【正文】 成用其他方法不能得到的產(chǎn)品。因此，催化劑在工業(yè)中對提高其間接經(jīng)濟(jì)效益的作用更大。隨著世界工業(yè)的發(fā)展，保護(hù)人類賴以生存的大氣、水源和土壤，防止環(huán)境污染是一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。這就要求盡快地改造引起環(huán)境污染的現(xiàn)有工藝，并研究無污染物排出的新工藝，以及大力開發(fā)有效治理廢渣、廢水和廢氣污染的過程和催化劑。在這方面，催化劑也越來越起著重要的作用，具有極大的社會效益，并且還將對人類社會的可持續(xù)發(fā)展做出重大的貢獻(xiàn)。總之，可以說，沒有催化劑就沒有近代的化學(xué)工業(yè)，催化劑是化學(xué)工業(yè)的基石。催化劑對化學(xué)工業(yè)乃至整個(gè)國計(jì)民生有著重要的作用。 催化劑工業(yè)的現(xiàn)狀 近些年來，催化劑工業(yè)隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展而興起，使得催化劑這個(gè)名字在人們的影響中不斷的加深。人們對催化劑的了解也是越來越多，因?yàn)榇呋瘎┲鸩匠蔀榱艘粋€(gè)不可或缺的元素，逐步滲透到各行各業(yè)，在社會的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著作用。所以，催化劑的生產(chǎn)制造就有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。 作為一門前沿新學(xué)科，催化劑工程是以催化劑的開發(fā)設(shè)計(jì)與研制、催化劑的制備技術(shù)與評價(jià)測試、催化劑的選用與反應(yīng)器的工程協(xié)調(diào)等工程問題為其研究對象。 催化劑工程立足與經(jīng)典的催化劑科學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用化學(xué)及表面物理化學(xué)等多學(xué)科的交界面上。是數(shù)理化技術(shù)科學(xué)互相滲透、互相補(bǔ)充而又互相融合的新產(chǎn)物。 催化劑著被是催化劑工程研究的重要內(nèi)容之一。尤其在知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，新第一章 引言 3 技術(shù)與心裁了的大量涌現(xiàn)，創(chuàng)新是科技進(jìn)步的不竭動(dòng)力。只有催化劑制備技術(shù)的創(chuàng)新，才能促進(jìn)催化劑創(chuàng)新，也才能創(chuàng)造出更大的效益。 催化劑開發(fā)的目的是要生產(chǎn)出一種可以付諸應(yīng)用的性能良好、能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的新的催化劑。隨著開發(fā)工作起點(diǎn)的不同，所包括工作程序的繁簡也各異。一個(gè)全新催化劑的開發(fā)．應(yīng)該從催化劑的設(shè)計(jì)人手，經(jīng)過制備、測試、評價(jià)等備方面多專業(yè)的工作，還要在完成實(shí)驗(yàn)室研究之后，進(jìn)行中試和擴(kuò)大成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。可見這是個(gè)工程龐大、花費(fèi)時(shí)間長、耗費(fèi)巨資的系統(tǒng)工程。在這里的關(guān)鍵間題是催化劑的設(shè)計(jì)，即首先是怎樣去設(shè)計(jì)一種優(yōu)良的前所未有的新催化劑。 另一類情況是對已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的倡化過程，由于它的某些特性如活性、選擇性、強(qiáng)度、壽命以及對毒物的敏感性等有不如人意之處，需要對此催化過程加以改進(jìn)。這種情況比起開發(fā)全新的催化劑要簡單些，開發(fā)工作是在原有基礎(chǔ)上的改型換代。但是，無論上述哪一類開發(fā)工作都需要先進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便少走彎路，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果，只不過設(shè)計(jì)的起點(diǎn)不同。 催化劑工業(yè)的發(fā)展前景回顧 20 世紀(jì) 80 年代末對催化劑制備技術(shù)的要求，主要集中在高催化活性、高選擇性、壽命、強(qiáng)度、開車投產(chǎn)、制備可重復(fù)、加工步驟合適、生產(chǎn)成本等方面，但是，到 90 年代末，對催化劑制備技術(shù)的要求，服從全球性目標(biāo)，對進(jìn)入 21 世紀(jì)的要求，確認(rèn)催化科學(xué)和人類的保健、食物供應(yīng)，能源和新材料四個(gè)方面密切有關(guān)，集中強(qiáng)調(diào)要為全球經(jīng)濟(jì)增長和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)努力，突出的是“環(huán)境經(jīng)濟(jì)問題” 。對催化劑今后的具體發(fā)展要求如下：催化劑生產(chǎn)過程經(jīng)濟(jì)上的改進(jìn)。要求催化劑表面上有均勻的活性位；對活性位更容易進(jìn)行化學(xué)處理和熱處理；同一催化劑窗層具有多重功能。環(huán)境保護(hù)。考慮用惰性固體替代副食性或易揮發(fā)的催化劑；保護(hù)大氣環(huán)境；提高催化劑的選擇性，減少不必要的副產(chǎn)物；催化劑具有疏水性，不易造成污第一章 引言 4 染源。在精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)中更廣泛地采用固體催化劑。降低生產(chǎn)成本；使用酶催化技術(shù)，采用對立體結(jié)構(gòu)化合物有選擇的催化劑。更好地組合催化劑在化工生產(chǎn)工藝中的作用，包括使用沸石和開發(fā)各種新型催化劑。以上說明總體上對催化劑研究、開發(fā)、制備和生產(chǎn)提出了更高要求。催化劑制備技術(shù)的演變，一定程度上取決于工業(yè)化學(xué)反應(yīng)器的發(fā)展和更新?；仡?20 世紀(jì)最后一二十年內(nèi)工業(yè)化學(xué)反應(yīng)器的發(fā)展和更新。 近一二十年來，光催化、電催化、聲催化、生物催化等一系列新穎的催化技術(shù)和新材料相繼問世，多種催化方式的組合應(yīng)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有些組合催化系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際環(huán)保中發(fā)揮著巨大的作用，但絕大多數(shù)的技術(shù)還在研究開發(fā)之中。 一、光催化作用及應(yīng)用 光催化反應(yīng)是光化學(xué)反應(yīng)與催化反應(yīng)的融合，它是在光和催化劑同時(shí)存在時(shí)才進(jìn)行的反應(yīng)。由于反應(yīng)吸收光子能量，其反應(yīng)速度比單純的催化反應(yīng)更快。近來，多相光催化在環(huán)保領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。例如，光催化治理重金屬離子污水；光催化氧化紡織染料污水；TiCh 催化降解有機(jī)化合物。o32 的光催化固定是較吸引人的課題。這是對自然界綠色植物光合作用的人工模擬過程。co2 的光催化固定可解決地球由 o32 引起的溫室效應(yīng)?？勺鳛榇舜呋瘎┑奈镔|(zhì)有半導(dǎo)體如TiCh，及一些配合物催化劑和光電催化劑等，但目前固定效果還不理想。 二、電催化作用及應(yīng)用 電催化是使電極、電解質(zhì)界面上的電荷轉(zhuǎn)移加速反應(yīng)的一種催化作用。電極催化劑的范圍僅限于金屬和半導(dǎo)體等的電性材料。電催化研究較多的有骨架鎳、硼化鎳、碳化鎢、鈉鎢青銅、尖晶石型與鎢態(tài)礦型的半導(dǎo)體氧化物，以及各種金屬化物及酞菁一類的催化劑。主要應(yīng)用于有機(jī)污水的電催化處理；含鉻廢水的電催化降解；煙道氣及原料煤的電解脫硫；電催化同時(shí)脫除 NOx 和 S02；二氧化碳的電解還原。第一章 引言 5 三、 光電催化及其應(yīng)用光電催化反應(yīng)可看成是同時(shí)具有光催化、電催化特點(diǎn)的反應(yīng)，它既是光催化的特例，也是電催化的特例。光電催化是在為開發(fā)一種可以利用太陽能以獲得清潔能源氫的光電化學(xué)電池而迅速發(fā)展起來的。例如，K．Ogura 等人利用 N 型 Ti0，光電極將 co2 還原成甲醇的反應(yīng)是在埃佛立特(Everitt)鹽 K2Fe[Fe(CN)6]、普魯士藍(lán)存在下進(jìn)行的?？傊呋瘎┕I(yè)在我國乃至全球都有著長足的發(fā)展，這是社會發(fā)展的需要。催化劑這個(gè)名詞也正不知不覺的深入到我們生活的各個(gè)角落，逐步被人們所熟悉。大力發(fā)展催化劑工業(yè)在現(xiàn)在和將來都很有前景。 課題的研究內(nèi)容 本課題研究的是催化劑擠出整形后處理設(shè)備。催化劑擠出整形后處理是指要設(shè)計(jì)催化劑物料經(jīng)過擠條機(jī)擠出后，被擠出的條形物料通過直條機(jī)被拉直、被切斷到切條成為催化劑短條，通過擺條機(jī)擺條，目的是為了使切好條的催化劑短條能夠整齊的、有規(guī)則的進(jìn)入切粒機(jī)中切粒從而成為催化劑成品顆粒這過程。過程中主要包括的機(jī)械部分是可調(diào)速直條機(jī)機(jī)械系統(tǒng)和以及切粒機(jī)機(jī)械系統(tǒng)。本科題著重對直條機(jī)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。保證擠條機(jī)擠出物料后條形物料能夠規(guī)則切粒。 課題的研究意義隨著催化劑的工業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)制造催化劑所創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益都相當(dāng)高，生產(chǎn)催化劑的利潤是非?？捎^。而且隨著現(xiàn)在新型催化劑的開發(fā)和投產(chǎn)，使得催化劑的用途也越來越廣。幾乎所有的化工工業(yè)的生產(chǎn)都涉及到了催化劑?？墒谴呋瘎┎粌H在化工產(chǎn)業(yè)中所起的作用越來越大，甚至在保護(hù)環(huán)境，治理廢渣、廢水、廢氣等環(huán)境問題上，都能對人類社會的可持續(xù)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)，所以催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)具有廣闊的發(fā)展空間。目前過內(nèi)外有很多企業(yè)都做催化劑這方面的開發(fā)，從事催化劑（主要是指固體催化劑）生產(chǎn)制備工藝，而關(guān)于這方面生產(chǎn)制備技術(shù)日趨也成熟。而隨著第一章 引言 6 我國從事催化劑生產(chǎn)開發(fā)人員的努力，在國內(nèi)有很多催化劑制備工藝已經(jīng)趕上了國外先進(jìn)水平。但在催化劑的成型技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外的企業(yè)都存在著或多或少的不足的地方，有的是生產(chǎn)成本偏高、有的成型方法本身導(dǎo)致生產(chǎn)率不高、還有是生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度不夠高而引起的生產(chǎn)率較低。作為在催化劑成型領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的也是最常見的擠條成型，它有著其他成型方法所不能達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)：成型機(jī)能力大，設(shè)備費(fèi)用低。這就意味著擠條成型法是比其它方法成本更低的成型方法。但是目前國內(nèi)大多數(shù)固體催化劑生產(chǎn)廠家采用的成型方法卻不是以擠條成型為主，因?yàn)樵跀D條成型催化劑擠出成型后的處理加工上，所需要的機(jī)械設(shè)備還不夠成熟，不是自動(dòng)化程度太低，提高了成本，降低了生產(chǎn)效率，導(dǎo)致催化劑不能夠大規(guī)模生產(chǎn)，就是設(shè)備太過簡單，產(chǎn)品達(dá)不到生產(chǎn)使用要求。所以，能夠設(shè)計(jì)出合理的催化劑擠出整形后處理設(shè)備，適當(dāng)?shù)奶岣呱a(chǎn)自動(dòng)化程度，減少人工生產(chǎn)，可以降低成本提高