工業(yè)催化-第一章催化劑與催化作用-研(參考版)
2025-01-09 03:01本頁面
【正文】 SiO2A12O3 是屬于酸催化機理類型反應(yīng)的催化劑，異構(gòu)化在酸中心上完成。原因是正庚烷異構(gòu)為異庚烷的反應(yīng)不是簡單的烷烴異構(gòu)反應(yīng)，中間要經(jīng)過正庚烷脫氫為烯烴，烯烴異構(gòu)為異烯烴，然后再加氫為異庚烷。 雙功能催化劑 實例 ? 正庚烷異構(gòu)為異庚烷的反應(yīng)，在 SiO2A12O3催化劑上，幾乎無反應(yīng)。反應(yīng)需要在各自獨立的活性中心上進行才能完成而產(chǎn)生。 在多相催化中 ， 催化劑常常是固體 。 理想的催化劑載體 應(yīng)具備下列條件 (I) ? 具有能適合反應(yīng)過程的形狀和大??； ? 有足夠的機械強度 ， 能經(jīng)受反應(yīng)過程中機械或熱的沖擊；有足夠的抗拉強度 ， 以抵抗催化劑使用過程中逐漸沉積在細孔里的副反應(yīng)產(chǎn)物 〔 如積碳 〕 或污物而引起的破裂作用； ? 有足夠的比表面 ， 合適的孔結(jié)構(gòu)和吸水率 ，以便在其表面能均勻地負載活性組分和助催化劑 ， 滿足催化反應(yīng)的需要； ? 有足夠的穩(wěn)定性以抵抗活性組分 、 反應(yīng)物及產(chǎn)物的化學(xué)侵蝕 ， 并能經(jīng)受催化劑的再生處理； 理想的催化劑載體 應(yīng)具備下列條件 (II) ? 能耐熱 ， 并具有合適的導(dǎo)熱系數(shù)； ? 不含可使催化劑中毒或副反應(yīng)增加的物質(zhì) ? 原料易得 ， 制備方便 ， 在制備載體以及制備成催化劑時不會造成環(huán)境污染； ? 能與活性組分發(fā)生 有益的化學(xué)作用 ； ? 能阻止催化劑失活； 催化劑和催化反應(yīng)分類 ? 按催化體系分為：均相與非均相 ? 均相：反應(yīng)物與催化劑形成均一相液相催化反應(yīng) ， 其中包括氣體溶解于液相中的反應(yīng) 。 ? 若在載體上，燒結(jié)和聚集就大大降低。 ? 載體關(guān)系到催化劑的活性、選擇性、熱穩(wěn)定性、機械強度，也關(guān)系到催化過程的傳質(zhì)特性。將活性組分、助 催化劑負載于 載體上所制得的催化劑，稱為 負載型 催化劑。實驗證明，釕負載活性炭，對氨合成的活性很低，添加能給電子的堿金屬后活性劇烈增加，而且給電子能力越強，活性越高。 電子助催化劑 ? 其作用是改變主催化劑的電子狀態(tài)，提高催化性能。 ? 如氨合成用的鐵催化劑中， Fe有空的 d軌道，可以接受電子，在 FeAl2O3中加入 K2O后， K2O把電子傳給 Fe， 使 Fe原子的電子密度增加，提高其活性，所以 K2O 是電子型的助催化劑。研究表明，金屬的催化活性與其表面電子的授受能力有關(guān)。原因是 Al2O3與活性 Fe形成了固熔體，有效阻止了 Fe的燒結(jié)。 ? 如氨合成用的 Fe催化劑，通過加入少量的 Al2O3。通過加入這種助催化劑，使活性組分的細小晶粒間隔開來，不易燒結(jié)；也可以與活性組分形成固熔體而達到熱穩(wěn)定，提高活性。 ? 可以改變催化劑的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、價態(tài)、酸堿性、分散度等 ? 具有提高主催化劑的活性、選擇性，穩(wěn)定性和壽命。如 MoO3Al2O3, WO3ZrO2等。如果沒有 Fe， 催化劑就一點也活性沒有， Fe是合成氨催化劑的活性組分。 催化劑活性隨時間變化曲線 工業(yè)催化劑的壽命 工業(yè)催化劑的要求 ? 1. 活性 ? 2. 選擇性 ? ? ? ? ? ? 催化劑的組成與功能 ? 催化劑的組成 ? 主催化劑 活性組分 ? 助催化劑 ? 載體 主催化劑 ? 是催化劑的主要成分 活性組分，是起催化作用的根本性物質(zhì)。 ? 2)熱穩(wěn)定性：能在反應(yīng)條件下 ， 不因受熱而破壞其物理化學(xué)狀態(tài) ， 能在一定溫度范圍內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性 。 ? 壽命 是指在指定的使用條件下，催化劑的活性能夠達到裝置生產(chǎn)能力和原料消耗定額的允許使用時間，可以是指活性下降后再生活性又恢復(fù)的累計使用時間。 選擇性 工廠常用產(chǎn)率來表示催化劑的優(yōu)劣：穩(wěn)定性和壽命 ? 穩(wěn)定性和壽命對于工業(yè)催化劑來說是致關(guān)重要的。 ? 催化劑的比活性只取決于催化劑的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)，而與其表面大小無關(guān)。g1(dNA/dt) =(1/w)cm2(dNA/dt) =(1/s)cm3(dNA／ dt)=(1／ V) ? 以催化劑重量為基淮 ? 以催化劑體積為基準(zhǔn) ? 以催化劑表面積為基準(zhǔn) ? 在催化反應(yīng)動力學(xué)的研究中 ， 活性多用反應(yīng)速率來表達 。 ? 活性中心（部位 )固體催化劑，其表面化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)不同。 ? Yts=15000*1000/（ 2*300*24） ? 單位： kg/(M3催化劑 h) 轉(zhuǎn)換頻率 表示法 ? 定義： 單位時間內(nèi)每個活性中心 轉(zhuǎn)化的分子數(shù)。 時空產(chǎn)率表示法 工業(yè)上最為常用的活性表示方法 ? 指在一定條件（溫度、壓力、進料組成、空速）下，單位時間內(nèi)，使用單位體積 V或單位質(zhì)量 的催化劑所能得到目的產(chǎn)物的量（摩爾數(shù) NB、 或質(zhì)量） 來表示，如下式： Y= NB／（ V 單程轉(zhuǎn)化率 ? 有些反應(yīng)因受熱力學(xué)平衡限制，平衡轉(zhuǎn)化率不高，為了充分利用原料，需將反應(yīng)產(chǎn)物分離，然后補充新鮮原料再循環(huán)使用。 ? 壓力 、 原料氣濃度 和 停留時間 等條件都必須相同 ? 用完成給定的轉(zhuǎn)化率（如 XA=80%） 所需要的空速表示
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