【正文】 高轉化條件下相關數(shù)據(jù) 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 12 第一節(jié) 工業(yè)催化劑活性評價和動力學研究 （二） 無梯度反應器 在微分反應器中 ， 催化劑床層中不可避免地會存在溫度和濃度梯度 ， 因此 ， 通常情況下所測得的動力學數(shù)據(jù)精度較低 。 若要得到比較精確 、 準確的催化反應動力學方程 ， 特別是要詳細研究某一催化反應動力學規(guī)律時 ，需要用無梯度反應器 。 簡單地講 ， 無梯度反應器就是在催化反應過程中 ， 能消除溫度和濃度梯度的一類反應器 。在反應器內流動相達到了等溫和理想混合 ， 相間近乎無傳質阻力 。 因此 ， 它是一類比較理想的測定催化反應動力學的反應器 。 按流動相的流動方式 ， 無梯度反應器大致可分為外循環(huán)式 、 內循環(huán)式 、 連續(xù)攪拌釜式無梯度反應器 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 13 第一節(jié) 工業(yè)催化劑活性評價和動力學研究 外循環(huán)式無梯度反應器 （ 活塞式反應器 ， 用循環(huán)泵循環(huán)物料 ） 這種反應器的特點是催化劑不動 ， 反應后的物料絕大部分通過反應器體外回路進行循環(huán) ， 在反應系統(tǒng)中 ， 反應后的物料大部分返回 ， 小部分導出 ， 返回的物料與補充的新鮮反應物混合后再進入催化劑床層反應 ， 導出的反應后的物料與補充的新鮮反應物要匹配好 ， 使系統(tǒng)維持恒壓并穩(wěn)定運行 。 當循環(huán)物料的量與新鮮反應物的量之比 （ 循環(huán)比 ） 足夠大時 （ 通常為 20～ 40時 ） ， 通過催化劑床層的轉化率很低 ， 床層溫度變化很小 ， 混合物料在催化劑床層進出口處濃度差別也很小 ， 因此 ， 在催化劑床層中可以認為不存在濃度梯度和溫度梯度 。 外循環(huán)式無梯度反應器對循環(huán)泵的要求非常高 ， 在運行過程中 ， 不能污染反應物料 ， 循環(huán)量要大 ， 滯留量要小 。 另外 ， 反應器出口的物料通常需要冷卻后才能進入循環(huán)泵 ， 而經(jīng)過循環(huán)泵后又要再被加熱到反應溫度 ， 因此 ， 實驗時操作比較復雜 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 14 第一節(jié) 工業(yè)催化劑活性評價和動力學研究 內循環(huán)式無梯度反應器 這種反應器的特點是借助反應器中攪拌葉輪的轉動 ，使反應混合物回流通過靜止的催化劑床層做內部循環(huán)流動 ， 達到反應器內的理想混合 ， 從而消除了其中的濃度梯度和溫度梯度 。 由于內循環(huán)式無梯度反應器的循環(huán)組件是在反應器的內部 ， 而攪拌器通常是靜密封的磁驅動 ，因此 ， 它特別適合于高壓條件下的催化反應動力學研究 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 15 第一節(jié) 工業(yè)催化劑活性評價和動力學研究 連續(xù)攪拌釜式反應器 這種反應器的特點是催化劑床層與攪拌器一體化 ， 在攪拌器高速旋轉下 ， 固體催化劑與反應物會充分接觸及混合 ， 從而消除了反應體系內的溫度和濃度梯度 。 如將催化劑填裝在與攪拌軸一體的金屬絲網(wǎng)筐籃內的轉籃反應器 ， 當轉籃籃筐高速旋轉 （ 有時可高達 2022轉 /分鐘 ） 時 ， 反應物料就會充分混合 ， 并以高線速通過催化劑床層 ， 基本沒有傳質和傳熱效應 ， 因此 ， 反應器內基本沒有溫度和濃度梯度 。 連續(xù)攪拌釜式反應器特別適合于氣 、 液 、 固共存的多相催化反應體系的動力學研究 。 在這種反應器中 ， 物料中的氣體在流體中的分散效果非常好 。 但操作要求較為嚴格 ， 催化劑筐籃要十分均衡 ， 攪拌器的密封性也要很好 。 化工資源有效利用國家重點實驗室 16 第一節(jié) 工業(yè)催化劑活性評價和動力學研究 總之，催化劑的性能評價和動力學研究的目的是不同的。 催化劑的評價主要是相同操作條件（溫度、壓力、空速、原料配比等）下，比較不同催化劑的性能（活性、選擇性等）的差異。 動力學研究是對確定的催化劑（一般是篩選出的最優(yōu)催化劑），在不同的操作條件下，測定其操作條件變化時對同一催化劑性能影響的定量關系。 化工資源有效利用國家重點實驗室 17 工業(yè)催化劑是具有發(fā)達孔系和一定內外表面的顆粒組成的 ， 其顆粒集合體如下圖所示： 第二節(jié) 催化劑的宏觀物理性質測定 化工資源有效利用國家重點實驗室 18 在催化劑的化學組成 、 結構確定的情況下 ，構成催化劑的顆粒 、 孔系等宏觀物理特性對催化劑的性質起著重要的作用 。 因此 ， 催化劑的宏觀物理性質的測定是催化劑研究不可缺少的部分 。 下面是一些主要的測定方法： 第二節(jié) 催化劑的宏觀物理性質測定 化工資源有效利用國家重點實驗室 19 一 、 催化劑顆粒直徑與粒徑分布的測定 粒徑 1μm以上 ， 標準篩分法 。 粒徑 1μm以下 ， 常用電子顯微鏡 、 激光散射法等 。 ?電鏡 — 小型圖像儀法：此法是通過電子顯微鏡直接觀察來測定粒徑的方法 ， 這種方法比較直觀 ， 而且同時可得到粒徑分布形貌的信息 ， 不僅可用于粉體微粒 ， 而且也可以用于非粉體顆粒 ，如負載型催化劑上的活性組分微粒 。 ?激光全散射測定法：該法的原理是：波長為 λ， 強度為 Io的單色平行光束照射到含顆粒數(shù)為 N、 粒徑為 d的分散系統(tǒng)時 ， 由于顆粒散射部分入射光 ， 透射光強度 I就會減弱 ， 由實驗數(shù)據(jù)測出不同的入射光波長下的消光值 （ Io/I） ， 就可以反推出顆粒體系粒徑分布的函數(shù) N（ d） 。 第二節(jié) 催化劑的宏觀物理性質測定 化工資源有效利用國家重點實驗室 20 二 、 催化劑機械強度的測定 壓碎強度測定 。 均勻施加壓力到成型催化劑顆粒碎裂為止所承受的最大負荷 ， 稱為催化劑抗壓碎強度 。 大粒徑催化劑或載體 ， 如拉西環(huán) 、 直徑大于 1cm的錠片可以使用單粒測試方法 ， 以平均值表示 。 小粒徑催化劑最好使用堆積強度儀 ， 測定堆積一定體積的催化劑樣品在頂部受壓下碎裂的強度 。 條狀催化劑其圓柱直徑或等效圓柱直徑大于 1mm者 ， 大多采用單柱測試法 ， 并且也要注意徑向抗壓碎性能 。 第二節(jié) 催化劑的宏觀物理性質測定 化工資源有效利用國家重點實驗室 21 二 、 催化劑機械強度的測定 磨損性能測試 。 催化劑磨損性能的測試 ， 要求模擬其由摩擦造成的磨損 ， 目前常用旋轉磨損筒實驗法 、 空氣噴射法等 。 第二節(jié) 催化劑