固相催化反应器.ppt

催化剂工业的发展方向 更新原料路线，采用更廉价的原料（资源有效利用） 缓和工艺操作条件，达到节能降耗的目的（节能） 开发新产品，提高产品的收率，改善产品的质量（开发新产品） 消除环境污染（环境保护） 催化反应体系的分类 按催化反应体系物相的均一性分类 1.均相催化 所有反应物和催化剂分子分散在一个相中。 2.多相催化 催化剂与反应物处于不同的相，催化剂与反应物有相界面将其隔开。 3.酶催化 兼有均相催化和多相催化的一些特性。 推流式反应器 又称活塞流或管式反应器。以推流流动形式进行化学反应的反应器。反应器中穿过反应器的液体物料粒子以与进入时相同的顺序排出。粒子的排列顺序在器内保持不变，其停留时间等于理论停留时间。液流形式与长宽比很大的的长条形池中的液流相近似，减少或消除了纵向的分散作用。是水处理过程中最常见的一种形式（如水的生物处理过程采用的传统活性污泥法推流式曝气池等）。 一、固相催化反应器的发展背景及催化剂工业 的发展方向 二、固相催化反应与固体催化剂 三、固相催化反应过程 四、固相催化反应器的设计与操作 主要内容 一、固相催化反应器的发展背景 20世纪以来，化学工业的品种和规模的巨大增长无不借助催化剂，从世纪初合成氨的工业化、50年代以后石油化学工业和高分子工业的兴起、乃至60年代以后解决环境保护问题都和使用催化剂有关，现代化的化工和石油加工过程约90%是催化过程。 化学反应的分类  无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分类。下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一些可能同时属于两个或者更多的反应种类。 钯催化的硝基苯加氢制苯胺 液体加气体 固体 铁催化的氨合成 气体 固体 金催化的过氧化氢分解 液体 固体 磷酸催化的烯烃聚合 气体 液体 例 反应物 催化剂 多相催化的相组合 二、固相催化反应与固体催化剂 （一）催化反应的特征及其在环境工程中的应用 催 化 剂： 催化剂是一种物质，它能加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。 催化反应：涉及催化剂的反应称催化反应。均相催化反应、非均相催化反应 应 用：有机废气的催化氧化处理(Pt，Mn-Cu，Mn-Fe)； 低浓度废水、污染地下水的高级氧化处理(TiO2)； 高浓度有机废水的催化湿式氧化； 硝酸根废水、硝酸盐污染地下水的催化还原处理(Fe)。 工业上常用的催化剂的形式 有机废气净化催化剂 ?油田气蒸汽转化制氢催化剂 炼厂气加氢脱硫催化剂 镍催化剂 催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般情况下催化剂的用量很少。 催化剂只能改变反应的历程和反应速率，不能改变反应的产物。 对于可逆反应，催化剂不改变反应的平衡状态，即不改变化学平衡关系。 催化剂对反应有较好的选择性，一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。 催化反应的基本特征： (1)活性物质：催化剂中真正起催化作用的组分，它常被分散固定在多孔物质的表面。（金属、金属氧化物） (2)载体（担体）：载体常常是多孔性物质，主要作用是提供大的表面和微孔，使催化活性物质附着在外部及内部表面。 (3)促进剂：改善催化剂活性（氨催化合成铁催化剂＋ Ca O） (4)抑制剂：抑制催化剂活性，增强稳定性（银催化剂中加入卤化物控制乙烯的完全氧化） （二）固体催化剂 1. 固体催化剂的组成 活性物质、载体、助催化剂、抑制剂 常用的固体催化剂载体 类型 载体 比表面积（ m 2 /g ） 特点 无孔低表面载 体 石英粉 碳化硅 1 左右 硬度高，导热性 好，耐热 有孔低表面积 载体 浮石 碳化硅烧结物 耐火砖 硅藻土 20 耐高温 有孔高比表面 积载体 活性炭 硅胶 活性氧化铝 活性白土 硅酸铝 500 ～ 1500 200 ～ 600 160 ～ 350 150 ～ 230 孔结构多种多样， 表面积随制法而 变化；载体自身亦 能提供活性中心 (1)比表面积(as) (specific Surface Area) 单位质量催化剂具有的表面积,以as表示。 大多数固体催化剂的比表面积在5～1000m2/g之间。 (2)孔体积(Vg)和孔隙率(ε p) 每克催化剂内部微孔所占的体积。 孔隙率是固体催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。 (3)固体密度(ρ s )和颗粒密度(ρ P ) ： 固