工业催化剂的评价与宏观物性的测试
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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测试
测绘范围时首先应考虑到这一点。例如，大型水利枢纽工程的兴建，由于水文和水文 地质条件急剧改变，往往引起大范围自然地理和地质条件的变化；这一变化甚至会导 致生态环境的破坏和影响水利工程本身的效益及稳定性。此类建筑物的测绘范围必然 很大，应包括水库上、下游的一定范围，甚至上游的分水岭地段和下游的河口地段都 需要进行调查。房屋建筑和构筑物一般仅在小范围内与自然地质环境发生作用，通常 不需要进行大面积工程地质测绘。
第11章 工业催化剂的评价与宏观物性测试
• 在估测一种催化剂的价值时，通常认为有四个重要的指标 ，它们是：
• ①活性； • ②选择性； • ③寿命； • ④价格。
１１.１ 催化剂活性测试的基本概念
• １１.１.１ 活性测试的目标 • ①由催化剂制造商或用户进行的常规质量控制检验，这种
检验可能包括在标准化条件下，在特定类型催化剂的个别 批量或试样上进行的反应。 • ②快速筛选大量催化剂，以便为特定的反应确定一个催化 剂以评价其优劣。 • ③更详尽地比较几种催化剂。 • ④测定特定反应的机理，这可能涉及标记分子和高级分析 设备的使用。 • ⑤测定在特定催化剂上反应的动力学，包括失活或再生的 动力学都是有价值的。
一、工程地质测绘与普通地质测绘的区别 （1）工程地质测绘密切结合工程建筑物的要求，结合工程地质问题进行。 （2）对与工程有关的地质现象，如软弱层、风化带、断裂带的划分，节理裂隙、滑 坡、崩塌等，要求精度高，涉及范围较广，研究程度深。 （3）常使用较大比例尺（1:10000～1:2000～1:500），对重要地质界限或现象采用仪 器法定位。当然在区域性研究中也使用中、小比例尺。 （4）突出岩土类型、成因、岩土地质结构等工程地质因素的研究，对基础地质方面， 尽量利用已有资料，但对重大问题应进一步深化研究。 二、工程地质测绘范围的确定 工程地质测绘不像一般的区域地质或区域水文地质测绘那样，严格按比例尺大小由
第11章 工业催化剂的评价与宏观物性测试
• 在估测一种催化剂的价值时，通常认为有四个重要的指标 ，它们是：
• ①活性； • ②选择性； • ③寿命； • ④价格。
１１.１ 催化剂活性测试的基本概念
• １１.１.１ 活性测试的目标 • ①由催化剂制造商或用户进行的常规质量控制检验，这种
检验可能包括在标准化条件下，在特定类型催化剂的个别 批量或试样上进行的反应。 • ②快速筛选大量催化剂，以便为特定的反应确定一个催化 剂以评价其优劣。 • ③更详尽地比较几种催化剂。 • ④测定特定反应的机理，这可能涉及标记分子和高级分析 设备的使用。 • ⑤测定在特定催化剂上反应的动力学，包括失活或再生的 动力学都是有价值的。
一、工程地质测绘与普通地质测绘的区别 （1）工程地质测绘密切结合工程建筑物的要求，结合工程地质问题进行。 （2）对与工程有关的地质现象，如软弱层、风化带、断裂带的划分，节理裂隙、滑 坡、崩塌等，要求精度高，涉及范围较广，研究程度深。 （3）常使用较大比例尺（1:10000～1:2000～1:500），对重要地质界限或现象采用仪 器法定位。当然在区域性研究中也使用中、小比例尺。 （4）突出岩土类型、成因、岩土地质结构等工程地质因素的研究，对基础地质方面， 尽量利用已有资料，但对重大问题应进一步深化研究。 二、工程地质测绘范围的确定 工程地质测绘不像一般的区域地质或区域水文地质测绘那样，严格按比例尺大小由
《工业催化(第3版)》教学课件—11工业催化剂的评价与宏观物性测试
• 催化剂本身的催化活性是其活性组分的化学本性和比表面 积的函数，除构成它的化学组元及其结构以外，也与宏观 结构有关。而后者决定了扩散速率，成为影响催化反应的 主要因素之一。
• １１.２.２测定活性的试验方法
• 在实验室中使用的管式反应器，通常随温度和压力条件的 不同，可采用硬质玻璃、石英玻璃或金属材料。将催化剂 样品放入反应管中。催化剂层中的温度，用热电偶测量。 为了保持反应所需的温度，反应管安装在各式各样的恒温 装置中。
理性，阻碍反应物系的快速升温和降温，且常导致较大的 超温。
图１１-５ 间歇式高 压反应釜示意图
• ②在反应过程中，反应物与产物的分压变化既不可能控制 ，一般也不可能测量。
• ③累积的气体和液体产物的最终组成，只代表一段时间的 平均值。
• ④催化毒物的累积，能破坏产率的模式和反应速率。
• ⑤由于高压釜使用不方便和笨重的特性，很难得到令人满 意的、彼此接近的物料平衡。
• 采用流动法测定催化剂的活性时，要考虑气体在反应器中 的流动状况和扩散现象，才能得到关于催化剂活性的正确 数值。
• １１.２.１.２ 外扩散限制的消除
• 应用流动法测定催化剂的活性时，要考虑外扩散的阻滞作 用。
图１１－１４ 有无外 扩散影响的试验方法
• １１.２.１.３ 内表面利用率与内扩散限制的消除
• ⑥运转时，难以从高压釜中抽取样品。
• ⑦一般来讲，不能独立地控制温度和压力。
• ⑧在一些情况下，当高压釜降压时，可能出现产物的分馏 。
• （２）优点
• ①装卸时间快。在给定时间内可完成比较多的试验。因为 准备工作较高压连续体系要快，不需要等待稳态出现，且 清理方便。
• ②与连续式高压反应器相比，投资少；使用两个以上高压 釜同时运转，不需要加倍的辅助设备。
• １１.２.２测定活性的试验方法
• 在实验室中使用的管式反应器，通常随温度和压力条件的 不同，可采用硬质玻璃、石英玻璃或金属材料。将催化剂 样品放入反应管中。催化剂层中的温度，用热电偶测量。 为了保持反应所需的温度，反应管安装在各式各样的恒温 装置中。
理性，阻碍反应物系的快速升温和降温，且常导致较大的 超温。
图１１-５ 间歇式高 压反应釜示意图
• ②在反应过程中，反应物与产物的分压变化既不可能控制 ，一般也不可能测量。
• ③累积的气体和液体产物的最终组成，只代表一段时间的 平均值。
• ④催化毒物的累积，能破坏产率的模式和反应速率。
• ⑤由于高压釜使用不方便和笨重的特性，很难得到令人满 意的、彼此接近的物料平衡。
• 采用流动法测定催化剂的活性时，要考虑气体在反应器中 的流动状况和扩散现象，才能得到关于催化剂活性的正确 数值。
• １１.２.１.２ 外扩散限制的消除
• 应用流动法测定催化剂的活性时，要考虑外扩散的阻滞作 用。
图１１－１４ 有无外 扩散影响的试验方法
• １１.２.１.３ 内表面利用率与内扩散限制的消除
• ⑥运转时，难以从高压釜中抽取样品。
• ⑦一般来讲，不能独立地控制温度和压力。
• ⑧在一些情况下，当高压釜降压时，可能出现产物的分馏 。
• （２）优点
• ①装卸时间快。在给定时间内可完成比较多的试验。因为 准备工作较高压连续体系要快，不需要等待稳态出现，且 清理方便。
• ②与连续式高压反应器相比，投资少；使用两个以上高压 釜同时运转，不需要加倍的辅助设备。
工业催化剂的评价与宏观物性的测试讲诉
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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。
第六章 工业催化剂的活性评价与宏观物性表征
3. 丙烯选择性氧化催化剂的活性及反应动力学测试 （微型反应器-色谱联用法）
图6-14 丙烯氧化催化剂的活性和反应动力学测试流程图
§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 C1P
VP 0P Vm CVm CP 0
（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
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）
❖ 图6-13 氨合成催化剂的活性测试流程
❖ 前面两个例子是在模拟工业生产条件下的 催化剂活性测定法，采用的是一般流动法，即 积分反应器法。这种方法的优点是装置比较简 单，连续操作，可以得到较多的反应产物，便 于分析。但由于从反应到取样分析的过程较长， 加以操作上的原因，有时难以作到物料平衡， 使所得结果有一定的误差。为此，可采用稳定 流动微量催化色谱法。
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
V / Q0
或 r c0 c
W / Q0
式中，Q0为体积进料速率，W、V分别为催化剂的重
❖ 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 现理想置换。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。
【大学】催化剂性能的评价、测试和表征
用最广。
三、催化剂的宏观物理性质测定
工业催化剂或载体是具有发达孔系和一定内外表面的颗粒集合体。 若干晶粒聚集为大小不一的微米级颗粒(Particle)。实际成形催化剂的颗 粒或二次
粒子间，堆积形成的孔隙与 晶粒内和晶粒间微孔，构成 该粒团的孔系结构(图3-5)。 若干颗粒又可堆积成球、条、 锭片、微球粉体等不同几何 外形的颗粒集合体，即粒团 (Pelet)。晶粒和颗粒间连接 方式、接触点键合力以及接 触配位数等则决定了粒团的 抗破碎和磨损性能。
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.
3.3.4.1催化剂比表面积的测定 催化剂比表面积指单位质量多孔物质内外表面积的总和，单位为m2/g。 有时也简称比表面。 对于多孔的催化剂或载体，通常需要测定比表面的两种数值。一种 是总的比表面，另一种是活性比表面。 常用的测定总比表面积的方法有：BET法和色谱法，测定活性比表面 的方法有化学吸附法和色谱法等。 1.BET法测单一比表面 经典的BET法，基于理想吸附（或称兰格缪尔吸附）的物理模型。假 定固体表面上各个吸附位置从
一般而言，衡量一个工业催化剂的质量与 效率，集中起来是活性、选择性和使用寿命
这三项综合指标。
.
活性
指催化剂的效能(改变化学反应速度能力)的高低， 是任何催化剂最重要的性能指标。
选择性
用来衡量催化剂抑制副反应能力的大小。 这是有机催化反应中一个尤其值得注意的性能指标。
.
机械强度
即催化剂抗拒外力作用而不致发生破坏的能力。 强度是任何固体催化剂的一项主要性能指标， 它也是催化剂其他性能赖以发挥的基础。
表征：常着眼于从综合的角度研讨工业催化剂各种物 理的、化学的以及物理化学的诸性能间的内在联系 和规律性，尤其是着眼于催化剂的活性、选择性、 稳定性等与其物理和物理化学性质问本质上的内在 联系和规律性。
三、催化剂的宏观物理性质测定
工业催化剂或载体是具有发达孔系和一定内外表面的颗粒集合体。 若干晶粒聚集为大小不一的微米级颗粒(Particle)。实际成形催化剂的颗 粒或二次
粒子间，堆积形成的孔隙与 晶粒内和晶粒间微孔，构成 该粒团的孔系结构(图3-5)。 若干颗粒又可堆积成球、条、 锭片、微球粉体等不同几何 外形的颗粒集合体，即粒团 (Pelet)。晶粒和颗粒间连接 方式、接触点键合力以及接 触配位数等则决定了粒团的 抗破碎和磨损性能。
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3.3.4.1催化剂比表面积的测定 催化剂比表面积指单位质量多孔物质内外表面积的总和，单位为m2/g。 有时也简称比表面。 对于多孔的催化剂或载体，通常需要测定比表面的两种数值。一种 是总的比表面，另一种是活性比表面。 常用的测定总比表面积的方法有：BET法和色谱法，测定活性比表面 的方法有化学吸附法和色谱法等。 1.BET法测单一比表面 经典的BET法，基于理想吸附（或称兰格缪尔吸附）的物理模型。假 定固体表面上各个吸附位置从
一般而言，衡量一个工业催化剂的质量与 效率，集中起来是活性、选择性和使用寿命
这三项综合指标。
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活性
指催化剂的效能(改变化学反应速度能力)的高低， 是任何催化剂最重要的性能指标。
选择性
用来衡量催化剂抑制副反应能力的大小。 这是有机催化反应中一个尤其值得注意的性能指标。
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机械强度
即催化剂抗拒外力作用而不致发生破坏的能力。 强度是任何固体催化剂的一项主要性能指标， 它也是催化剂其他性能赖以发挥的基础。
表征：常着眼于从综合的角度研讨工业催化剂各种物 理的、化学的以及物理化学的诸性能间的内在联系 和规律性，尤其是着眼于催化剂的活性、选择性、 稳定性等与其物理和物理化学性质问本质上的内在 联系和规律性。
第六章工业催化剂的活性评价与宏观物性表征1
单位体积或单位质量固体的表面积，通常用1g固体 的总表面积表示。 催化剂比表面积的大小，尤其是活性组分的比表面 积值常直接影响催化活性。
• 比表面积是衡量物质特性的重要参量，其大小与颗 粒的粒径、形状、表面缺陷及孔结构密切相关；
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工业催化 第六章
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• 比表面积大小对物质其它的许多物理及化学性能 会产生很大影响，特别是随着颗粒粒径的变小， 比表面积成为了衡量物质性能的一项非常重要参 量，如目前广泛应用的纳米材料。
⑤由体系的试验研究所推导的动力学参数。
7/7/2013
工业催化 第六章
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三、反应区域问题
没有浓度或温度梯度 的本征动力学是理想的 情况，实际催化过程中 存在扩散限制。
图 多孔固体催化剂上发生 气体反应时的Arrhenius图
7/7/2013 工业催化 第六章 7
工业催化过程大多处于扩散区或靠近内扩散的过
7/7/2013
工业催化 第六章
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A drawing of the gravimetric method sample area showing the baffle arrangement
7/7/2013
工业催化 第六章
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2. The BET Method
In spite of its theoretical limitations, the Brunauer– Emmett–Teller (BET) method continues to be widely used for evaluating the surface area of catalysts and supports.
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催化剂宏观物性及其测定
6.2 催化剂宏观物性及其测定 宏观物性：组成催化剂的各粒子或粒子聚集体的大小、形状与孔隙结构所构成的体积、形状及大小分布的特点，以及与此有关的传递特性及机械强度等。
了解和测定宏观物性的重要性：宏观物性对降低催化剂装运过程中的损耗，满足各类反应器操作中流体力学因素的要求十分重要，且直接影响催化反应的动力学过程。
6.2.1 催化剂的表面积及其测定1． 表面积与活性 一般地，表面积愈大，催化剂的活性愈高。
某些情况下，活性与比表面积成正比关系（例，硅酸铝催化剂上进行的烃类裂解。
）催化剂表面积测定的重要性，探寻催化剂活性改变的原因，以便开发或改进催化剂。
2． 比表面测定原理比表面测定方法很多，各有优缺点。
常用吸附法：化学吸附法及物理吸附法。
前者是通过吸附质对多组分固体催化剂进行选择吸附而测定各组分的表面积；后者是通过吸附质进行非选择性吸附来测定比表面积。
物理吸附法又分为BET 法及气相色谱法两类，两类测定法原理均以BET 公式为基础。
原理如下：1） 实验求出吸附等温线（P —V 数据）2） 在相对压力（P/P 0）0.05-0.35范 围内,以V 1)(0P P P-为纵坐标,以P/P 0为横坐标作图, 得BET 方程的直线图象。
3） 利用BET 方程:表示在吸附物正常沸点附近的吸附等温线为V 1)(0P P P -=01P P C V C m⋅-+C V m1（Brunauer,Emmett,Teller 提出）式中，V —平衡吸附量 ml （标准态）或mgV m —形成单分子层时的吸附量 P —平衡压力 mmHgP 0—实验温度下，吸附质饱和蒸汽压C —给定物系，给定温度下的常数求得V m , 截距斜率+=1m V .4) 求出单分子层中吸附质的分子数N m有 0104.223N N m V m ⨯=⨯(V m 为体积) N 0—阿佛加德罗常数6.02×1023分子/克分子 或, 0N N MV m m ⨯=(V m 为重量)M — 吸附质分子量 (mg)5) 表面积 S=N m ×AA — 吸附质分子的截面积Å2比表面积:S g =GA N m 2010-⨯⨯(m 2/g)G —催化剂试样重量(g)该法常用氮、甲醇、苯、正丁烷等为吸附质，它们的分子截面积如下：H 2O14.8,N 216.2,CH 3OH25,n-C 4H 1056.6,C 6H 640（Å2）。
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第十一章
工业催化剂的评价与宏观物 性的测试
成英之
催化剂评价
一般来说，催化剂的活性、选择性和寿命是评价催 化剂的最重要指标，还有催化剂的价格。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
1. 活性测试的目标
催化剂测试最常见的目的如下： ①由催化剂制造商或者用户进行的常规质量的控制检验，
这种检验可能包括在标准化条件下，在特定类型催化 剂的个别批量或试样上进行的反应； ②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(简单装置实验室条件)； ③更详尽地比较几种催化剂(接近工业应用条件)； ④测定特定反应的机理(涉及分子标记和分析设备)； ⑤测定在特定催化剂上反应的动力学； ⑥模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转。
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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
(1)反应器分析的基本概念 空速的概念 停留时间的倒数称为空速； 气体空速按反应物气体流量速率计算； 液体空速按液体流量速率计算； 重量空速按反应物质量流速除以催化剂重量所得比值计 算； 空速可以用作催化剂活性的指示； 体积进料速率，通常基于标准状态或反应器入口条件进 行计算。
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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。
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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
(1)反应器分析的基本概念 实验室各种反应器间最本质性的差别是间歇式和连续
式之间的差异。目前在催化研究中应来自最多的是连续式 的反应器。连续式的工业反应器，其操作特性受到以下因素的影 响：流体流动的方式、催化剂粒子内和粒子间存在的浓 度梯度，以及温度的径向和轴向梯度等。对于实验室用 的反应器，通常需要采取各种措施来消除这些影响，使 获得的信息简单明确。
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
1. 活性测试的目标
衡量催化剂活性的参数： ①在给定的反应温度下原料达到的转化率； ②在原料达到给定转化程度所需的温度； ③在给定条件下的总反应速率； ④在特定温度下对给定转化率所需的空速； ⑤由体系的试验研究所推导的动力学参数。
活性表达参量的选择，将由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， 最常用第①种表达方式。
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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
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11.2 催化活性的测定
1. 影响催化剂活性测定的因素(以流动法为例)
(3) 内表面利用率与内扩散的消除 内表面利用率： 观测的反应速率
本征反应速率
内扩散阻力和催化剂宏观结构(颗粒粒度、孔径分布、 比表面积等)有关。对于多孔催化剂，其催化活性与催化 剂内表面利用率成正比，即与催化剂颗粒半径成反比， 与有效扩散系数的平方根成正比，因此减小催化剂粒径 或者增加孔径都可以提供内表面利用率。当催化剂活性 与催化剂粒径大小无关时，可以认为已经消除了内扩散 的影响。
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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
(1)反应器分析的基本概念 ①连续流动搅拌釜式反应器(CSTR)
假定流体为全混的，反应器内各处浓度均一，并且等 于出口物料流的浓度。因此可以直接测量做为浓度函数 的反应速率。 ②活塞流式反应器(PFR)
假定没有轴混，而且无浓度或流体速度的径向梯度， 则反应物的浓度只是反应器长度的函数。
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
中的流动状况和扩散现象。通常为了消除内扩散对反应 的影响而降低粒径时，会导致温度差升高。同样温度差 随反应器直径的增大而迅速升高，所以需要确定适宜的 催化剂粒径和反应管直径。 (2) 外扩散限制的消除
应用流动法测定催化剂的活性时，为了避免外扩散的 影响，应当使气流处于湍流条件，因为层流会影响外扩 散速率。
(4) 连续流动反应器 ①活塞流反应器 ②再循环微分反应器 ③反混式反应器 (无梯度反应器) ④滴流床反应器 ⑤流化床反应器
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11.2 催化活性的测定
1. 影响催化剂活性测定的因素(以流动法为例)
(1) 催化剂颗粒直径与反应管直径的关系 采用流动法测定催化剂活性时，要考虑气体在反应器
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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
(3)暂态式反应器 该反应器体系简单、反应物和催化剂用量都很少。但
由于是脉冲反应器，反应是在非平衡条件下进行的。
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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
工业催化剂的评价与宏观物 性的测试
成英之
催化剂评价
一般来说，催化剂的活性、选择性和寿命是评价催 化剂的最重要指标，还有催化剂的价格。
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11.1 催化剂活性测试的基本概念
1. 活性测试的目标
催化剂测试最常见的目的如下： ①由催化剂制造商或者用户进行的常规质量的控制检验，
这种检验可能包括在标准化条件下，在特定类型催化 剂的个别批量或试样上进行的反应； ②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(简单装置实验室条件)； ③更详尽地比较几种催化剂(接近工业应用条件)； ④测定特定反应的机理(涉及分子标记和分析设备)； ⑤测定在特定催化剂上反应的动力学； ⑥模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转。
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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
(1)反应器分析的基本概念 空速的概念 停留时间的倒数称为空速； 气体空速按反应物气体流量速率计算； 液体空速按液体流量速率计算； 重量空速按反应物质量流速除以催化剂重量所得比值计 算； 空速可以用作催化剂活性的指示； 体积进料速率，通常基于标准状态或反应器入口条件进 行计算。
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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。
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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
(1)反应器分析的基本概念 实验室各种反应器间最本质性的差别是间歇式和连续
式之间的差异。目前在催化研究中应来自最多的是连续式 的反应器。连续式的工业反应器，其操作特性受到以下因素的影 响：流体流动的方式、催化剂粒子内和粒子间存在的浓 度梯度，以及温度的径向和轴向梯度等。对于实验室用 的反应器，通常需要采取各种措施来消除这些影响，使 获得的信息简单明确。
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
1. 活性测试的目标
衡量催化剂活性的参数： ①在给定的反应温度下原料达到的转化率； ②在原料达到给定转化程度所需的温度； ③在给定条件下的总反应速率； ④在特定温度下对给定转化率所需的空速； ⑤由体系的试验研究所推导的动力学参数。
活性表达参量的选择，将由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， 最常用第①种表达方式。
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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
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11.2 催化活性的测定
1. 影响催化剂活性测定的因素(以流动法为例)
(3) 内表面利用率与内扩散的消除 内表面利用率： 观测的反应速率
本征反应速率
内扩散阻力和催化剂宏观结构(颗粒粒度、孔径分布、 比表面积等)有关。对于多孔催化剂，其催化活性与催化 剂内表面利用率成正比，即与催化剂颗粒半径成反比， 与有效扩散系数的平方根成正比，因此减小催化剂粒径 或者增加孔径都可以提供内表面利用率。当催化剂活性 与催化剂粒径大小无关时，可以认为已经消除了内扩散 的影响。
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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
(1)反应器分析的基本概念 ①连续流动搅拌釜式反应器(CSTR)
假定流体为全混的，反应器内各处浓度均一，并且等 于出口物料流的浓度。因此可以直接测量做为浓度函数 的反应速率。 ②活塞流式反应器(PFR)
假定没有轴混，而且无浓度或流体速度的径向梯度， 则反应物的浓度只是反应器长度的函数。
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
中的流动状况和扩散现象。通常为了消除内扩散对反应 的影响而降低粒径时，会导致温度差升高。同样温度差 随反应器直径的增大而迅速升高，所以需要确定适宜的 催化剂粒径和反应管直径。 (2) 外扩散限制的消除
应用流动法测定催化剂的活性时，为了避免外扩散的 影响，应当使气流处于湍流条件，因为层流会影响外扩 散速率。
(4) 连续流动反应器 ①活塞流反应器 ②再循环微分反应器 ③反混式反应器 (无梯度反应器) ④滴流床反应器 ⑤流化床反应器
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11.2 催化活性的测定
1. 影响催化剂活性测定的因素(以流动法为例)
(1) 催化剂颗粒直径与反应管直径的关系 采用流动法测定催化剂活性时，要考虑气体在反应器
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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
(3)暂态式反应器 该反应器体系简单、反应物和催化剂用量都很少。但
由于是脉冲反应器，反应是在非平衡条件下进行的。
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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