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如何選擇合適化工催化劑——催化劑活性
返回列表 來源: 迅凱催化 發(fā)布日期: 2020.05.09

化工催化劑種類繁多,應(yīng)用極為廣泛,同一反應(yīng)甚至同一裝置的不同催化劑的性能也差別很大,那么什么樣的催化劑才是好的化工催化劑,化工催化劑又該怎樣評價呢?選擇一款化工催化劑要注重哪些指標(biāo)呢?


一般而言,衡量一個化工催化劑的質(zhì)量與效率,主要是活性、選擇性和穩(wěn)定性這3項綜合指標(biāo)。與這3項相關(guān)的還有,催化劑的機械強度、抗毒性、幾何物理性質(zhì)、宏觀和微觀的物理結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟性能等。比較全面的性能概況如下表。

催化劑性能表


催化劑性能通常是指活性、選擇性和穩(wěn)定性,穩(wěn)定性包括化學(xué)穩(wěn)定性(抗毒性)和物理穩(wěn)定性(耐熱性、機械強度)。


? 催化劑活性

根據(jù)催化劑的定義和作用,催化劑的活性是指催化劑加快反應(yīng)速率的程度的一種度量。嚴格地說,催化劑的活性應(yīng)該是指催化反應(yīng)速率與非催化速率之間的差值。由于通常情況下非催化速率小到可以忽略,所以催化劑的活性就是催化反應(yīng)速率。表達催化劑活性的還可以是轉(zhuǎn)化頻率或轉(zhuǎn)化率。

(1) 反應(yīng)速率:反應(yīng)速率的定義為用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量來表示。

由于反應(yīng)速率還與催化劑的體積、質(zhì)量或表面積有關(guān),所以必須引進比速率的概念,分別用體積比速率、質(zhì)量比速率和面積比速率。

在某些情況下,用催化劑單位質(zhì)量作為標(biāo)志,表示催化劑的活性比較方便。

在化工生產(chǎn)中,催化劑的生產(chǎn)能力大多數(shù)是以催化劑單位體積為基準(zhǔn),所以這是反應(yīng)速率應(yīng)該以單位溶劑表示。

當(dāng)比較固體物質(zhì)的固有催化劑性質(zhì)時,應(yīng)當(dāng)以催化劑單位面積上的反應(yīng)速率作為標(biāo)準(zhǔn),因為多項催化反應(yīng)僅在固體的表面發(fā)生。


(2)轉(zhuǎn)換頻率(TOF)

  在反應(yīng)速率的三種表達方式中,以面積速率為最好,因為催化反應(yīng)是在表面上發(fā)生的。然而,相同表面積的催化劑表面上活性位濃度(或密度)可能并不一樣,因此根據(jù)活性位數(shù)來表征反應(yīng)速率視乎更能接近催化劑的本質(zhì)速率。借用酶化學(xué)中轉(zhuǎn)化數(shù)的概念,在催化中引入了轉(zhuǎn)化頻率概念。

TOF又稱轉(zhuǎn)換速率,是指反應(yīng)在給定溫度、壓力、反應(yīng)物組成和流速(流量)以及一定反應(yīng)度的條件下,在單位時間、單位活性位上發(fā)生的反應(yīng)的次數(shù),以TOF表示。由于活性位的測定比較困難且TOF不是速率常數(shù),跟反應(yīng)條件有關(guān),因此工業(yè)上很少用到TOF。

(3)轉(zhuǎn)化率

對于活性的表達方式,更為直觀的指標(biāo)就是轉(zhuǎn)化率。工業(yè)上常用這一參數(shù)衡量催化劑性能。轉(zhuǎn)化率的定義為:

轉(zhuǎn)化率公式


引入這個參數(shù)時,必須注明反應(yīng)物料與催化劑的接觸時間,否則就無速率的概念了。因此,工業(yè)實踐中引入空速和時空得率兩個參數(shù)。

空速就是在流動體系中,物料的流速(單位時間的體積)除以催化劑的體積就是體積空速,單位h-1,用Sv或GHSV表示。

空速的倒數(shù)表示反應(yīng)物料與催化劑接觸的平均時間。

時空得率,即常用指標(biāo)STY。時空得率為每小時每立方催化劑所得產(chǎn)物的量。該量雖然很直觀,但因與操作條件有關(guān),因此不十分確切。




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