催化剂的评价..
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2.5 催化剂的评价
2.5 催化剂的评价 评价催化剂是指对适用于某一反应的催化剂进行较全面的考 察，其主要考察项目列于表中。考察中首先关心的是活性、选 择性和寿命，其中活性是催化剂最重要的性质。对新研制的催 化剂或是改进型的催化剂，以及生产控制方法不同的同一催化 剂，可以采用不同的评价方法。评价方法也可以因反应及其要 求的条件不同而不同。 催化剂的活性、选择性和寿命是由催化剂的组成、结构、物 化性能，特别是由表面原子的配位状态及其相互作用决定的。 而且催化剂颗粒大小、形状、孔结构机械强度等也影响上述三 个指标。因此，表征催化剂的宏观结构和微观结构对催化剂的 设计、开发、制备和使用具有重要的意义。
2.5.1 活性评价的反应器
一个好的实验室反应器应能使反应床层内颗粒间和催化剂颗粒 内的温度梯度和浓度梯度降到最低，这样才能认识在传质、传 热不起控制作用的情况下催化剂的真实行为。 1)反应器分析的基本概念 实验室反应器按操作方法可分为两大类： 间歇式：常是封闭体系，恒容体系，任一瞬间，反应器内各处 的组成是均匀一致的，反应体系的组成随时间而变化．直至反 应达到平衡。 连续式：敞开体系，恒压体系；一定组成的反应物连续地流入 反应器，边流动边进行反应。 目前，在催化研究中用得最多的是连续反应器。用间歇式反应 器进行的催化动力学研究，现比较少。这些体系，大都用在必 须使用压力釜的高压反应，作初步筛选实验之用。在这种
2.5.1 活性评价的反应器
2.5.1 活性评价的反应器
表: 催化剂的评价项目
项目
活 性 选择性 寿 命 物理 性质 制 法 使用法 价 格 毒 性
主要影响因素
活性组分, 助剂、载体, 化学结合状态, 结构缺陷, 有效表面, 表面能, 孔结构等 稳定性, 机械强度, 耐热性, 抗毒性, 耐污性,再生性 形状, 粒径, 粒度分布, 密度, 导热性, 成型性, 机械强度, 吸水性, 流动性等 制备设备, 制备条件, 难易性, 重现性, 活化条件，保存条件 反应装置, 催化剂装填方法, 反应操作条件, 安全程度, 腐蚀性, 再活化条件, 分离回收 催化利原料的价格, 制备工序 操作过程的毒性, 废物的毒性
Sdl
与CSTR相反，PFR不能直接测量反应速率，只有在转化率小到
2.5.1 活性评价的反应器
可以用x代替d x 时才给出速率的直接测量。这实际上意味着使 用极少量的催化剂。这种反应器称之为微分反应器。在这种条 件下，速率可以由简单的差分方程计算而得 dx F0 r F0 x Sdl V 然而极小的dx值在分析上有较大的困难，所以PFR大都是在较 高的转化率的情况下进行实验的，即按积分方式运转。其反应 速率随反应器的轴向位置而改变，此时 dx dx dx （1） r F0 F0 C0 dV d(Q0 ) d 式中停留时间=V/Q0。 将（1）式对整个反应器积分，则得
Q0 C
(1) 连续流动搅拌釜式反应器 从反应的稳态料平衡分析
2.5.1 活性评价的反应器
反应物进入反应器的流速=反应物离开反应器的流速+ 反应物反 应速率 Q0: 反应物体积进料速度； W:反应器中催化剂的重量； C0和C:反应物进入和流出反应器的摩尔浓度 r:单位重量催化剂上的总反应速率。 则上述物料平衡式可表述为 Q0C0=Q0C+ rW 所以r= (C0-C)W/Q0 另一方面，速率也可以按单位催化剂体积来表示，在这种情况 下 r= (C0-C)V/Q0 式中V为反应器中所盛催化剂的体积。测量进料和出料中反应 物浓度的变化，即可求得反应速率。 (2)活塞流反应器 在理想的活塞流反应器中，假定没有轴混，而且无浓度或
2.5.1 活性评价的反应器
场合下，催化剂的活性，通常直接按给定的反应时间、反应条 件下的转化率来评价。器(Continuously Stirred Tank Reactor简称CSTR)和活塞流 反应器(Plug Flow Reaxtor,简称PFR)，其示意图见图1和图2。 Q0 C0
2.5.1 活性评价的反应器
组实验结果列于表中，同时也给出计算中所需的一些推导数值。 由积分转化率数据计算反应速度。 No Q0 C0×103 C×103 cm3/min Mol/l Mol/l S x -ln(1-x)
2.5.1 活性评价的反应器
流体速度的径向梯度，只是流体的组成随流动的距离而变化， 所以须分析微分体积元dV中的物料平衡。 参照图，对微分体积元dV，设 F:反应物的摩尔流量：V: 催化剂体积； r: 单位催化剂体积的反应速率. 则物料平衡式为F =(F+dF)+rdV 由此可得出r = - dF/dV 设F0为反应物进入反应器的摩尔进料速率，x为传化率，则 F＝Fo(1一x) ，r= dF/dV= -F0×dx/dV 对截面为S的管式反应器，dV＝Sdl，dl 为微分圆柱形体积元的 厚度，则 dx r F0 (10—7)
dx V 0 r F0 C0 式中的V为整个反应器的体积。 如果在反应时无体积改变，式（1）可以表达为
x
2.5.1 活性评价的反应器
dx dC（3） C= C0 （1-x），dC = - C0dx r C0 d d
为了获得动力学数据，人们把x（或C）对的积分数据加以微分 来获得速率对浓度的依赖关系（3式）。微分可以按图解法或者 数字法进行。也可以把反应器方程式中的r用一个推荐的速率定 律取代，再用解析积分或数字积分，所得的方程与试验的积分 数据进行拟合、按照拟合的优良程度决定推荐速率定律的取舍。 下面举噻吩加氢脱硫反应的例子说明: 将H2通过装有中噻吩的鼓泡器，于273K下鼓泡得到用噻吩饱和 的氢气。将它通过装有2.3cm3，40-80目的Ni-Mo基HDS催化剂, 反应器内径为0.7cm。温度保持在573K和接近常压，催化剂用 等体积同样目数的玻璃粉稀释。调节H2气的流速，得到相应的 一
2.5 催化剂的评价 评价催化剂是指对适用于某一反应的催化剂进行较全面的考 察，其主要考察项目列于表中。考察中首先关心的是活性、选 择性和寿命，其中活性是催化剂最重要的性质。对新研制的催 化剂或是改进型的催化剂，以及生产控制方法不同的同一催化 剂，可以采用不同的评价方法。评价方法也可以因反应及其要 求的条件不同而不同。 催化剂的活性、选择性和寿命是由催化剂的组成、结构、物 化性能，特别是由表面原子的配位状态及其相互作用决定的。 而且催化剂颗粒大小、形状、孔结构机械强度等也影响上述三 个指标。因此，表征催化剂的宏观结构和微观结构对催化剂的 设计、开发、制备和使用具有重要的意义。
2.5.1 活性评价的反应器
一个好的实验室反应器应能使反应床层内颗粒间和催化剂颗粒 内的温度梯度和浓度梯度降到最低，这样才能认识在传质、传 热不起控制作用的情况下催化剂的真实行为。 1)反应器分析的基本概念 实验室反应器按操作方法可分为两大类： 间歇式：常是封闭体系，恒容体系，任一瞬间，反应器内各处 的组成是均匀一致的，反应体系的组成随时间而变化．直至反 应达到平衡。 连续式：敞开体系，恒压体系；一定组成的反应物连续地流入 反应器，边流动边进行反应。 目前，在催化研究中用得最多的是连续反应器。用间歇式反应 器进行的催化动力学研究，现比较少。这些体系，大都用在必 须使用压力釜的高压反应，作初步筛选实验之用。在这种
2.5.1 活性评价的反应器
2.5.1 活性评价的反应器
表: 催化剂的评价项目
项目
活 性 选择性 寿 命 物理 性质 制 法 使用法 价 格 毒 性
主要影响因素
活性组分, 助剂、载体, 化学结合状态, 结构缺陷, 有效表面, 表面能, 孔结构等 稳定性, 机械强度, 耐热性, 抗毒性, 耐污性,再生性 形状, 粒径, 粒度分布, 密度, 导热性, 成型性, 机械强度, 吸水性, 流动性等 制备设备, 制备条件, 难易性, 重现性, 活化条件，保存条件 反应装置, 催化剂装填方法, 反应操作条件, 安全程度, 腐蚀性, 再活化条件, 分离回收 催化利原料的价格, 制备工序 操作过程的毒性, 废物的毒性
Sdl
与CSTR相反，PFR不能直接测量反应速率，只有在转化率小到
2.5.1 活性评价的反应器
可以用x代替d x 时才给出速率的直接测量。这实际上意味着使 用极少量的催化剂。这种反应器称之为微分反应器。在这种条 件下，速率可以由简单的差分方程计算而得 dx F0 r F0 x Sdl V 然而极小的dx值在分析上有较大的困难，所以PFR大都是在较 高的转化率的情况下进行实验的，即按积分方式运转。其反应 速率随反应器的轴向位置而改变，此时 dx dx dx （1） r F0 F0 C0 dV d(Q0 ) d 式中停留时间=V/Q0。 将（1）式对整个反应器积分，则得
Q0 C
(1) 连续流动搅拌釜式反应器 从反应的稳态料平衡分析
2.5.1 活性评价的反应器
反应物进入反应器的流速=反应物离开反应器的流速+ 反应物反 应速率 Q0: 反应物体积进料速度； W:反应器中催化剂的重量； C0和C:反应物进入和流出反应器的摩尔浓度 r:单位重量催化剂上的总反应速率。 则上述物料平衡式可表述为 Q0C0=Q0C+ rW 所以r= (C0-C)W/Q0 另一方面，速率也可以按单位催化剂体积来表示，在这种情况 下 r= (C0-C)V/Q0 式中V为反应器中所盛催化剂的体积。测量进料和出料中反应 物浓度的变化，即可求得反应速率。 (2)活塞流反应器 在理想的活塞流反应器中，假定没有轴混，而且无浓度或
2.5.1 活性评价的反应器
场合下，催化剂的活性，通常直接按给定的反应时间、反应条 件下的转化率来评价。器(Continuously Stirred Tank Reactor简称CSTR)和活塞流 反应器(Plug Flow Reaxtor,简称PFR)，其示意图见图1和图2。 Q0 C0
2.5.1 活性评价的反应器
组实验结果列于表中，同时也给出计算中所需的一些推导数值。 由积分转化率数据计算反应速度。 No Q0 C0×103 C×103 cm3/min Mol/l Mol/l S x -ln(1-x)
2.5.1 活性评价的反应器
流体速度的径向梯度，只是流体的组成随流动的距离而变化， 所以须分析微分体积元dV中的物料平衡。 参照图，对微分体积元dV，设 F:反应物的摩尔流量：V: 催化剂体积； r: 单位催化剂体积的反应速率. 则物料平衡式为F =(F+dF)+rdV 由此可得出r = - dF/dV 设F0为反应物进入反应器的摩尔进料速率，x为传化率，则 F＝Fo(1一x) ，r= dF/dV= -F0×dx/dV 对截面为S的管式反应器，dV＝Sdl，dl 为微分圆柱形体积元的 厚度，则 dx r F0 (10—7)
dx V 0 r F0 C0 式中的V为整个反应器的体积。 如果在反应时无体积改变，式（1）可以表达为
x
2.5.1 活性评价的反应器
dx dC（3） C= C0 （1-x），dC = - C0dx r C0 d d
为了获得动力学数据，人们把x（或C）对的积分数据加以微分 来获得速率对浓度的依赖关系（3式）。微分可以按图解法或者 数字法进行。也可以把反应器方程式中的r用一个推荐的速率定 律取代，再用解析积分或数字积分，所得的方程与试验的积分 数据进行拟合、按照拟合的优良程度决定推荐速率定律的取舍。 下面举噻吩加氢脱硫反应的例子说明: 将H2通过装有中噻吩的鼓泡器，于273K下鼓泡得到用噻吩饱和 的氢气。将它通过装有2.3cm3，40-80目的Ni-Mo基HDS催化剂, 反应器内径为0.7cm。温度保持在573K和接近常压，催化剂用 等体积同样目数的玻璃粉稀释。调节H2气的流速，得到相应的 一