第十一章-催化剂的活性评价
催化剂活性评价
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催化剂活性评价1实验原理通过加入适当的催化剂,改变原来的反应历程,可以使很多由于活化能过高而在一般条件下难以进行的反应发生。
本实验用铈锰催化剂乙烯氧化燃烧反应为例对催化剂活性以及。
反应化学方程式:C2H4+3O2→2CO2+2H2O在不太高的反应温度下,乙烯和空气混合后能稳定存在。
当反应混合气经过铈锰复合氧化物催化剂床层时,改变了原来不能进行的直接反应机理。
通过反应物向催化剂表面扩散,化学吸附活化,表面反应,然后产物脱附,扩散回气相等历程而完成。
1.1差热分析法差热分析是在程序控温下测量样品和参比物(在测量温度范围内不发生任何热效应的物质)之间的温度差与温度关系的一种技术。
在实验的过程中,可将试样与参比物的温差作为温度或时间的函数连续记录下来:ΔT=f(Tort)本实验的参比物是活性氧化铝颗粒;实验目的是通过差热分析确定硝酸盐的分解温度,从而在该温度下进行催化剂的烧结,在载体上得到铈、锰的氧化物。
1.2BET色谱法1克质量的多孔固体所具有的总表面积(包括外表面积和内表面积)定义为2比表面积,以m/g表示。
在气固多相催化反应的机理研究中,大量的事实证明气固多相催化反应是在固体催化剂表面上进行的。
某些催化剂的活性与其比表面有一定的关系,因此测定固体的比表面对多相反应机理的研究有着重要意义。
测定多孔固体比表面的方法很多,其中BET气相吸附色谱法是比较有效、准确的方法。
BET吸附理论的基本假设是:在物理吸附中,吸附质和吸附剂之间的作用力是范德华力,而吸附分子之间的作用力也是范德华力。
当气相中的吸附质分子被吸附在多孔固体表面上之后,它们还可能从气相中吸附同类分子,吸附是多层的,但同一层吸附分子之间无相互作用;吸附平衡是吸附和解吸附的动态平衡,第二层及其以后各层的吸附热等于气体的液化热。
根据这个假设推导得到BET方程如下:1C 1pN2=+Vd(1 pN2/pS)VmCVmCpSpN2/pSPN2――混合气体中氮的分压PS――吸附温度下氮的饱和蒸气压Vm――饱和吸附量(标准态)C――与吸附热及凝聚热有关的常数Vd――不同分压下的吸附量(标准态)pN2实验中测量并换算出不同条件下的饱和吸附量Vd,然后即可以pSpN2/pSpNC 11对2做线性拟合,所得直线的斜率k=,截距b=。
化学反应中的催化剂性能评价与优化
![化学反应中的催化剂性能评价与优化](https://img.taocdn.com/s3/m/2f1b9ac1710abb68a98271fe910ef12d2af9a906.png)
化学反应中的催化剂性能评价与优化催化剂是化学反应中的关键组成部分,能够加速反应速率、降低活化能、改变反应路径,并且能够在反应结束后不参与进一步的反应。
催化剂的性能评价和优化对于催化反应的研究和应用具有重要意义。
本文将从催化剂的选择、性能评价的常用方法以及优化催化剂性能的途径等方面进行探讨。
一、催化剂的选择催化剂的选择是催化反应的关键步骤。
首先,需要考虑的是催化剂的化学性质,包括其与反应物和产物的作用力,化学活性以及稳定性等。
此外,催化剂的物理性质,如表面积、孔径大小等也会对其性能产生影响。
催化剂还需要有足够的机械强度和热稳定性,以确保在反应过程中催化剂的不失活或失效。
因此,在选择催化剂时,需要综合考虑其化学性质、物理性质以及机械性能。
二、催化剂性能评价的常用方法1. 反应活性评价反应活性是评价催化剂性能的重要指标之一。
通过测量反应速率常数或转化率等参数,可以初步评价催化剂的活性。
常用的方法包括气体或液体相反应体系的批量实验和连续流动实验等。
2. 选择性评价选择性是指催化剂在多种反应路径中选择合适的路径进行反应,产生期望的产物。
评价催化剂的选择性可以通过研究不同反应条件下产物分布的变化来进行。
此外,还可以通过检测副反应产物的生成以及观察催化剂表面吸附物的形成来评价选择性。
3. 稳定性评价催化剂的稳定性是评价其性能的关键因素。
稳定性评价可以通过长时间连续实验来观察催化剂的寿命和活性的变化情况。
同时,也可以通过表征技术,如X射线衍射、透射电镜等来研究催化剂的形貌和晶型的变化,以评价催化剂的稳定性。
三、优化催化剂性能的途径1. 催化剂组成的优化催化剂的组成对其性能有着重要的影响。
通过调控催化剂组成的比例和类型,可以改变其表面性质、酸碱性质等。
合适的催化剂组成可以提高催化剂的活性和选择性。
2. 催化剂结构的优化催化剂的结构对其性能同样具有重要影响。
优化催化剂的结构可以通过对其表面积、孔径大小以及晶面的调控等途径进行。
器评价固体颗粒催化剂的活性
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Ⅰ、目的要求
微型催化反应器评价固体颗粒催化剂的活性
一、 了解微型催化反应器的特点。 二、 掌握用连续流动微型反应器评价固体颗粒催化剂活性的方法。 Ⅱ、基本原理 催化剂的活性表现为它对特定反应的反应速度的影响。 对于气—固多相反应 来说,使用的是大多是颗粒状催化剂, 它们通常都具有一定的孔结构和较大的表 面积。催化反应的实现,首先要使反应物扩散并吸附在催化剂表面。因此一般说 来, 催化反应的速度, 除了和催化剂的化学本性有关外, 还和催化剂的表面结构、 反应气的流动特性、 反应器的形状和器壁材料以及温度, 压力、 催化剂床层高度、 直径、体积、催化剂颗粒大小、添装方式、空速等因素有关。为了正确地测定催 化剂的活性和动力学参数, 首先必须选择合适的实验方法和适宜的实验条件以排 除这些物理因素的干扰。 流动反应体系是评价催化剂活性最常用的方法, 其特点是反应物连续地或间 歇地进入反应器通过催化剂床层,反应产物从出口处流出。 所谓微型反应器, 就是说它比常量反应器要小得多。所需催化剂和反应物的 量都很少,消除了催化剂床层的温度、浓度的不均匀性;另一方面,实验所用的 催化剂都是小颗粒的, 就比较容易排除扩散、 传热等物理因素对动力学研究的干 扰。此外,微型反应器具有装置简单,操作容易,获得数据快的特点,这对新型 催化剂的研究和催化机理的探索十分有利。 连续式微型催化反应器是让反应物以一定的流量连续、稳定地进入反应器, 经过一定时间后, 催化剂床层中的任一位置上各组分浓度保持恒定, 不随时间变 化,因而转化率的测定是在稳定条件下进行的。 Ⅲ、仪器和试剂 1、仪器 反应装置 103 气相色谱 气相色谱处理机 可控硅温度控制仪 自装(流程图见图 1) 上海分析仪器厂 上海计算技术研究所 上海自动化仪表六厂
四通阀
压 力 表
催化剂活性的测定(11)
![催化剂活性的测定(11)](https://img.taocdn.com/s3/m/dffb06a7844769eae009edd1.png)
二.实验原理(1):
催化剂的活性是催化剂催化能力的量度,通常用 单位质量或单位体积催化剂对反应物的转化百分 率来表示。复相催化时,反应在催化剂表面进行, 所以催化剂比表面(单位质量催化剂所具有的表 面积)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动法两种。 1,静态法是指反应物不连续加入反应器,产物 也不连续移去的实验方法;流动法则相反,反应 物不断稳定地进入反应器发生催化反应,离开反 应器后再分析其产物的组成;
4. 计算不同温度下ZnO催化剂的活性 。
10
七.思考题:
1. 为什么氮气的流速要始终控制不变? 2. 冰盐冷却器的作用是什么?是否盐
加得越多越好? 3. 试评论本实验评价催化剂的方法有
什么优缺点。
11
流动法操作难度较大计算也比静态法麻烦保持体系达到稳定状态是其成功的关键因此各种实验条件温度压力流量等必须恒定另外应选择合理的流速流速太大时反应物与催化剂接触时间不够反应不完全太小则气流的扩散影响显著有时会引起副反应
催化剂活性的测定
WLHXliu
1
实验介绍:
本实验属于动力学复相催化反应。 所谓复相催化反应---即产物与反应物不在
5. 调节控温仪使炉温升至420℃,不换管,重复 步骤4的测量。经教师检查数据后停止实验。
8
五.注意事项:
1.实验中应确保毛细管流速计的压差在有 无催化剂时均相同。
2.系统必须不漏气。 3.实验前需检查湿式流量计的水平和水位,
并预先运转数圈,使水与气体剂参加的化学反应。实 验涉及到气体流量控制与测量,化学动力 学,催化剂,恒温槽控温,反应炉控温等 知识。由于装置较为复杂,目前国内只有 复旦大学和山东大学两家有此实验。
新型催化剂的表征与活性评价
![新型催化剂的表征与活性评价](https://img.taocdn.com/s3/m/78f99d997e192279168884868762caaedc33ba72.png)
新型催化剂的表征与活性评价新型催化剂的表征与活性评价摘要:催化剂是化学反应中的关键组分,对于提高反应效率和选择性至关重要。
本文综述了新型催化剂的表征与活性评价方法。
首先介绍了常见的催化剂表征技术,包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和表面积测定等。
接着详细阐述了催化剂的活性评价方法,包括催化剂的稳定性测试、活性测试和选择性测试等。
最后,对新型催化剂表征与活性评价的未来发展进行了展望。
第一章引言催化剂在化学反应中起到了至关重要的作用,它能够提高反应的速率和选择性。
传统的催化剂研究主要侧重于贵金属催化剂,如铂、钯等。
随着环境保护和资源可持续利用的要求日益提高,研究人员开始寻找新型催化剂。
新型催化剂具有活性高、稳定性好、成本低等优点,对于开发高效催化剂具有重要意义。
本章主要介绍新型催化剂的表征与活性评价方法,为新型催化剂的研发和应用提供科学依据。
第二章催化剂的表征方法催化剂的表征方法主要包括形貌观察、晶体结构分析、表面结构分析和物化性质测试等。
1. 形貌观察催化剂的形貌观察通常使用电子显微镜技术,包括扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。
SEM可以观察催化剂表面的形貌和粒径分布,TEM能够观察催化剂的内部结构和晶体形态。
2. 晶体结构分析X射线衍射(XRD)是催化剂晶体结构分析的常用方法,通过测量材料的衍射角度,可以确定晶体的晶格参数和相对结晶度。
3. 表面结构分析傅里叶变换红外光谱(FTIR)可以研究催化剂表面吸附物质与催化剂表面之间的相互作用。
紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)可以用来研究催化剂中的吸收光谱和能带结构。
4. 物化性质测试催化剂的物化性质测试可以包括比表面积、孔径分布、酸碱性等。
比表面积可以通过气体吸附法(如BET法)来测定。
孔径分布可以通过孔隙吸附法(如BJH法)来测定。
酸碱性可以通过吸附剂的酸碱指数、氨解吸热等来表征。
催化剂的活性评价流程与装置
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催化剂的活性评价流程与装置催化剂活性评价流程主要有配气装置、SCR反应器和尾气收集分析三部分组成,SCR反应器内径为7.5mm,壁厚2mm,置于管式电炉中,将镍铬热电偶插入催化剂床层中,用程序升温装置来控制反应温度。
实验流程图如图2.1所示。
而SCR反应主要在固定床反应器中进行,实验采用的反应器是内径为7.Smm、壁厚为2mm的圆柱形不锈钢,并将不锈钢反应器置于管式电炉中,将镍铬正负加热电偶插入反应器内,利用程序升温装置控制反应需要的温度,反应装置如图2.2所示。
考察催化剂活性的实验步骤:(1)催化剂的装填:称取所需质量催化剂放入管式反应器中,催化剂两端塞入少量高温棉,用来固定催化剂床层,将装好的管式反应器置于加热炉膛内。
(2)管路密闭性检查:首先通入N2检查反应装置的气密性,打开N2钢瓶阀门,在质量流量计上设定流入装置的气体流量,并密封出口,当通入的气体使压力表读数达到O.1MPa时,停止通气,如果在10min内压力没有下降,表示反应装置的密封良好。
(3)配气:设定好每个质量流量计的给定值,进行配气(利用N2作为载气,模拟实验需要的烟气流量)。
当气体混合均匀并达到稳定一段时间,使催化剂吸附NO达到饱和,这样可以避免NO的减少是催化剂的吸附造成的。
(4)加热反应:通过程序升温设定加热炉温度,进行升温。
达到反应温度后,每一温度均稳定反应1h以上才开始分析。
(5)NO去除率分析:分别在进气口和出气口取样,用2L的铝箔采样袋集满气体后,用KM900手持式烟气分析仪测定进出口NO浓度,分析不同实验条件下催化剂对NO的催化还原的反应活性。
(6)NO转化率的计算。
根据反应前后NO浓度值,计算各反应温度下的NO的转化率,定义为脱硝率,以此数据作为衡量催化剂活性的指标。
脱硝率=(入口NO浓度一出口NO浓度)/入口NO浓度。
催化剂工程导论3催化剂性能的评价与表征
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(4)收率
R = 反反应应物物AA已起转始化的的物物质质量量((moml)ol)X 100%
(5)单程收率
Y=
生成目的产物的物质量(mol) 起始反应物的物质量(mol)
X
100%
Y =XS
活性的表达方式及相关参数
催化活性在理论研究中经常采用: 转换频率(Turnover frequency): 指单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次 数。作为真正催化活性的一个基本度量。
防止由于实验条件选择不当埋没好催化剂
了解反应机理,找到薄弱环节,有助于改进催化剂和换代 开发新催化剂。
第二节 动力学研究的意义和作用
化学反应动力学是研究一个化学物种转化为 另一个化学物种的速率和机理的分支科学。 机理:达成所论反应中各基元步骤发生的序 列。
第二节 动力学研究的意义和作用
第三节 实验室反应器
与工业反应器的区别 设计目的 — 解耦 设计三项要求 是催化剂评价和动力测定装置的核心
积分反应器
实验室常用固定床管式反应器,转化率高,进口和出口 物料组成差异大,沿床层有大的温度梯度和浓度梯度, 获得速率数据只能转化率对时空的积分结果,故定名为 积分反应器。
分类: 恒温和绝热 获得恒温:减小管径、用恒温导热介质和用惰性物质稀 释催化剂
催化剂工程导论
Catalyst Engineering Introduction
催化剂性能的评价、测试和表征
第一节 概述
活性: 指催化剂的效能(改变化学反应速度能力)的高低,是任 何催化剂最重要的性能指标
选择性:衡量催化剂抑制副反应能力的大小。
寿命: 指催化剂在使用条件下,维持一定活性水平的时间(单程 寿命)或每次活性下降后经再生而又恢复到许可活性水平 的累计时间(总寿命)。
催化剂的活性评价和宏观物性表征
![催化剂的活性评价和宏观物性表征](https://img.taocdn.com/s3/m/c762eb7925c52cc58bd6be2a.png)
Wt——时间 t 内未被磨损脱落的试样重量。 Wo——原始试样重量。 即磨损强度越大,催化剂的抗摩擦能力也就越大。 磨损率:一定时间内被磨损掉的样品重量与原始样品重量的比值。
% Wo Wt 100% Wo
抗压碎强度计算公式:
轴=
F (d
)
2
F 0.785d 2
⑴单颗粒压碎强度 a. 正、侧压压碎强度试验
抗压碎强度计 算公式
球形:N/粒 正向(轴向):N/cm2
柱状或锭片: 侧向(径向):N/cm2
b.刀刃压碎强度试验——刀口硬度法。N/cm2,以样品横截面表示。
抗压碎强度计算公式:
轴=
F (d
)
2
F 0.785d 2
2
侧=
F L
σ球=F
F:单粒破碎时的牛顿值,N L:单颗粒催化剂长度(承受负荷长度)cm d:单颗粒催化剂直径,cm
真
m V真
V真采用氦气置换法,氦气能进入颗粒内所有细孔。
VHe = V隙+V孔
即 真=V堆-mV He
⑵比孔容,孔隙率,平均孔半径和孔长
a.比孔容的测定:每g 催化剂颗粒内所有孔的体积总和称为比孔体积,又称比孔容 或孔体积(孔容)。
V比孔容
1
颗
1
真
V孔= VHe-VHg
1/ρ颗——每g 催化剂的骨架和颗粒内孔所占的 体积。
=
m
V隙+V孔+V真
b.颗粒密度:单位催化剂的质量与其几何体积之比。——汞置换密度
V = V堆-V隙 = V孔+V真
颗=V堆-mV隙
=m V孔+V真
催化剂性能的评价、测试和表征2
![催化剂性能的评价、测试和表征2](https://img.taocdn.com/s3/m/0dc44767fe4733687f21aa01.png)
催化剂性能的评价、测试和表征 概述主要内容• 活性评价和动力学研究• 催化剂的宏观物理性质测定 • 催化剂微观性质的测定和表征工业催化剂性能评价的目的①为应用提供依据②为开发制备提供判别的标准 ③基础研究的需要 评价内容① 使用性能活性,选择性,寿命 ②.宏观性能:比表面积,孔结构,形状与尺寸 ③.微观性能:晶相组成,表面酸碱性• 工业催化剂的性能要求及其物理化学性质4催化剂测试• 催化剂的物理性质的测定 ,包括宏观物理性质(孔容、孔径分布、比表面等)及微观物理性质(催化剂的晶相、晶格缺陷、微观粒径尺寸等) 几个基本概念评价(evaluation ),对催化剂的化学性质考察和定量描述; 测试(test ),对工业催化剂物理性质(宏观和微观)的测定; 表征(Characterization ),综合考察催化剂的物理、化学的性质和内在联系,特别是研究活性、选择性、稳定性的本质原因。
第一节.活性评价和动力学研究活性测定方法:流动法和静态法,流动法用得最多(一般流动法、流动循环法、催化色谱法) 本质上是对工业催化过程的模拟流动循环法、催化色谱法多用于反应动力学和反应机理 活性测试的目的a )由催化剂制造商或用户进行的常规质量控制检验b )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。
c )更详尽的比较几种催化剂d )测定在特定催化剂上反应的详尽动力学,包括失活或再生动力学。
e )模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转 活性的表示方法• 转化率(X A)活性的表示方法• 选择性(S)%100⨯=的起始摩尔数反应物已转化的摩尔数反应物A A X A %100⨯=摩尔数已转化的某一反应物的所得目的产物的摩尔数S收率(Y)Y=X A ×S• 时空得率(STY ):每小时、每升催化剂所得产物的量关于时空得率:指在一定条件(温度、压力、进料空速)下,单位体积或单位质量催化剂所得到产物量,多用于工业生产和工业设计,可直接计算出量产。
催化剂的设计与催化性能评价
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催化剂的设计与催化性能评价
催化剂是化学反应过程中的重要组成部分,可以提高反应速率、降低反应温度和能量消耗。
因此,催化剂的设计和催化性能评价对于工业生产和环境保护非常重要。
催化剂的设计首先需要考虑其催化反应的类型和机理。
例如,氧化反应需要氧化剂,酸碱催化需要酸碱性质,还有金属催化、酶催化等。
在选择催化剂材料时,需要考虑其物理化学性质,包括表面积、孔径分布、晶体结构、晶面等。
此外,还需要考虑催化剂与反应物的相容性、稳定性和寿命等因素。
催化性能评价是指对催化剂进行实验室或工业规模下的反应测试,以确定其催化活性、选择性、稳定性等性能。
常用的评价方法包括比表面积测定、X射线衍射分析、透射电镜观察、催化反应动力学研究等。
其中,比表面积测定是一种常用的评价方法,可以通过氮气吸附法或BET法来测定催化剂的比表面积。
X射线衍射分析可以确定催化剂的晶体结构和晶面信息,透射电镜观察可以观察催化剂的形貌和微观结构。
催化反应动力学研究可以确定催化剂的活性和选择性。
在实际应用中,催化剂的设计和催化性能评价需要考虑多种因素。
例如,在石油加工领域,需要考虑催化剂对不同种类原料的适应性、选择性和稳定性等因素。
在环境保护领域,需要考虑催化剂对污染物的降解效果、选择性和稳定性等因素。
总之,催化剂的设计和催化性能评价是一项复杂的工作,需要综合考虑多种因素。
随着科技的发展和人们对环境保护意识的提高,将会有更多的新型催化剂被开发出来,为工业生产和环境保护做出更大的贡献。
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3
催化剂床层与管径比也不宜太小,为防止可能产生的沟 流 ,一般应大于6。 管式反应器特点: ① 反应物的分子在反应器内停留时间相等,在反应器 内 任何一点上的反应物浓度和反应速度都不随时间变 化,只随管长变化; ② 单位反应器体积具有较大的换热面,特别适用于热 效 应较大的反应; ③ 反应物在管式反应器中反应速度快、流速快,所以 它 的生产率高;
《 工业催化 工业催化》 》
器 不循环。 外 循环微分反应器:反应物系借助于循环泵或热虹吸作 用 在微分反应器外循环。 内 循环微分反应器:反应物系借助于安装在微分反应器 体 内的循环泵而循环流动。 实验室研究固体催化剂使用的流动型固定床管式反应器 也称微分反应器。通常包括单纯流动法和循环流动法 两 种形式。
《 工业催化 工业催化》 》 《 工业催化 工业催化》 》
失 活,须用上述装置不断予以分离后进行再生。 ② 无固体物料连续进料和出料装置,用于固体颗粒性状 在 相当长时间(如半年或一年)内,不发生明显变化的 反应过程。
直 流微分反应器:反应物系以高空速连续流过微分反应 微分反应器(differential reactor; 无梯 度反应器) 反应物系连续流过反应器后,其组成无明显的变化,即 反应器内流体相中无浓度梯度,此种反应器称为微分 反应器。 由 于物系组成无明显的变化,反应热效应很小,若不计 入热损失,微分反应器内流体相中不存在温度梯度, 因此,微分反应器又称为无梯度反应器。
三、反应区域问题
l
没有浓度或温度梯度的本征动力学是理想的情况,实
际催化过程中存在扩散限制。
l工业催化 过程大多处于 扩散 区或 靠近 内扩散的 过渡 。
实验方法:对于固定床催化剂,保持恒定空速增大流体 线 速度。 结论:若反应速率明显提高则反应处于外扩散区; 若随减少催化剂颗粒度,反应速率(或转化率)递增,则 指 示存在明显内扩散区的传递效应。
《 工业催化 工业催化》 》
用 于工业研究定型催化剂使用量从几十到100mL; 研究包括传质和传热在内的工业应用放大条件,使用 的反应器可100 mL以 上 催化剂尺度与反应器尺度的关系: 无论反应器尺寸大小,要求管径和长度与装填催化剂颗 粒 尺度与外形匹配; 反应器管(直)径与催化剂颗粒粒(直)径比不低于2-10, 管 长与催化剂颗粒粒径比大于50-100;
《 工业催化 工业催化》 》
积分反应器(integral reactor): 常 用的管式催化反应 器 中,反应器进口和出口处物料组成显著不同,不能 用一个数学平均值代表全反应器中的组成,处理数据 常 用积分的形式。这种反应器只能得到转化率(或生成 率 )对时空的积分数据、此类反应器分为恒温和绝热两 种 反应器。 为 排除内外扩散影响的动力学研究及调制催化剂等初 选工作,使用催化剂装填量一般在1-100 mL。
l致 密 的催化剂 常有较高 的机 械强 度, 但孔 隙率下降 。
《 工业催化 工业催化》 》
/[g/(gCat·h)]
A的 单 程转 化率/%
催化剂 孔 径与聚乙烯生 产能力的关系
《 工业催化 工业催化》 》
孔 径 对 串 联反应选择性的影响
《 工业催化 工业催化》 》
2. 孔 结构对选择性的影响 对于两个互不相关的平行反应,如,烯烃和芳烃混合物 的 加氢,人们希望烯烃加氢,而不希望芳烃加氢。 动力学研究表明,有内扩散存在时的选择性与无内扩散 时 不同: 如 果主反应速率常数大于副反应,则主反应更易 受 到内扩散影响而导致选择性降低——采用大孔结构的 催化剂。
径 2~ 15mm左右,堆积成一 定高度(或厚度)的床层。 床 层静止不动,流体通过 床 层进行反应。
《 工业催化 工业催化》 》 《 工业催化 工业催化》 》
4
固 定床反应器的优点是: ① 返混小,流体同催化剂可进行有效接触,当反应伴 有 串联副反应时可得较高选择性。 ② 催化剂机械损耗小。 ③ 结构简单。 固 定床反应器的缺点是: ① 传热差,反应放热量很大时,即使是列管式反应器也 可 能出现飞温(反应温度失去控制,急剧上升,超过 允许范围);
《 工业催化 工业催化》 》
用 于催化剂筛选、测活性和选择性,也有用于动力学。 脉冲方式进样,反应气体在催化剂上的吸附、脱 附 行为与连续反应器内的行为有很大的区别。
典 型脉冲 反应器
《 工业催化 工业催化》 》
7
二 、颗粒大小及其分布 1. 催化剂的颗粒 颗粒 —particle 一 次粒子—primary particles 原子、分子、离子按照晶体结构的规则形成的单 体 晶粒子 二 次粒子—second particle 若 干晶粒聚集成的大小不一的微米级颗粒
《 工业催化 工业催化》 》
然而,当两个相互竞争的反应级数不同时,则选择 性与孔的大小有关。 在孔中反应物分压的降低,对这两个竞争反应速率 的 影响不同。
催化剂的孔结构对活性和选择性的影响,是工 业催化剂制备中最复杂、重要的问题之一。
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A→B→C
B 聚 乙 烯 生 成 量 的 单 程 收 率
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②操作过程中催化剂不能更换,催化剂需要频繁再生的 反应一般不宜使用,常代之以流化床反应器或移动床 反应器。 固 定床反应器中的催化剂不限于颗粒状,网状催化剂早 已 应用于工业上。 目 前,蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用
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流 化床反应器 一 种利用气体或液体通过颗 粒 状固体层而使固体颗粒处 于 悬浮运动状态,并进行气 固 相反应过程或液固相反应 过 程的反应器。 在 用于气固系统时,又称沸 腾 床反应器。
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微分反应器(differential reactor)-无梯 度 反应器 微分反应器:反应物系连续流过反应器后,其组成无明 显 的变化,即反应器内流体相无浓度梯度。由于物系组 成 无明显的变化,反应热效应很小,若不计入热损失, 微分反应器内流体相中也不存在温度梯度,因此,微分 反应器又称为无梯度反应器。
评估工业催化剂实际价值(性能) ⑴活性;⑵选择性;⑶寿命;⑷价格;⑸环保性能。
第11章 催化剂的活性评价
催化剂表征的目的 工业上催化剂的活性、选择性、寿命等一系列反 映催化剂实际性能的指标是由催化剂的组成、结构、 物化性能,特别是由催化剂表面原子的配位状态及其 相互作用决定的。
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流 化床反应器示意图
出料 旋 风 分 离 器
分布器 进料
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流 化床反应器的结构有两种形式: ①有固体物料连续进料和出料装置,用于固相加工过程 或 催化剂迅速失活的流体相加工过程。
ü例如 催化 裂化 过程 ,催化剂 在几 分钟 内即显著
流 化床反应器的优点: ① 可以实现固体物料的连续输入和输出; ② 流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能,床层 内部温度均匀,而且易于控制,特别适用于强放热反应。 ü由于返混严重,可对反应器的效率和反应的选择性 带来一定影响。 气 固流化床中气泡的存在使得气固接触变差,导致气体 反应得不完全。 不 宜用于要求单程转化率很高的反应。
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理论上:实验室催化剂测定活性的条件应该与催化剂 的实际应用条件完全相同;
⑵ 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; ⑶ 更详尽地比较几种催化剂。在最接近于工业应用的 条件下进行测试,确定各种催化剂的最佳操作区域。 ⑷ 测定特定反应的机理; ⑸ 测定 在特定催化剂上的反应的动力学; ⑹ 模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转。
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如 果 副反应的速率常数大于主反应,则内扩散的存 在 使主反应的选择性提高——选用小孔结构的催化剂。 对于一种起始物的平行反应,如,乙醇脱氢生成乙 醛 、脱水生成乙烯、氧化为环氧乙烷或CO2。 对于 级数相同的平行反应,两个竟争反应在催化 剂孔内每一点以相同的相对速率进行,受同样的扩散影 响,因而选择性与孔结构无关,也与反应起始物的浓无 关。
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⑤ 和釜式反应器相比较,其返混较小,在流速较低的情 况 下,其管内流体流型接近于理想置换流。
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2. 固 定 床反应器与流化床反应器
固 定床反应器
l又称 填充 床反应器 ,装填
有 固体催化剂或固体反应 物用以实现 多相催化过程 的一种反应器。
l固 体 物 通 常呈 颗粒 状, 粒
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四、实验室活性测试反应器的类型及应用
实验室催化反应器: ① 非稳态 ②稳态 ③ 间歇 ④ 半间歇 ⑤ 暂 态(脉冲) ⑥ 连续的
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实验室反应器的类型
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1. 管式 反应器 管式反应器是使用最多的一种固定床反应器。 方 便评价催化剂活性、选择性、稳定性,一般在稳态 下连续操作; 从传热方式区分,有等温床、准等温床和绝热床; 以 物料存在状态区分,有两相反应床和多相反应床; 而按反应方式则区分为微分床和积分床。
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颗粒 子堆积成型的球、条、片、粉体等不同形状 的 具有发达孔系的颗粒集合体。
在化工生产用反应器中,形状和尺寸直接影响流体流动, 包括流体在床层中的分布和流过床层时的压力降等工程 特性,例如在固定床反应器中用球状催化剂比用不规则 形状或锭状催化剂的压力降小,而环境保护用的蜂窝状 催化剂又比球状催化剂的压力降小。 单 位质量的催化剂因形状和尺寸不同,具有不同的外表 面 积。从而影响物质从流体内向单位重量催化剂的外表 面 传递的数量,这对于受外扩散控制的反应系统是非常 重 要的。