催化剂性能评价 .ppt

催化剂性能评价;;催化剂的表征是指:应用近代物理方法与实验技术,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,从特别性上升到普遍性。 关于从理论上预测催化剂,解决催化剂的设计问题,推测反应机理具有特别重要的作用。 表征的根本目的在于为催化剂的设计与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;颗粒形状与尺寸;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 催化剂活性的测定 1、 催化剂活性与选择性的定量表达;关于流动体系,常适用空速与接触时间的概念。 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(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。 关于特定的操作条件,关于给定的转化率,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。由此空速能够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,如此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,都估计发生反应混合物体积的改变,因此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;(1)连续流动搅拌釜式反应器(CSTR);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 + W r (7、1、1) 因此 (7、1、2) 式中, C0,C － 分别为进入与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－单位重量催化剂上的总反应速率。 另一方面,速率也能够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);F0与F分别为反应物进入反应器与反应器中任一截面的摩尔流量,或摩尔进料速率,令x为转化率,则: F = F0 (1-x) (7、1、6) 且 dF/dV = - F0 dx/dV (7、1、7) 依照式(6、1、5),得 r = F0 dx/dV (7、1、8) 与CSTR相反,PFR不能直截了当测量反应速率,只有在转化率小到能够用⊿x代替dx时才给出速率得直截了当测量。这实际上意味着用极少量得催化剂。这种反应器称之为微分反应器。在这种条件下,速率可由简单得差分方程计算而得 r = (F0 /V ) ⊿x (7、1、9) 它相当于催化剂床层中反应物得平均浓度。; 然而极低的转化率在实验上造成分析的困难。因此PFR大都在较高转化率下操作,即按其积分方式运转,其反应速率随反应器的轴向位置而改变。此时 r = F0 dx/dV = C0 dx/