催化剂性能评价 ppt课件

接触时间θ定义为空速的倒数，即
θ ＝1/VVH= V/ F
单位为时间s, min, h等。
应该指出，这样定义的接触时间或停留时间， 由于反应过程中摩尔数的改变，温度及压力梯 度的影响，都可能发生反应混合物体积的改变， 因此并不相当于真实的反应物停留时间。
选择性（S）
S = 所得目的产物的物质的量/已转化的某一关键 反应物的物质的量
2 反应器分析的基本方程
实验室各种反应器间最本质性的差别是间歇式和 连续体系之间的差异。
进行动力学研究，多使用连续反应器。初步筛选 催化剂又必须在较高压力下进行，多使用高压釜。 在这种条件下，催化剂的活性，通常直接按给定 的反应条件和反应时间下的转化率来评价。
不论使用什么反应器，在进行活性评价时，最核 心的问题是要消除浓度梯度，温度梯度，外扩散 和内扩散的影响，这样才能获得真实的信息。但 反应器的类型不同，分析和处理数据的方法也不 同，下面给出连续等温式实验室反应器的两种理 想极限端情况。
r－单位重量催化剂上的总反应速率。
另一方面，速率也可以按单位催化剂体积表示，在这种情况下
r C0C V Q0
（7.1.3）
式中，V－反应器中所盛催化剂的体积。
（2）活塞流式反应器(PFR)
在理想的活塞流管式反应器中，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。参考图7.1.2，应用物料衡算于反 应器的微分体积，给出：
当反应物以液体进料时，这个相应的数量称为液体的时空速 率（LHSV）,简称液体空速。
若按反应物的质量流速除以催化剂的重量所得的比值，称之 为重量时空速率（WHSV）,简称重量空速。
对于特定的操作条件，对于给定的转化率，空速等于单位时 间能处理的相当于反应器体积那么多倍的反应物。由此空速 可以用作催化剂活性的指示。对给定的转化率，空速最高的 催化剂是活性最高的。
F = (F+dF) + rdV
（7.1.4）
由此得出：r = dF/dV
（7.1.5）
式中，F－反应物的摩尔流量；
V－催化剂的体积；
r－单位催化剂体
积的反应速率。
图6.1.2 活塞流式反应器
F0和F分别为反应物进入反应器和反应器中任一截面的摩 尔流量，或摩尔进料速率，令x为转化率，则:
近代物理方法主要包括：X射线衍射技术、色谱 技术、热分析技术、电子显微技术、光谱技术、 低电子能谱、穆斯堡尔谱等。
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F = F0 (1-x)
且 dF/dV = - F0 dx/dV
根据式（6.1.5），得
（7.1.6） （7.1.7）
r = F0 dx/dV
（7.1.8）
与CSTR相反，PFR不能直接测量反应速率，只有在转化
率小到可以用⊿x代替dx时才给出速率得直接测量。这实
际上意味着用极少量得催化剂。这种反应器称之为微分
（1）连续流动搅拌釜式反应器（CSTR）
这种反应器的特点 Q0 ,C0
是：流体是全混的，
器内各处浓度均一，
并等于出口物料的
总浓度。因此，可
以直接测量作为浓
度函数的反应速率。
Q 0,C
在这种反应器中，
进料单元之间存在
V
着停留时间的分布。
图7.1.1 连续流动搅拌釜式反应器
分析的基点是反应器的稳态物料平衡，即
对于流动体系，常适用空速和接触时间的概念。
定义空速为，单位时间单位催化剂上所流经的反应物的量， 用符号VVH表示，单位为s-1.
VVH = F/V
式中，F－单位时间反应物的进料体积，反应物的体积速率； V－催化剂床层体积。
当反应物以蒸气送入时，空速是按反应物的气体流量速率计 算，称为气体时空速率（GHSV）。
7.1 催化剂活性的测定
1. 催化剂活性和选择性的定量表达
若以某反应物进料的物质的量为基准，则活性定义如 下：
时空产率STY(space time yield)：在一定条件下（温度、 压力、进料组成、进料空速均一定），单位时间内， 单位体积或单位质量的催化剂所得产物的量。
将时空产率乘以反应器所填装的催化剂的体积或质量， 直接给出单位时间生产的产物数量，也可计算完成一 定的生成任务所需催化剂的体积或质量。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
催化剂的表征能够使人们对ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化作用的本质进一步 了解，使催化化学的研究从工艺逐渐发展成为一门 科学，从宏观深入到微观，从现象深入到本质，从 经验上升为规律，从特殊性上升到普遍性。
对于从理论上预测催化剂，解决催化剂的设计问题， 推测反应机理具有非常重要的作用。
反应物进入反应器的流速＝
反应物流出反应器的流速＋
反应物在反应器中因化学反应而消失的速率
应用物料平衡于图6.1.1所示的反应器，给出
Q0C0 = Q0C + W r
（7.1.1）
所以
r C0C W Q0
（7.1.2）
式中， C0，C － 分别为进入和流出反应器的物质的量浓度； Q0－体积进料流速； W－反应器中催化剂的重量；
表征的根本目的在于为催化剂的设计和开发提供更 多的依据，改进原有的催化剂或创制新型催化剂， 并提出新的概念，发现新的规律，推动理论及应用 技术的发展。
7.1 催化剂宏观物性的测定与表征
固体催化剂的宏观物性指它的活性、选 择性，催化剂密度；颗粒形状和尺寸； 比表面积，孔结构，孔径分布，堆积密 度等实验上可测定的量。
第七章 催化剂性能的评价 测试与表征
7.1 催化剂宏观物性的测定与表征 7.2 催化剂的比表面积孔结构及其测定 7.3 催化剂的表面性质和体相结构的表征 7.4 催化剂的热性质和还原行为的表征 7.5 气相色谱技术在催化剂研究中的应用
催化剂的表征是指：应用近代物理方法和实验技 术，对材料的表面及体相结构进行研究，并将它 们与材料的性质进行关联，探讨材料的宏观性质 与微观结构之间的关系，加深对材料的本质的了 解。