反应物参加反应时，往往使价廉易得的反应物过量，从而可以使价格
3、高或难以得到的反应物更多地转化为产物，以提高其利用率。反应物浓度愈高，反应速率愈快。一般在反应初期，反应物浓度高，反应速率快，随着反应的进行，反应物逐渐消耗，反应速率逐渐下降。提高浓度的方法有：对于液相反应，采用能提高反应物溶解度的溶剂，或者在反应中蒸发或冷冻部分溶剂等；对于气相反应，可适当加压或降低惰性物的含量等。对于可逆反应，反应物浓度与其平衡浓度之差是反应的推动力，此推动力愈大则反应速率愈快。所以，在反应过程中不断从反应体系取出生成物，使反应远离平衡，既保持了高速率，又使平衡向产物方向移动，这对于受平衡限制时反应，是提高产率的有效方法之一。 压力对反应速率的影响 一般说来，压力对液相和固
4、相反应的平衡影响较小，所以压力对液相和固相反应的影响不大。气体的体积受压力影响大，故压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大。压力对反应速率的影响是通过压力改变反应物的浓度而形成的。从反应动力学可知，除零级反应的反应速率与反应物浓度无关外，各级反应的速率都随反应物浓度增大而加快。因此，对于气相反应而言，也可以通过提高反应压力使气体的浓度增加，达到提高反应速率的目的。需要指出的是，在一定压力范围内，加压可减小气体反应体积，且对加快反应速率有一定好处，但效果有限，压力过高，能耗增大，对设备要求高，反而不经济。惰性气体的存在，可降低反应物的分压，对反应速率不利，但分子数的增加有利于反应平衡。以上涉及的
5、反应主要是单相反应。对于多相反应来说，由于反应总是在相和相的界面上进行，因此多相反应的反应速率除了与上述几个因素有关外，还和彼此的相之间的接触面的大小有关。例如，在生产上常把固态物质破碎成小颗粒或磨成粉末，将液态系统淋洒成线流、滴流或喷成雾状的微小液滴，以增大相间的接触面，提高反应速率。此外，多相反应还受到扩散作用的影响，因为加强扩散可以使反应物不断地进入界面，并使已经产生的生成物不断地离开界面。例如煤燃烧时，鼓风比不鼓风烧得旺，加强搅拌可以加快反应速率。这都是由于扩散作用加强的结果。 结语 化学反应所以能够发生，是因为组成反应物的分子中各原子间的化学键破裂，而重新组成生成物的分子中各原子间的化学键。这种键的破裂需要能量。因物质结构的不同，所以参加化学反应各物质的结构决定反应速率的重要原因。第 3 页 共 3 页
化工生产中的动力学透析
