催化剂工程导论复习提纲PDF.pdf

书 山 有 路 1 1、1976年国际纯粹及应用化学协会分布的催化作用的定义是什么？要求深刻理解其含义。 答:催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。 2、什么是催化剂的基本特征？ 答:(1)催化剂能加速化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量。 (2)催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性。 (3)催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。 (4)催化剂只能改变化学反应的速率，催化剂只能改变(或接近)这一极限所需要的时间，而不能改变这一极限的大小。 (5)催化剂不改变化学平衡，意味对正方向有效的催化剂，对反方向也有效。(对于任一可逆反应，催化剂既能正反应，也能同样程度地加速逆反应，这样才能使其化学平衡常数保持不变，因此某催化剂如果是某可逆反应的正反应的催化剂，必然也是其逆反应的催化剂。) (6)寿命(催化剂的使用期限是有限的)。 3、根据聚集状态，如何对催化剂进行分类？ 答:(气体)、(液体)、(固体)。 4、按工艺和工程特点如何对催化剂进行分类？ 答:多相固体催化剂、均相催化剂和酶催化剂三类。 5、主催化剂的定义是什么？ 答:主催化剂是起催化作用的根本性物质。没有它，就不存在催化作用。 6、共催化剂的定义是什么？ 答:共催化剂是和主催化剂同时起作用的组分。 7、助催化剂的定义是什么？ 答:助催化剂是催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性机械强度和寿命等性能的组分。虽然助催化剂本身并无活性，但只要在催化剂中添加少量助催化剂，即可明显达到催化剂性能的目的。 8、助催化剂可分为哪几类？ 答:(1)结构助催化剂(2)电子助催化剂(3)晶格缺陷助催化剂。 9、载体的定义是什么？(了解) 答:载体是固体催化剂所特有的组分，起增大表面积、提高耐热性和机械强度的作用，有时还能担当共催化剂或助催化剂角色载体是活性组分的分散剂、胶粘剂或支载物。 10、催化剂为什么具有催化剂活性？ 答:是由于催化剂能降低化学反应的活化能；而它之所以能够降低活化能，则又是由于催化剂的存在下，改变了非催化剂反应的历程。 11、写出沉淀法的一般操作步骤。 答:沉淀法的一般操作是在搅拌的情况下把碱性物质(沉淀剂)加入金属盐类的水溶液中，再将生成的沉淀物洗涤、过滤、干燥和焙烧，制造出所需的催化剂粉末状前驱物。 12、单组分沉淀法用途是什么？(了解) 答:可以用来制备非贵金属的单组分催化剂或载体。 13、共沉淀法的用途是什么？ 答:常用来制备高含量的多组分催化剂或催化剂载体。 14、选择沉淀剂有何原则？ 答:(1)使用易分解挥发的沉淀剂。(2)沉淀物必须便于过滤和洗涤。(3)沉淀剂的溶解度要大，溶解度大的沉淀剂，可能被沉淀物吸附的量较少，洗涤脱除残余沉淀剂等也较快。(4)沉淀物的溶解度应很小，沉淀反应愈完全，原料消耗愈少。(5)沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。 书 山 有 路 2 15、沉淀形成的影响因素是什么？ 答:(1)浓度。(2)温度。(3)PH值。(4)加料方式和搅拌强度。 16、何谓陈化？ 答:沉淀在其形成之后一切不可逆变化称为沉淀的陈化。 17、如何减少或避免杂质的引入？ 答:(1)针对不同类型的沉淀，选用适当的沉淀和陈化条件。(2)在沉淀分离，用适当的洗涤液洗涤。(3)必要时，进行再沉淀，即将沉淀过滤、洗涤、溶解，再进行一次沉淀。 18、干燥的目的是什么？ 答:干燥是用加热的方法脱除除己洗净湿沉淀中的洗涤液。 19、焙烧的目的是什么？ 答:(1)通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质，使之转化为所需要的化学成分，其中包括化学价态的变化。(2)借助固态反应、互溶、再结晶，获得一定的晶型、微粒粒度、孔径和比表面积等。(3)让微晶适度地烧结，提高产品的机械强度。 20、写出浸渍法的一般操作步骤？ 答:沉淀法是将载体放进含有活性物质(或连同助催化剂)的液体(或液体)中浸渍(即浸泡)达到浸渍平衡后，将剩余的液体的除去，再进行干燥。焙烧活化等与沉淀法相近的后处理。

(可以判别操作步骤所用的方法，是浸渍法，混合法，热熔法的哪种) 21、与浸渍法相比，用离子交换法制备的催化剂有何有点？ 答:与浸渍法相比，此法所负载的活性组分分散高，故尤其适用于低含量。高利用率的贵金属催化剂的制备。 22、沸石的组成是什么？(了解 ) 答:二氧化硅、三氧化二铝和碱金属。 23、简述沸石的一般制法。答:(水热合成法)和(碱处理法)。 24、比较下列各种催化剂尺寸大小的不同: 答:(1)固定床用催化剂:其强度、粒度允许范围较大，可以在比较广的条件范围内操作。 (2)移动床催化剂:直径一般为3～4mm或更大的球形颗粒。 (3)流动床用催化剂:直径一般为20～150um或更大直径的微粉或微球颗粒。 (4)悬浮床用催化剂:直径一般为微米级至毫米级的球形颗粒。 24、选择成型方法时要考虑什么因素？几种成型方法？ 答:(1)成型方法的选择主要考虑两方面因素:a.成型前物料的物理性质b.成型后催化剂的角度、化学性质。 a.成片成型b.挤条成型c.油中成型d.喷雾成型d.转动成型 25、判定催化剂的质量和效率的指标是什么？(可能填空题) 答:活性、选择性和使用寿命。 26、写出转化率的定义式。 答: Xa＝反应物A已转化的物质的量(mol)除以反应物A起始的物质的量(mol)乘以100% 27、何为空速？ 答:空速在流动体系中，物料的流速除以催化剂的体积就是体积空速或质量空速，单位为s-1。 28、何为时空得率？ 答:时空得率为每小时、每升催化剂所得产物的量该量虽然直观，但因与操作条件有关，因此不十分确切。 29、何为选择性？ 书 山 有 路 3 S＝所得目的产物的物质的量/已转化的某一关键反应物的物质的量×100% 从某种意义上讲，选择性比活性更为重要。 30、何为收率？ 答:R＝产物中某一类指定的物质总量÷原料中对应于该类物质的总量×100% 31、何为单程收率？ 答:Y＝生成目的产物的物质的量÷起始反应物的物质的量×100% 单程收率也称得率，它与转化率和选择性有如下关系。Y＝X×S 32、简述气-固相催化反应的历程和机理。(特别重要，需要画图，图在书上74页) 答:(1)起始原料通过边界层向催化剂表面的扩散。 (2)起始原料向孔的扩散(孔扩散)(3)孔内表面反应物的吸附 (4)催化剂表面的化学反应 (5)催化剂表面产物的脱附 (6)离开孔产物的扩散 (7)脱离催化剂通过边界层向气相的产物扩散 33、比较下列各实验反应器的优劣: 答:积分反应器、微分反应器和无梯度反应器。总之，无梯度道行器集中了积分反应器和微分反应器的优点。 34、催化剂颗粒的尺寸大小如何描述？ 答:均匀球形颗粒的粒径就是球直径，非球形不规则颗粒粒径用各种测量技术测得的“等效球直径”，成型后粒团的非球型不规则粒径用“当量直径”表示。 35、如何表示颗粒的粒径分布？填空题 (直方图) 36、催化剂会受到哪些机械破坏？(了解) 答:首先，搬运时的磨损。第二，自由下落的冲击或沸腾床催化剂颗粒间的相互碰撞。第三，发生化学变化而破碎。第四，床层的压力降。 37、何为杂碎强度？如何测定？ 答:均匀施加压力到成型催化剂颗粒杂碎为止所承受的最大负荷称催化剂压碎强度。(可能出名词解释题) 大粒径用单粒径，小粒径用堆积强度仪。 38、什么是催化剂中毒？ 答:由于有害杂质(毒物)对催化剂的毒化作用，使活性、选择性或寿命降低的现象，称为催化剂中毒。 39、积碳和结焦是如何引起的？如何再生？ 答:含碳杂质覆盖了活性表面，阻塞了孔道引起的。C＋H2O＝CO＋H2 40、催化剂的比表面积指的是什么？(可能名词解释题) 答:催化剂比表面积指单位质量多孔物质内外表面积的总和。单位量是m²/g 41、如何定义催化剂密度？它们之间的相互关系是什么？(考的可能性比较大，详细看书上 98页) 答:单位体积内所含催化剂的质量就是催化剂的密度，在实际密度测试中，由于所用或实测体积不同，就会得到不同含义的密度，催化剂的密度通常分三种，即堆密度、颗粒密度和真密度(公式看书98页)。 42、什么是催化剂的比孔容积和孔隙率？ 答:(1)1g催化剂颗粒内所有孔的容积总和称为比孔容积。 (2)催化剂颗粒中孔的体积占催化剂颗粒体积的分数称为孔隙率。 43、如何开发工业催化剂？ 答:选择制造技术路线→实验室研究→中试试验→建厂→投产 ↓ ↓ ↓ ↓ 建立成套分析评价方法 工业试生产 书 山 有 路 4 44、剖析催化剂参考样品的最终目的是什么？ 答:(1)通过化学分析和物理测试，推断催化剂参考样品的原料、配方、制备工艺及主要制备条件。(2)通过对催化活性、选择性、机械强度及其他性能的评价测试和表征，了解参考样品的基本性能特点，为开发催化剂提供比较基准。 45、什么是设备的放大效应？ 答:随着催化剂制备规模由小试而中试，再由中试而工业大生产，设备逐步增容，构造还可能变化，由此而带来制品质量的品种:差异，称为设备的放大效应。 46、中型评价试验的目的是什么？ 答:按实验室推荐的催化剂制造流程，确定将来这一流程中每一道工序所选用的化工设备，并取得建设催化剂制造厂所需的设计数据。 47、选择调变性助催化剂的原则是什么？ 答:调变助催化剂能在一定范围内改变助催化剂的本征活性和选择性，强化主催化剂的优点，客服其缺点。 48、选择结构助催化剂的原则是什么？ 答:(1)要有较高的熔点，在使用条件下是稳定的，最好不易还原成金属。 (2)对于催化剂反应是惰性的，否则就可能改变催化剂活性或选择性。 ( 3)结构助催化剂应不与活性助分发生化学变化。 49、选择载体要考虑什么因素？(填空题) 答:化学方面和物理方面。 50、装填催化剂有何要求？ 答:保持床层断面的阻力降均匀。 装填前，装填中，装填后(了解)。 51、催化剂为什么钝化？(了解) 答:钝化是活化的逆操作。处于活化态的金属催化剂，在停车卸出前，有时需要进行钝化，否则可能因卸出催化剂突然接触空气而氧化，剧烈升温，引起异常升温或燃烧爆炸。 52、催化剂失活的原因是什么？ 答:主要是玷污、烧结、积碳、组分流失和中毒等。 53、何为催化剂中毒？ 答:催化剂中毒指原料中极微量的杂质导致催化剂活性迅速下降的想象。事实上，极少量的毒物可以使整个催化剂活性完全丧失，这说明催化剂表面存在活性中心，而这些中心对整个催化剂来说只占一部分表面积。工业催化剂在使用中有时会出现活性突然下降的现象，这通常是由于催化剂已发生了中毒。 54、如何除去积碳？(了解) 答:催化剂轻松积碳时，可采用还原性气氛下蒸汽烧炭的方法。C＋H2O＝CO＋H2 55、选择和优化催化剂形状尺寸的目的是什么？ 答:催化剂形状尺寸的选择和优化，其目的在于优化催化剂操作、提高转化活性、降低固定床阻力、改善传热。