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第六章 工业催化剂的活性评价与宏观物性表征

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催化剂活性评价与宏观物性表征

催化剂活性评价与宏观物性表征

催化剂活性测定的基本概念
一、活性测试的目标 （1）cat常规质量检验 （2）快速筛选cat （3）详尽比较几个cat （4）测定反应机理 （5）测定反应动力学 （6）单管试验
表达cat活性参数的几种方法
（1）给定反应条件下的转化率 （2）给定转化率下的反应温度 （3）给定条件下的反应速率 （4）给定条件下对于给定转化率所需的空速 （5）动力学参数
❖ 流动色谱法
YS，T
=
N目的 V催 • T时
例：苯加氢生产环己烷，年产15,000 吨环己烷的反应器，内装有Pt/Al2O3催化剂 2.0m3，若催化剂的堆积密度为0.66g/cm3， 计算其时空收率。
YS,T=12.4Kmol/（m3·催化剂·h） YS,T=0.0188Kg/（Kg·催化剂·h）
二、稳定性
催化剂的稳定性，是指它的活性和选择 性随时间变化的情况。
热稳定性 化学稳定性 机械强度稳定性
三、其他要求
1、形状与大小
磷铂 酸重 硅整 藻催 土化 叠剂 合 催 化 剂
渣油加氢处理催化剂
2、化学组成 磷酸硅藻土叠合催化剂 铂重整催化剂
3、比表面积和孔体积 微球硅铝裂化催化剂 铂重整催化剂
四、催化剂的寿命 是指在工业生产条件下，催化剂的活性能够
（2）平推流反应器（PFR）
❖ 假定流体没有返混，反应物的浓度只是反应 器长度的函数。 体积dV
F0
F
F+dF
L
F (F dF ) rdV
r dF dV
F0——反应物进入反应器的摩尔流量 F——反应器中任一截面的摩尔流量 V——cat体积 r——单位体积cat的反应速率
r
F0
dx dV
优点： 1、体系简单 2、反应物用量少 3、快速测试 4、同时平行试验

工业催化剂的评价与宏观物性的测试PPT共29页

工业催化剂的评价与宏观物性的测试PPT共29页

谢谢！
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿Leabharlann 工业催化剂的评价与宏观物 性的测试
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。

工业催化剂的评价与宏观物性的测试讲诉

工业催化剂的评价与宏观物性的测试讲诉

2018/7/29
13
11.2 催化活性的测定 2. 测定活性的试验方法 3. 活性测试的实例
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11.3 催化剂宏观物性及其测定 催化剂的宏观物性是指催化剂的表面积、孔结构、 密度、机械强度等物理量。 1. 催化剂的表面积及其测定 (1)表面积与活性 一般表面积越大，催化剂的活性越高，但是二者不 一定成直线的正比关系。 (2) 比表面积测定的原理 常用物理吸附法进行测定，而BET法被认为是测定 载体和催化剂比表面积的标准方法。
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11.3 催化剂宏观物性及其测定 2. 催化剂的孔结构及其测定 催化剂是由微小晶粒聚集而成，内部含有大小不一 的微孔。孔结构不同，催化剂的比表面积也不同，除 了直接影响到反应速率外，还会影响到催化剂的选择 性、寿命和机械强度等。 (1)孔结构与活性和选择性 当催化反应在动力学区进行时，催化剂的活性和选 择性与孔结构无关，但是，当反应分子由颗粒外部向 内表面扩散或当产物由内表面向颗粒外表面扩散受到 阻碍时，催化剂的活性和选择性就有孔结构有关。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念 2. 实验室活性测试反应器的类型及应用
(2)间歇式反应器 间歇式反应器主要用于研究高压、高温反应或催化剂 的筛选，较少用于催化剂性能和动力学研究。 优点：装卸快、投资少 缺点：升温、降温缓慢；物质分压难以控制、测量；不 一定能说明连续体系的产率；毒物会积累；物料平衡误 差较大等。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念 2. 实验室活性测试反应器的类型及应用 正确选择反应器是任何催化剂活性测试的一个决定 性步骤，需要考虑反应体系的物理性质、反应速率、 热性质、过程的条件、所需信息的种类和可得到的资 金等。 实验室反应器的分类方法有多种。

催化剂的表征与性能评价

催化剂的表征与性能评价

催化剂的表征与性能评价催化剂的表征和性能评价是研究催化剂特性和性能的重要组成部分。

通过对催化剂进行表征和评价，我们能够了解其物理和化学性质，进而优化催化剂的合成和设计过程，提高其催化性能。

本文将介绍几种常见的催化剂表征方法和性能评价指标。

一、表征方法1. X射线衍射(XRD)XRD是一种常用的催化剂表征方法，通过射线与晶体相互作用而产生衍射图样，可以得到催化剂晶体结构、晶格常数等信息。

XRD可以帮助我们确定催化剂的晶体相、相纯度以及晶体尺寸等参数，进而推断其催化性能。

2. 透射电子显微镜(TEM)TEM可以观察催化剂的微观形貌和晶体结构，对于了解催化剂的微观结构和局域化学环境具有重要意义。

通过TEM可以获得催化剂粒子的形貌、粒径以及分布情况等信息，这些信息对于理解催化剂活性和选择性具有重要的指导作用。

3. 扫描电子显微镜(SEM)SEM能够观察催化剂的表面形貌和粒子分布情况，通过SEM可以了解催化剂的表面形貌、粒子形状和大小分布等特征。

这些信息对催化剂的反应活性和稳定性具有重要影响。

4. 紫外可见吸收光谱(UV-vis)UV-vis光谱可以帮助我们了解催化剂的电子结构和吸收性能。

通过UV-vis光谱可以获得催化剂的能带结构、价带和导带等信息，进一步推断其电子传输性能和催化活性。

二、性能评价指标1. 催化活性催化活性是评价催化剂性能的重要指标之一。

通过测定反应物的转化率、产物的选择性和产率等参数，可以评价催化剂的活性。

活性的高低决定了催化剂的实际应用性能。

2. 催化稳定性催化稳定性是衡量催化剂寿命和循环使用性能的重要指标。

通过长时间反应的实验，观察催化剂的活性变化情况，评估其稳定性。

催化剂的稳定性直接影响其在实际工业生产中的应用前景。

3. 表面酸碱性催化剂的表面酸碱性是其催化性能的重要基础。

通过吸附剂和探针分子等的测试，可以评估催化剂的酸碱性。

催化剂的酸碱性对于催化反应的催化活性和选择性具有直接的影响。

催化剂的活性评价和宏观物性表征

催化剂的活性评价和宏观物性表征

P——吸附平衡压力 吸附平衡压力
p p p 1 对应下的V， 作图，可得到一直线。 测出 对应下的 ，由 对 作图，可得到一直线。截距为 ， p0 p0 V ( p0 − p) Vm C
C −1 斜率为 Vm C
Vm =
1 截距＋斜率
计算催化剂总表面积公式： 计算催化剂总表面积公式：
若吸附质为N 若吸附质为 2，则Am=0.162(nm)2
二、影响催化剂活性测定的因素
流动法（积分反应器）是广泛采用测定活性的方法， 流动法（积分反应器）是广泛采用测定活性的方法，其与实际流程接 近，测试装置简单。 测试装置简单。 ⒈催化剂颗粒直径与反应直径的关系 用流动法测定催化剂活性时，要考虑气体在反应器中流动状况和扩散现象， 用流动法测定催化剂活性时，要考虑气体在反应器中流动状况和扩散现象，利用 该法，要将宏观因素对测定活性和对研究动力学的影响减小到最低限度，其中为消除 该法，要将宏观因素对测定活性和对研究动力学的影响减小到最低限度， 气流的管壁效应和床层过热，反应管直径 和催化剂颗粒直径(d 之比为 之比为： 气流的管壁效应和床层过热，反应管直径(dT)和催化剂颗粒直径 g)之比为： 和催化剂颗粒直径
常用方法： 常用方法：吸附法
物理吸附法：非选择性吸附来测定比表面积。 物理吸附法：非选择性吸附来测定比表面积。 BET等温式 等温式 （BET法，气相色谱法） 法 气相色谱法）
BET等温式 等温式
P 1 C −1 P = + ⋅ V ( P0 − P ) V m C V m C P0
C——与吸附热有关的常数 与吸附热有关的常数 V——吸附量 吸附量 P0——吸附气体在给定 下的饱和蒸汽压 吸附气体在给定T 吸附气体在给定 Vm——表面形成单分子层所需要的体积 表面形成单分子层所需要的体积

催化剂的宏观物性及表征

催化剂的宏观物性及表征

A. 表面积测定原理 测定比表面积的方法很多，常用的是吸附法: 化学吸附法:化学吸附法是通过吸附质对多组份固体催化剂进行 选择吸附而测定各组份的表面积。
3.1.1催化剂的比表面积
物理吸附法: 通过吸附质对多孔物质进行非选择性吸附来测定比 表面积。物理吸附方法是基于Brunaucr-Emmett-Teller提出的 多层吸附理论，即BET公式
P 1 C 1 P * V ( P0 P) VM C VM C P0
其中v为吸附量，P为吸附平衡时的压力，P0为吸附气体在给定 温度下的饱和蒸气压，VM为表面形成单分子层的饱和吸附量， C为与吸附热有关的常数。此等温式被公认为测定固体表面积的 标准方法。 可以看出，求比表面的关键，是用实验测出不同相对压力P／P0 所对应的一组平衡吸附体积，然后将P／V (P—P0)对P／P0图， 可得到直线，直线的截距是1／VMC, 斜率是(C—1)／VmC，此
)3
BET公式中的吸附体积可以用容量法及重量法来测定。容量 法是一种经典测定方法，它是根据吸附前后吸附系统中气体体 积的改变来计算吸附量，即测定已进入装置的气体体积与平衡 时残留在空间的气体体积之差，从而求得吸附量。该BET装置 是一套复杂的真空吸附装置，而且经常接触水银，操作和计算 繁琐，一般实验误差约为10%。重量法和容量法相类似，固体 的吸附量是在改变压力下，由石英弹簧秤吊挂的样品因吸附前 后重量变化所引起弹簧长度变化直接表示出来，然后按上述
M M 堆 V堆 V隙 V孔 V真
3.1.3 催化剂的孔结构参数与孔的简化模型
B) 颗粒密度 颗粒密度为单粒催化剂的质量与其几何体积之比。实际测量 时，取一定堆体积V堆的催化剂扣除催化剂颗粒之间的空隙V隙, M 得到颗粒密度为

催化作用导论 第六章 催化剂的宏观结构与表征


5）理论密度
根据XRD测定的物相及其晶格常数进行计算得到的 密度通称为理论密度 (或晶胞密度或 X射线密度)。例如， Fe1-xO基催化剂还原前后的晶体结构变化可用图4表示：
图4 铁催化剂还原前后的晶体结构化示意图
Fe1-xO是 O2-密堆积而成的岩盐型面心立方晶格，单 位晶胞由4个Fe1-xO分子构成，其晶胞边长为a0，则Fe1-xO 0 的理论密度（ t ）（也就是Fe1-xO的真密度）为：
R i R t R i
（5-12）
式中，a为α- Fe立方晶胞边长（nm）。
根据还原前后A301的ρp可以计算出还原脱氧量Δm：
P, A301 4.32 m 1 1 0.219 P, A301R 5.53
与热重结果一致，表明ρb、ρp数据是准确、可靠的。 A301催化剂的ρb比传统的Fe3O4基A110-2催化剂大。
同样地，还原后的催化剂中 Fe占催化剂总质量的
（ 1 b ），助催化剂占 b 。则还原后催化剂的 R, 理论颗粒密度（ p ）和真密度（ tR）分别为：
R i
R i
,

R' p
R (1 biR ) p (biR i )
（5-11）
R' t
(1 b ) (b i )
通过测定床层压降 ∆P 及空隙率 ε，可求得 dS，根 据颗粒的等体积圆球当量直径 dP ，从而由式（ 5-1 ）计 算颗粒的形状系数φS。 A 301催化剂的形状系数φS = 1.92/3.94 = 0.487。
3、催化剂密度
催化剂和催化剂载体，因其化学组成、晶体结构、 制备及处理方式的不同而有不同的孔隙结构。因此密 度、孔隙率、以及与此有关的表面积、孔体积和它们 的孔径分布都是研究和使用催化剂所必知的物性指标。 单位体积催化剂的质量，定义为催化剂密度。以V 表示体积，m表示质量，则密度ρ为：

催化剂性能的评价测试和表征



粒度与粒度（径）分布测定
方法 测定粒子范围 37~5000μm 5~150μm 光学显微镜500～1 μm 扫描电子显微镜10～0.01 μm 透视电子显微镜 数百0nm~1nm 0.5～500 μm 0.5～80 μm
①筛分法 ②沉降法 ③显微镜法
④激光散射法 ⑤电导法
机械强度的测定
⒈压碎强度 ⑴单粒抗压碎强度：包括（正（轴向）、侧（径向） 压强度 ⑵堆积抗压碎强度 ⒉磨损性能试验 球磨试验
催化剂的活性和选择性的定量表达，常常采用 下述关系式。若以指定反应物进料的量作为基准， 则：
实验室反应器
典型化学反应器

釜式反应器
管式反应器 塔式反应器 固定床反应器 流化床反应器
釜式反应器
基本结构： ①釜体 ②换热装置
③搅拌装置
高压反应釜
釜式反应器 釜体： 由壳体和上、下封头组成，其高与直径之 比一般在1~3之间。 在加压操作时，上、下封头多为半球形或 椭圆形；而在常压操作时，上、下封头可 做为平盖，为了放料方便，下底也可做成 锥形。
化反应，如列管式固定床反应器。
管式反应器

基本结构
由一根或多根管子 串联或并联构成的 反应器，长度与直 径之比一般大于 ５０～１００。

主要用于气固 相反应
管式反应器
塔式反应器
塔式反应器
硫酸转化器塔式反应器
实验室测试用塔式反应器
固定床反应器
固定床反应器
固定床反应器
原料 蒸汽 调节阀
换热式固 定床反应 器 (列管式)

从综合的角度研讨催化剂各种物理的、化学的
以及物理化学的诸性能间的内在联系和规律， 主要为探求催化剂的活性、选择性、寿命等与 其物理和化学性质间本质上的内在联系和规律。

工业催化剂的评价与宏观物性的测试PPT课件

langmuir吸附模型不同的是bet理论同时认为固体表面可以靠范德华力吸附分子形成第一层吸附层而吸附的分子还可以靠范德华力再吸附更多的分子形成第二层第三层以致无限多层吸附层并且不一定第一层吸附满后才开始进行多层吸附而是可以同时进行
第七章
工业催化剂的评价 与宏观物性测试
-
1
评价催化剂是指对适用于某一反应的催化剂进行较 全面的考察
根据分析反应产物的组成，可算出表示催化剂 活性的转化率。
-
10
微反-色谱联用法通常是采用微型反应器的一般流动法系 统，中间通过取样器与色谱分析系统连结，见图。
反应混合物以恒定流速进入微型反应器R，反应后的混 合物经取样器S流出。载气经检测器D，在取样器中将一定量 的反应后的混合物送至色谱柱C。分离后再经检测器D流出。 这样即可对稳定的反应进行周朗的分析。这种方法又称为微 反-色谱联用法。
r 2 Vg
- Sg
32
5. 孔径分布及其测定
孔径分布：是指催化剂的孔容积随孔径的变化而变化的情况。 如图研究孔大小和孔体积随孔径变化情况，可得到重要的孔 结构信息。
0 .4
S Z A /M C M -4 1 M C M -41
0 .3
P o r e V o lu m e ,( c m g - A )
-
24
• 例如Pt和Ni用H2，Pd、Fe用CO或O2。H2和CO只与 催化剂上的金属发生化学吸附作用，而载体对这类 气体的吸附可以忽略不计。
• 同样，测定酸性表面应当选用NH3等碱性气体，而 碱性表面要用CO2等酸性气体作吸附质，在化学吸 附时应当选择合适的温度和压力。
• 式中V为化学吸附气体的体积；
• N0为化学吸附反应的化学计量数；S0为一个金属原子占据 的面积，化学计量数N0的意义是指N0个金属原子与一个气 体分子进行反应。

催化剂的宏观表征

• Adsorption takes place on the lattice and molecules stay put • First monolayer is adsorbed onto the solid surface and each layers can start before another is finished • Except for the first layer, a molecule can be adsorbed on a given site in a layer (n) if the same site also exists in (n-1) layer • At saturation pressure (P0), the number of adsorbed layers is infinite (i.e., condensation) • Except for the first layer, the adsorption enthalpy (HL) is identical for each layers.
πr2p = -2πrσcosα p = (-2σcosα)/r for Hg σ = 480 dyne cm –1, α = 140 º , r = 100 Å, p = 100,000 psi ( 100 – 100,000 Å) dp/dr = - p/r , dv/dp = (dv/dr)(dr/dp) v = r 2 L( r ) dr dv/dr = πr2L(r) dr = v(r)
(Rouquerol, 1999)
催化剂的比表面积孔结构
孔结构测定:
固体催化剂常由多晶组成。由无数个小晶粒（或 叫微晶，或一次结晶）杂乱无章、取向随机的聚 集在一起，因而小晶粒彼此之间形成孔隙，这些 孔隙的大小和形状就叫做孔结构。 由于制备条件不同，催化剂的孔结构不同，反映 到催化剂的比表面积也不同，并直接影响到表面 利用率和反应物分子及产物分子在孔内的情况， 因而影响到催化剂的活性、选择性、反应速率、 寿命和机械强度等。
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⑭ 测定特定反应的机理； ⑮ 测定在特定催化剂上的反应的动力学； ⑯ 模拟工业反应条件下催化剂的连续长 期运转。
6.2 催化剂活性的测试
• 可以包括各种各样的试验，这些试验就其所采用的 试验装置和解释所获信息的完善程度而有很大差别。因 此，首先必须十分明确地区别所需要获得的是什么信息， 以及用于何种最终用途。


可对稳定的反应进行周期取样分析。
对评价催化剂活性、稳定性和寿命有很大的实用
意义。

具有快速、准确的优点，用于动力学数据的测定 也比一般流动法优越，目前在实验室被广泛采用。
图6-9 稳定流动微量催化色谱法
• 催化剂活性测定，除了上述介绍的几
种常用方法外，还有其他一些方法， 如流动循环法、沸腾床技术和静态法 等等。

催化剂上建立起稳定浓度，得到产品产率和分布数
据。

通常是用空速的倒数（即接触时间）作为自变参数， 反应物的转化率或产品产率作为应变量来作图，得 到动力学曲线。

积分固定床法不能直接测得反应速度，必须经
过图解微分等方法，因此在计算上是麻烦的，
而且一般带进20%误差，且在实验中并不能实 现理想臵换。但此方法设备简单，且与工业生 产实际相似，所以仍是一种常用的方法。
图6-1 气流线速度对反应速度的影响
bc段表示随着气流线速度增加，转化率几乎不 增加，表明此线速度下外扩散影响已经被消除。

催化剂的孔径、颗粒大小的改变都会引起内
扩散速度的改变。减小催化剂颗粒的直径，能够
增加催化剂内表面的利用率，使反应速度增加， 转化率提高。当内表面利用率增加到1后，催化 剂颗粒直径对反应速度的影响就很小了。
6.2.3 催化剂活性测试方法 1. 流动法 流动法测定活性时，将反应物料以 一定空速通过充填催化剂的反应器，然 后分析反应后产物的组成，或者在某些 情况下，分析一种反应物或一种反应产 物。
提示！

催化剂只能起加快化学反应速度的作用，因
此只能对化学反应控制的这类反应起增加产物
的作用，要评选催化剂的活性和研究催化反应

机械性能（如催化剂的强度）也象催化剂的颗粒直径
一样是很重要的。

这些看似平常的性质在某些情况下可能决定所用催化 剂的性能。
催化剂性能测试最常见的目的是：
⑴ 催化剂制造商或用户进行的常规质量控制检验； ⑵ 快速筛选大量催化剂，以便为特定的反应确定一 个催化剂评价的优劣； ⑶ 更详尽地比较几种催化剂。在最接近于工业应用 的条件下进行测试，确定各种催化剂的最佳操作 区域。
• 理论上：实验室催化剂测定活性的条件应该与催 化剂实际应用的条件完全相同；而测定在实验室
内小规模地进行，因此要求：将两种规模下获得
的数据加以关联，这就需要在评价催化剂的活性 时必须弄清催化反应器的性能，以便能够正确
判断所测数据的意义。
6.2.1 内外扩散影响的实验判断
催化剂只能加快化学反应的速度，因此只能对化学反应
控制的这类反应起增加产物的作用，要评选催化剂的活性和 研究催化反应动力学就必须消除内外扩散的影响，才能测得 真正的催化反应速度。
若反应是外扩散控制，则可表现出增加气流速度，整个反应速度增 加，转化率提高。 但在催化剂床层不变时，若加大气流速度，则空速也增加，接触时 间减少，使得转化率下降。因此，在进行实验判断时，必须同时改变催 化剂床层体积，保持接触时间不变。
数据时，则需要在规定的条件下进行精确的动力 学试验。
③对于新催化剂在进行大规模实验之前，通常是进
行较小规模的实验，以减少花费。
④当测量催化剂活性时，催化剂的性能常常是与在
同等条件下操作的标准样品的性能进行比较，这
样可以克服测绝对值时所遇到的某些困难。
⑤不论测试的目的如何，所选定的条件应该尽可能 切合实际，尽可能与预期的工业操作条件接近。

Vm
1 斜率 截距
（6.15）
[m2/g ]
S g Am N A


将液N2分子横截面积0.162nm2代入（6.16）式得到：
Sg = 4.353Vm
[m2/g ]
Vm 1018 22400W
（6.16）
（6.17）
• 实验结果表明，多数催化剂的吸附实
验数据按BET作图时的直线范围一般 是在P/P0为0.05~0.35之间。

2. 微量催化色谱法

色谱分析方法具有高效、高灵敏度、快速和易 于自动化的优点。

利用色谱分析法的原理研究催化剂的活性和催
化反应动力学的方法统称为微量催化色谱法， 催化剂的装量可以从几十毫克到几克。 常用的方法有两种，即脉冲微量催化色谱法和 稳定流动微量催化色谱法。


脉冲微量催化色谱法——在实验时每隔一定时 间向反应器中加入反应物，因而催化剂层中的
为无梯度反应器。

可以直接测定反应速度。
图6-8 微分反应器示意图
单程微分反应器的缺点可能是主要的（需配制不同组成进 料且产物分析困难），采用再循环方法可以在有效保持微 分运转下克服这些缺点。
外循环微分反应器
内循环微分反应器
图6-9 流动循环无梯度反应器
积分固定床法

是较常用的一种方法，用一定数量催化剂作成催化 剂床层，在恒温下进行试验。 反应物以一定流速流过反应器，在足够长时间后，
化学反应是周期性的，以脉冲形式进行的，然
后连接色谱仪进行分析。

稳定流动微量催化色谱法——和一般的流动法 相似，其差别仅在于实验装臵与色谱仪相联结、 周期取样在线分析。
（1）脉冲微量催化色谱法

脉冲色谱法的实验方案有如下两种：
① 单载气流法 ——即通过反应器和色谱柱的载气为同一载气流。
单载气流法的装臵和操作比较简单。但存在着比较严重的缺点， 即同一载气流经反应器和色谱柱，反应器中浓度梯度变化不能控 制，不便于用改变载气流速的办法来改变反应的接触时间，也不 可能利用载气。

在实验判断时，可以采用改变催化剂颗粒大
小的方法来判断内扩散对反应速度的影响。
图6-2 反应速度或转化率与颗粒平均特征长度的关系
提示！
①催化剂的优劣次序常常会随选定的表达参量不 同而改变。 ②活性表达参量的选择，将依所需信息的用途和
可利用的工作时间而定。
例如，在活性顺序的粗略筛选试验中，最常
采用转化率来表达；而寻求与反应器设计有关的
6.2.2 实验室活性测试反应器的类型及应用

实验室反应器的分类方法有许多种
图6-3 实验室反应器的类型

催化剂测试可能是很昂贵的。事先应该仔细
考虑试验的程序及选择实验室反应器。

正确选择反应器是任何催化剂活性测试的一
个决定性步骤，任何一个体系不可能总是理想的，
选择实验室反应器最合适的类型主要取决于反应 体系的物理性质、反应速率、热性质、过程的条
全部采用工厂进料
大量
最后试验。
实验室各种反应器间最本质性的差别是间歇式与连续 式之间的差异。目前，在催化研究中应用最多的是连续式 反应器。 连续等温式实验室反应器有两种理想极限情况: ①连续流动搅拌釜式反应器(CSTR)——达稳态时流体是全
混的，反应器内各处浓度均一，等于出口浓度，反应速率
是浓度的函数。 r c0 c 或
动力学就必须消除内外扩散的影响，才能测得
真正的催化反应速度。

为消除气流的管壁效应和床层过热，反应管直径dt和催化
剂颗粒直径dg之比一般为：
6<dt/dg<12。 当管径与粒径之比dt/dg过小时，反应物分子与管壁频 频相撞，严重影响了扩散速度；若dt/dg过大时，将给床 层散热带来困难。

催化剂床层的高度和床层直径也要有适当的比例，一般 要求床高应超过直径的2.5~3.0倍。 究竟多大的dt/dg和高径比H/dt合适，要视具体情况而定。
§6.3 催化剂的宏观物性及其测定
6.3.1 表面积的测定——BET法 BET公式：

P 1 C 1 P V P0 P VmC VmC P0
（6.14）
经过实验测量出一系列不同的 P/P0对应的吸附量后，以
P/V(P0-P) 对 P/P0 作图，求得直线的斜率(C-1)/VmC 和截距 1/VmC，由下式求出单层饱和吸附量Vm：
件、所需要信息的种类和可得到的资金。
表6-2 测定催化剂活性的设备
设备 实验室用管式反应器 (a) 微型反应器 0.1~1.5g 反应迅速,能在压力下操作,其结果用于取得 详细的动力学数据、筛选新催化剂。 样品量 注释
(b) 小规模反应器
(c) 半工业反应器 实验室用循环反应器 (a) 内循环 （如旋转筐） (b) 外循环工厂副线
1~50g
用于日常操作，常在大气压力下操作。
50~1000g 操作费用高,消耗时间长。检验放大过程时 是重要的（通常在工业条件下操作） 5~50g 设备复杂,但对于获得工厂设计规模的动力 学数据尤其有用;由于不受扩散限制,产品抑 制物、毒化剂的影响可以估计出来。
50g~10kg 用含有同等毒物的实际工厂反应物进行测试。

应速率的影响，求得催化反应动力学方程，从而与其 他研究方法相配合，为设计催化反应器提供一定依据， 并可进一步研究催化反应机理。

固体催化剂微孔中各点的浓度和温度分布不均匀，这
就导致催化剂内各点的反应速度不同，因而影响催化反 应的活性和选择性，了解催化剂的宏观结构与催化作用 间的关系对指导催化研究和工业生产有着十分重要的实 际意义。
6.2.4 催化剂活性测试实例 1. 钴钼加氢脱硫催化剂的活性测试（一般流动法）
图6-12 加氢脱硫催化剂活性测试流程
2. 氨合成催化剂的活性测试（一般流动法）