工业催化剂的评价与宏观物性的测试

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11.1 催化剂活性测试的基本概念
2. 实验室活性测试反应器的类型及应用 正确选择反应器是任何催化剂活性测试的一个决定
性步骤，需要考虑反应体系的物理性质、反应速率、 热性质、过程的条件、所需信息的种类和可得到的资 金等。
实验室反应器的分类方法有多种。
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11.1 催化wk.baidu.com活性测试的基本概念
当催化反应在动力学区进行时，催化剂的活性和选 择性与孔结构无关，但是，当反应分子由颗粒外部向 内表面扩散或当产物由内表面向颗粒外表面扩散受到 阻碍时，催化剂的活性和选择性就有孔结构有关。
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11.2 催化活性的测定
2. 测定活性的试验方法 3. 活性测试的实例
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11.3 催化剂宏观物性及其测定
催化剂的宏观物性是指催化剂的表面积、孔结构、 密度、机械强度等物理量。 1. 催化剂的表面积及其测定 (1)表面积与活性
一般表面积越大，催化剂的活性越高，但是二者不 一定成直线的正比关系。 (2) 比表面积测定的原理
第十一章
工业催化剂的评价与宏观物 性的测试
成英之
催化剂评价
一般来说，催化剂的活性、选择性和寿命是评价催 化剂的最重要指标，还有催化剂的价格。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
1. 活性测试的目标
催化剂测试最常见的目的如下： ①由催化剂制造商或者用户进行的常规质量的控制检验，
这种检验可能包括在标准化条件下，在特定类型催化 剂的个别批量或试样上进行的反应； ②快速筛选大量催化剂，以便为特定的反应确定一个催 化剂评价的优劣(简单装置实验室条件)； ③更详尽地比较几种催化剂(接近工业应用条件)； ④测定特定反应的机理(涉及分子标记和分析设备)； ⑤测定在特定催化剂上反应的动力学； ⑥模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
1. 活性测试的目标
衡量催化剂活性的参数： ①在给定的反应温度下原料达到的转化率； ②在原料达到给定转化程度所需的温度； ③在给定条件下的总反应速率； ④在特定温度下对给定转化率所需的空速； ⑤由体系的试验研究所推导的动力学参数。
活性表达参量的选择，将由所需信息的用途和可利用 的工作时间而定。例如，在活性顺序的粗略筛选试验中， 最常用第①种表达方式。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
2. 实验室活性测试反应器的类型及应用
(1)反应器分析的基本概念 ①连续流动搅拌釜式反应器(CSTR)
假定流体为全混的，反应器内各处浓度均一，并且等 于出口物料流的浓度。因此可以直接测量做为浓度函数 的反应速率。 ②活塞流式反应器(PFR)
假定没有轴混，而且无浓度或流体速度的径向梯度， 则反应物的浓度只是反应器长度的函数。
(4) 连续流动反应器 ①活塞流反应器 ②再循环微分反应器 ③反混式反应器 (无梯度反应器) ④滴流床反应器 ⑤流化床反应器
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11.2 催化活性的测定
1. 影响催化剂活性测定的因素(以流动法为例)
(1) 催化剂颗粒直径与反应管直径的关系 采用流动法测定催化剂活性时，要考虑气体在反应器
中的流动状况和扩散现象。通常为了消除内扩散对反应 的影响而降低粒径时，会导致温度差升高。同样温度差 随反应器直径的增大而迅速升高，所以需要确定适宜的 催化剂粒径和反应管直径。 (2) 外扩散限制的消除
应用流动法测定催化剂的活性时，为了避免外扩散的 影响，应当使气流处于湍流条件，因为层流会影响外扩 散速率。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
2. 实验室活性测试反应器的类型及应用
(3)暂态式反应器 该反应器体系简单、反应物和催化剂用量都很少。但
由于是脉冲反应器，反应是在非平衡条件下进行的。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
2. 实验室活性测试反应器的类型及应用
2. 实验室活性测试反应器的类型及应用
(1)反应器分析的基本概念 实验室各种反应器间最本质性的差别是间歇式和连续
式之间的差异。目前在催化研究中应用最多的是连续式 的反应器。
连续式的工业反应器，其操作特性受到以下因素的影 响：流体流动的方式、催化剂粒子内和粒子间存在的浓 度梯度，以及温度的径向和轴向梯度等。对于实验室用 的反应器，通常需要采取各种措施来消除这些影响，使 获得的信息简单明确。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
2. 实验室活性测试反应器的类型及应用
(2)间歇式反应器 间歇式反应器主要用于研究高压、高温反应或催化剂
的筛选，较少用于催化剂性能和动力学研究。 优点：装卸快、投资少 缺点：升温、降温缓慢；物质分压难以控制、测量；不 一定能说明连续体系的产率；毒物会积累；物料平衡误 差较大等。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
2. 实验室活性测试反应器的类型及应用
(1)反应器分析的基本概念 空速的概念 停留时间的倒数称为空速； 气体空速按反应物气体流量速率计算； 液体空速按液体流量速率计算； 重量空速按反应物质量流速除以催化剂重量所得比值计 算； 空速可以用作催化剂活性的指示； 体积进料速率，通常基于标准状态或反应器入口条件进 行计算。
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11.2 催化活性的测定
1. 影响催化剂活性测定的因素(以流动法为例)
(3) 内表面利用率与内扩散的消除 内表面利用率： 观测的反应速率
本征反应速率
内扩散阻力和催化剂宏观结构(颗粒粒度、孔径分布、 比表面积等)有关。对于多孔催化剂，其催化活性与催化 剂内表面利用率成正比，即与催化剂颗粒半径成反比， 与有效扩散系数的平方根成正比，因此减小催化剂粒径 或者增加孔径都可以提供内表面利用率。当催化剂活性 与催化剂粒径大小无关时，可以认为已经消除了内扩散 的影响。
常用物理吸附法进行测定，而BET法被认为是测定 载体和催化剂比表面积的标准方法。
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11.3 催化剂宏观物性及其测定
2. 催化剂的孔结构及其测定 催化剂是由微小晶粒聚集而成，内部含有大小不一
的微孔。孔结构不同，催化剂的比表面积也不同，除 了直接影响到反应速率外，还会影响到催化剂的选择 性、寿命和机械强度等。 (1)孔结构与活性和选择性