催化反应工程师、催化剂研发人员、工艺开发工程师、石油化工/煤化工/精细化工领域技术人员。
理解催化反应的基本原理(吸附、表面反应、脱附)与催化剂特性。
掌握催化反应动力学实验设计与数据处理方法。
能够独立完成催化反应器的设计、模拟与优化。
催化反应工程概述:催化剂在化学工业中的重要性(90%以上化工过程涉及催化);催化作用的本质(降低活化能、改变反应路径);催化反应工程的学科内容(催化剂表征、反应动力学、反应器设计、失活再生)。
催化剂基础:催化剂的组成(主活性组分、助剂、载体);催化剂的物理性质(比表面积、孔容、孔径分布、颗粒强度);常用催化剂类型(金属催化剂、金属氧化物催化剂、固体酸催化剂、分子筛催化剂、酶催化剂)。
吸附与表面反应:物理吸附与化学吸附的区别;吸附等温线(Langmuir等温式、Freundlich等温式、BET等温式);表面反应机理(Langmuir-Hinshelwood机理、Eley-Rideal机理);吸附对反应速率的影响。
催化反应动力学:本征动力学与表观动力学的区别;幂函数型速率方程;双曲型速率方程(L-H型、E-R型)的推导;动力学参数的拟合方法(线性化、非线性回归);内外扩散影响的判定与消除。
催化剂失活:催化剂失活的类型(中毒、结焦、烧结、热失活、机械失活);失活动力学模型(平行失活、串联失活、独立失活);失活速率方程;失活催化剂的再生方法。
固定床催化反应器:固定床反应器的流体力学(压降计算Ergun方程);固定床反应器的传热与传质(壁效应、径向传热);固定床反应器的拟均相模型(一维、二维);固定床反应器的非均相模型(考虑颗粒内部扩散)。
流化床催化反应器:流化床反应器的流体力学(临界流化速度、带出速度、床层膨胀);流化床中的气泡行为与两相模型;流化床反应器的传热(床层与内构件、床层与壁面);流化床反应器的应用(催化裂化、丙烯腈合成)。
滴流床反应器:滴流床反应器的特点(气-液-固三相);滴流床中的流动形态(气液并流向下);滴流床的压降与持液量;滴流床反应器的传质(气-液、液-固);滴流床反应器的应用(加氢脱硫、加氢裂化)。
催化反应动力学实验设计:微分反应器与积分反应器的比较;消除内外扩散影响的实验方法;动力学数据的采集(转化率、选择性随温度、空速、分压的变化);动力学模型的筛选与参数估值。
催化反应过程的模拟:ASPEN PLUS中催化反应器的模拟方法(RCSTR、RPlug);动力学子程序的编写(Fortran、Excel);催化反应器与分离系统的集成;反应过程的灵敏度分析与优化。
典型催化过程案例分析:合成氨铁催化剂反应器;催化裂化提升管反应器;汽车尾气三效催化转化器;甲醇合成铜基催化剂反应器;加氢脱硫滴流床反应器。
综合实战项目:典型催化反应过程(如CO变换反应、甲烷重整反应、乙烯聚合反应)的动力学分析、反应器设计与模拟,包含动力学实验数据处理、反应器型式选择、模型建立、操作条件优化与结果分析。