催化剂性能评价.ppt

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1、7.1催化剂宏观物性的测定与表征7.2催化剂的比表面积孔结构及其测定7.3催化剂的表面性质和体相结构的表征7.4催化剂的热性质和还原行为的表征7.5气相色谱技术在催化剂研究中的应用第七章催化剂性能的评价测试与表征催化剂的表征是指：应用近代物理方法和实验技术，对材料的表面及体相结构进行研究，并将它们与材料的性质进行关联，探讨材料的宏观性质与微观结构之间的关系，加深对材料的本质的了解。近代物理方法主要包括：X射线衍射技术、色谱技术、热分析技术、电子显微技术、光谱技术、低电子能谱、穆斯堡尔谱等。催化剂的表征能够使人们对催化作用的本质进一步了解，使催化化学的研究从工艺逐渐发

2、展成为一门科学，从宏观深入到微观，从现象深入到本质，从经验上升为规律，从特殊性上升到普遍性。对于从理论上预测催化剂，解决催化剂的设计问题，推测反应机理具有非常重要的作用。表征的根本目的在于为催化剂的设计和开发提供更多的依据，改进原有的催化剂或创制新型催化剂，并提出新的概念，发现新的规律，推动理论及应用技术的发展。固体催化剂的宏观物性指它的活性、选择性，催化剂密度；颗粒形状和尺寸；比表面积，孔结构，孔径分布，堆积密度等实验上可测定的量。7.1催化剂宏观物性的测定与表征7.1催化剂活性的测定1.催化剂活性和选择性的定量表达若以某反应物进料的物质的量为基准，则活性定义如下

3、：时空产率STY(spacetimeyield)：在一定条件下（温度、压力、进料组成、进料空速均一定），单位时间内，单位体积或单位质量的催化剂所得产物的量。将时空产率乘以反应器所填装的催化剂的体积或质量，直接给出单位时间生产的产物数量，也可计算完成一定的生成任务所需催化剂的体积或质量。对于流动体系，常适用空速和接触时间的概念。定义空速为，单位时间单位催化剂上所流经的反应物的量，用符号VVH表示，单位为s-1.VVH=F/V式中，F－单位时间反应物的进料体积，反应物的体积速率；V－催化剂床层体积。当反应物以蒸气送入时，空速是按反应物的气体流量速率计算，称为气体时空速率

4、（GHSV）。当反应物以液体进料时，这个相应的数量称为液体的时空速率（LHSV）,简称液体空速。若按反应物的质量流速除以催化剂的重量所得的比值，称之为重量时空速率（WHSV）,简称重量空速。对于特定的操作条件，对于给定的转化率，空速等于单位时间能处理的相当于反应器体积那么多倍的反应物。由此空速可以用作催化剂活性的指示。对给定的转化率，空速最高的催化剂是活性最高的。接触时间θ定义为空速的倒数，即θ＝1/VVH=V/F单位为时间s,min,h等。应该指出，这样定义的接触时间或停留时间，由于反应过程中摩尔数的改变，温度及压力梯度的影响，都可能发生反应混合物体积的改变，因此

5、并不相当于真实的反应物停留时间。选择性（S）S=所得目的产物的物质的量/已转化的某一关键反应物的物质的量2反应器分析的基本方程实验室各种反应器间最本质性的差别是间歇式和连续体系之间的差异。进行动力学研究，多使用连续反应器。初步筛选催化剂又必须在较高压力下进行，多使用高压釜。在这种条件下，催化剂的活性，通常直接按给定的反应条件和反应时间下的转化率来评价。不论使用什么反应器，在进行活性评价时，最核心的问题是要消除浓度梯度，温度梯度，外扩散和内扩散的影响，这样才能获得真实的信息。但反应器的类型不同，分析和处理数据的方法也不同，下面给出连续等温式实验室反应器的两种理想极限端

6、情况。（1）连续流动搅拌釜式反应器（CSTR）这种反应器的特点是：流体是全混的，器内各处浓度均一，并等于出口物料的总浓度。因此，可以直接测量作为浓度函数的反应速率。在这种反应器中，进料单元之间存在着停留时间的分布。图7.1.1连续流动搅拌釜式反应器分析的基点是反应器的稳态物料平衡，即反应物进入反应器的流速＝反应物流出反应器的流速＋反应物在反应器中因化学反应而消失的速率应用物料平衡于图6.1.1所示的反应器，给出Q0C0=Q0C+Wr（7.1.1）所以（7.1.2）式中，C0，C－分别为进入和流出反应器的物质的量浓度；Q0－体积进料流速；W－反应器中催化剂的重量；r－

7、单位重量催化剂上的总反应速率。另一方面，速率也可以按单位催化剂体积表示，在这种情况下（7.1.3）式中，V－反应器中所盛催化剂的体积。（2）活塞流式反应器(PFR)在理想的活塞流管式反应器中，假定没有轴混，而且无浓度或流体速度的径向梯度，则反应物的浓度只是反应器长度的函数。参考图7.1.2，应用物料衡算于反应器的微分体积，给出：F=(F+dF)+rdV（7.1.4）由此得出：r=dF/dV（7.1.5）式中，F－反应物的摩尔流量；V－催化剂的体积；r－单位催化剂体积的反应速率。图6.1.2活塞流式反应器F0和F分别为反应物进入反应器和反应器中任一截面的摩尔流量，