工业催化剂的评价与宏观物性测试

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1、工业催化剂的评价与宏观物性测试摘要：催化剂是实现化工生产的必要化学物质/崔化剂及催化反应的研究和开发已成为国内外化学工程与技术领威研究的热点，在估测一个催化剂的价值时，通常认为有以下四个重要的指标：活性、选择性、寿命、价格。对催化剂活性、选择性评价的基本原理与主要的表征方法和催化剂结构与性能表征的研究技术方法及原理的认知，提高了催化剂的可预见性。关键词：催化剂，测试，反应器，宏观物性正文：1.活性测试的目标催化剂测试最常见的目的如下：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

2、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厂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）；更详尽地比较儿种催化剂（接近工业应用条件）；测定特定反应的机理（涉及分子标记和分析设备）；测定在特定催化剂上反应的动力学；模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转。2.衡量催化剂活性的参数：在给定的反应温度下原料达到的转化率；在原料达到给定转化程度所需的温度；在给定条件下的总反应速率；在特定温度下对给定转化率所需的空速；由体系的试验研究所推导的动力学参数。3验室活

3、性测试反应器的类型及应用3.1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3.2实验室反应器的类型3.2.1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法床积分床。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

4、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.④适用于大型化和连续化的化工生产.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。3.2.2态反应器与动态反应器态反应器分批操作动态反应器连续操作脉冲反应器脉冲反应器为固定床0每次用很少量的催化剂。操作时令某种惰性气休（He或H2）或反应物Z—连续流过催化剂床层国周期地将反应物用针筒或进样阀引入载气流。用于催化剂筛选、测活性和选择性即也有用于动力学。脉冲方式进样国反应气

5、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。3.2.3微分反应器和积分反应器微分反应器‘(differentialreactor)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也不存在温度梯度，因此，微分反应器又称为无梯度反应器。反应物系以高空间速度连续流过微分反应器而不循环吋，称丄十”皿也八匚二宀HU、【才匸二宀N7/44-口」・〒ElX

6、frWfJiTrtIZUl匚口卄散分反应器外循环器体内的循环泵使用的流动型固帝动法两种形式。xar逊岀r59歼许环反吨耳：.CL>>内｛ft”上辽应辭特点催化剂装填量小，转化率低(vlO)特点是床层内没有浓度梯度和温度梯度,催化剂床层内可认为组分浓度恒定，反应速度不变。4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屮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

7、度差随反应器直径的增大而迅速升高，所以需耍确定适宜的催化剂粒径和反应管直径。⑵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，应当便气流处于湍流条件，因为层流会影响外扩散速率⑶内表而利用率与内扩散的消除内表面利用率:观察的反应速率表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于成反比，与冇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高内表面利用率。当催化剂活性与

8、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。5•催化剂宏观物性及其测定5.1催化剂的宏观物性组成各粒子或粒子聚集体的大小、形状与孔隙结构所构成的表面积、孔体枳、形状及大小分布的特点国以及与此有关的传递特性及机械强度等。5.2催化剂的宏观结构1.比表面积2.孔结构⑴孔径⑵孔径分布⑶孔容⑷孔隙率3.催化剂密度⑴颗粒密度⑵骨架密度和堆密度4.机械强度单位体积或单位质量固体的表面积，通常用匹固体的总表而积表示。催化剂比表面积的大小，尤其是活性组分的比表