化学工艺学教案4(化工12本)-胡江良

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1、化学工^弟课程教案课次4课时2课型（请打V）理论课“讨论课口实验课口习题课口其他口授课题目（教学章、节或主题）：第2章化学工艺基础2.7催化剂的性能及使用2.8反应过程的热量衡算教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：L熟悉催化剂的作用、基木特征和性能指标；2•掌握催化剂的活化、失活、再生及其使用注意事项；3.了解催化剂的分类，运输、储存和装卸等相关要求；4.理解物料衡算的通式（基木方程）、衡算的步骤及其具体运用；5.理解热量衡算的通式（基本方程）、衡算的步骤及其具体运用。教学重点及难点：重点：催化剂的作用、基本特征和性能指标、催化剂的活化、失活、再生及其使用注意事项；

2、物料和热量衡算基木方程难点：催化剂的性能指标、物料和热量衡算的具体运用。教学基本内容方法及手段第2章化学工艺基础2.7催化剂的性能及使用前言：催化剂的作用主要体现在以下几个方面：2.7.1催化剂的基本特征（1）提高反应速率和选择性（2）改善操作条件（3）有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术（4）在能源开发和消除污染中可发挥重要作用（1）催化剂参与了反应（2）改变了反应时间（只能缩短达到化学平衡的时间，即加速作用），但不能改变平衡讲解（3）催化剂具有明显有选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。2.7.2催化剂的分类催化剂的功能来分：水解与水合、脱水、氧化、加氢、脱氢、聚合

3、、酰化、卤化等催化剂。按市场类型可分成化肥、炼油、化工和环保四类催化剂。2.7.3催化剂使用中的有关问题工业催化剂：是特指具有工业生产实际意义的催化剂，它们必须适用于大规模工业生产过程，可在工厂生产所控制的压力、温度、反应物流体速度、接触吋间和原料中含有一定杂质的实际操作条件下长期运转。2.73.1催化剂的性能指标（1）活性；（2）选择性；（3）寿命；催化剂的寿命是指催化剂的有效使用期限，即从催化剂投入使用开始,直至经过再生也不能恢复活性，达不到生产所要求的转化率和选择性为止的时间。催化剂的寿命主要受以下几个因素影响：①化学稳定性，②热稳定性,③机械稳定性，是指固体催化剂在反

4、应条件下的强度是否足够；④耐毒性,指催化剂对有毒物质的抵抗力或耐受力。2.73.2催化剂的活化催化剂在销售流通环节一般处于稳定状态，因而不具备催化活性。催化剂使用厂家在使用之询需对■其进行活化，使其转化成具有活性的状态。不同的催化剂要用不同的活化方法，有还原、氧化、硫化、酸化、热处理等，每种活化方法均有各口的活化条件和操作规程进行活化，才能保证催化剂发挥良好的作用。如果活化操作失课，轻则使催化剂性能下降，重则使催化剂报废，造成经济损失。2.73.3催化剂的失活和再生催化剂失活原因一般分为中毒、结焦和堵塞、烧结和热失活三大类。（1）中毒引起的失活①暂时中毒（可逆中毒）；②永久中

5、毒（不可逆中毒）；③选择性中毒；选择性中毒：是指催化剂屮毒之示可能失去对某一反应的催化能力，但对別的反应仍有催化活性，这种现彖称为选择性中毒。(2)结焦和堵塞的失活结焦：催化剂表而上的含碳沉积物称为结焦。以有机物为原料、以固体为催化剂的多相催化反应过程几乎都对能发生结焦。堵塞：山于含碳物质或其他物质在催化剂孔中沉积，造成孔径减少(或孔口缩小)，使反应物分子不能扩散进入孔中，这种现彖称为堵塞。通常含碳沉积物可与水蒸汽或氮气作用经气化除去，所有结焦失活是一•个可逆过程。(3)烧结和热失活(固态转变)催化剂的烧结和热失活是指高温引起的催化剂结构和性能的变化。催化剂失活的原因是错综复

6、杂的，并且每一种催化剂失活并不仅仅按上述分类的某一种进行，而往往是两种或两种以上的原因引起的。催化剂的再生：是指催化作用效率已经衰退的催化剂重新恢复其效率的过程。催化剂的再生取决与催化剂的性质和它的失活原因。2.73.4催化剂使用注意事项固体催化剂在使用中应注意一下儿点：①要防止已还原或已活化好的催化剂与空气接触。②原料必须经过净化处理，使用过程中要避免毒物与催化剂接触。③要严格控制操作温度，使其在催化剂活性温度范围内使用，防止催化剂床层局部过热，以免烧坏催化剂。④要维持疋常的操作条件的稳定，尽量减少波动。⑤开车时要保持缓慢的升温、升压速率、温度、压力的突然变化容易造成催化剂

7、的粉碎，要尽量减少开、停车的车数。2.73.5催化剂的运输、储存和装卸在运输和储藏中应防止其受到污染，固体催化剂在装填于反应器中时,也要防止污染和破裂。装填过程屮要做到均匀，避免出现“架桥”现象，以防止反应丄况恶化；装填后要将反应器进出口密封好，以防其他气体进入或受潮。许多催化剂使用后，在停工卸出之両需要进行钝化处理。2.8反应过程的物料衡算和热量衡算基础衡算系统的物料衡算通式输入物料的总质量=输出物料的总质量+系统内积累的物料质量1•间歇操作过程的物料衡算以每批牛产时间为基准输入物料量：每批投入的所有