第1章催化剂性能的评价测试和表征

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1、第一节概述第二节活性评价和动力学研究第三节催化剂宏观物性及其测定第四节催化剂微观(本体)性质的测定和表征第三章催化剂性能的评价测试和表征第一节概述催化剂的制备催化剂性能的评价、测试筛选、比较标准活性选择性寿命机械强度抗毒性几何物理性质宏观和微观物理结构经济性能第二节活性评价和动力学研究目的（1）催化剂制造商或用户进行的常规质量控制检验。（2）快速筛选大量催化剂，为特定反应确定一个催化剂评价的优劣。（3）更详尽地比较几种催化剂，这可能涉及在最接近工业应用的条件下进行测试。（4）测定特定反应的机理，这可能涉及标记分子和高级

2、分析设备的使用。（5）测定在特定催化剂上反应的详尽动力学（包括失活、再生的动力学）。模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转。流动法：反应系统是开放的，供料连续或半连续。（应用最广）用于固定床催化剂测定的有一般流动法、流动循环法(无梯度法）、催化色谱法）静态法：反应系统是封闭的，供料不连续。1、活性的测定与表示方法基本概念：（1）比速率：体积比速率=质量比速率=面积比速率=（2）转化率XA=反应物A已转化的物质的量（mol)反应物A起始的物质的量（mol)（3）空速:物料的流速处以催化剂的体积。(S-1)（4）空时：空速的倒数。（

3、5）空时得率（STY):每小时、每升催化剂所的产物的量。（6）选择性：S=所得目的产生的物质的量已转化的某一关键反应物的物质的量（7）收率R=产物中某一类指定的物质总量原料中对应于该类物质的总量（8）单程收率Y=生成目的产物的物质的量起始反应物的物质的量单程收率有时也称得率，与转化率和选择性的关系：2、动力学研究的意义和作用动力学催化催化动力学的研究已经成为催化科学与催化剂工程的最重要的组成部分之一。催化动力学研究目标:为催化反应提供数学模型,弄清催化反应机理.了解在工业催化剂上发生的一些关键的主反应和副反应的动力学特征，为催化

4、剂的改进和发挥潜力提供必要的信息。反映出温度、空速、压力等对反应速率、转化率和选择性的影响规律，为催化剂的设计及催化反应器的设计提供科学依据。化学动力学研究化学变化的速率和机理机理反应中各基元步骤发生的序列每一步化学键的质变或量变的动力多相催化反应，一化学物种从与催化剂接近开始，需经历一系列的物理和化学的基元步骤。历程：化学物种所经历的化学变化基元步骤序列机理：包括吸附、脱附、物理传输和化学变化步骤在内的序列关系孔起始原料通过边界层向催化剂表面的扩散起始原料向孔的扩散（孔扩散）孔内表面反应物的吸附催化剂表面

5、上的化学反应催化剂表面产物的脱附离开孔产物的扩散脱离催化剂通过边界层向气相的产物扩散膜扩散层图3-1多相催化反应的机理示意图催化剂3、实验室反应器实验室活性测试反应器的类型及应用正确选择反应器任何催化剂活性测试的一个决定性步骤。任何一个体系不可能总是理想的。选择实验室反应器最合适的类型，主要决定于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。目的：研究不是生产，要求更高。得出本征动力学参数和物理传递参数。（解耦）实验室反应器是催化剂评价和动力学测定装置的核心实验室反应器的设计要求：1.恒温

6、2.停留时间的均一性3.产物取样和分析是否容易积分反应器微型管式固定床反应器装填足量的催化剂（数十至数百毫升）达到较高的转化率。进出口物料的组成差异大催化剂床层首尾两端的反应速率变化较大温度梯度大浓度梯度大转化率对空时的积分结果管套催化剂热电偶管积分反应器示意图积分反应器积分反应器的优点工业反应器接近获得催化剂评价结果方便要求分析精度不高缺点：热效应大，难于维持反应床层各处的温度均一和恒定反应速度的可比性较差积分反应器恒温绝热恒温积分反应器保持恒温的办法：减少管径；用恒温导热介质；用惰性物质稀释催化剂绝热积分反应器：直径均一、

7、催化剂装填均匀、绝热良好的圆管反应器。微分反应器催化剂床层更短更细装填足量更少转化率低（<5％）,装填的催化剂（数十至数百毫克）进出口物料的组成差异小,可以用其平均值来代表全床层的组成,但又大到足够用某种分析方法确定进出口的浓度差时,即△c/△t=dc/dt=r,求出r对分压、温度的微分数据微分反应器的优点1.易达到恒温要求2.反应器的构造简单微分反应器的缺点1.进料难配比2.分析要求精度高,由于转化率低,需用准确而灵敏的分析方法,若方法落后,难保证实验数据的重复性和准确性.积、微分反应器的优点：装置简单；便于分析，可直接对比催

8、化剂的活性缺点：催化剂床层中存在气流速度、温度和浓度梯度，使所测数据的可靠性下降。无梯度反应器优点：直接准确的求出反应速率数据集中了积分和微分反应器的优点，摒弃其缺点。反应器内流动相接近理想混合，不用严格限制催化剂颗粒和反应器之间的直径比。可以装填工业用的原粒度