化學(xué)工程與工藝實驗講義(定稿2)20143-孫

1、化學(xué)工程與工藝實驗講義（化學(xué)工程與工藝專業(yè)適用）編者：李學(xué)坤 周躍花 孫平西安文理學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院目 錄實驗一 催化反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯1一、實驗?zāi)康?二、實驗原理1三、裝置、流程及試劑4四、實驗步驟（本實驗以250ml間歇反應(yīng)釜操作為例）5四、實驗數(shù)據(jù)及處理7六、思考題7實驗二 一氧化碳中低溫變換實驗9一、實驗?zāi)康?二、實驗原理9三、實驗裝置及流程11四 、實驗步驟12實驗三 乙苯脫氫制苯乙烯14一、實驗?zāi)康?4二、實驗原理14三、實驗裝置及流程（見圖1）15四實驗步驟與方法17五結(jié)果與討論18六、思考題18七附錄18實驗四 催化劑成型實驗20一、實驗?zāi)康?0二、實驗原理20三、實驗裝

2、置流程25四、實驗步驟26五、實驗記錄與數(shù)據(jù)處理26六、思考題26反應(yīng)工程實驗29實驗一 填料塔軸向返混性能測定實驗29一、實驗?zāi)康?9二、實驗原理29三、實驗裝置流程30四、實驗步驟31五、思考題33六、常見故障及排除33實驗二 氣固相催化反應(yīng)乙醇?xì)庀嗝撍埔蚁嶒?5一、實驗?zāi)康?5二、實驗原理35三、實驗裝置與反應(yīng)試劑36一、實驗方法及操作步驟：38四、實驗記錄與數(shù)據(jù)處理39五思考題41六、附注41實驗三 加壓微型催化裝置試車42一. 實驗?zāi)康?2二. 實驗原理42三、流程示意圖與面板布置圖48實驗四 計算機(jī)控制加壓微型催化反應(yīng)53一.實驗?zāi)康?3二.實驗原理53三、流程示意圖與面板布置

3、圖54五、氣相色譜儀檢測條件58六、實驗數(shù)據(jù)及分析方法58化學(xué)工程與工藝實驗講義化學(xué)工藝實驗實驗一 催化反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯精餾是化工生產(chǎn)中常用的分離方法。它是利用氣-液兩相的傳質(zhì)和傳熱來達(dá)到分離的目的。對于不同的分離對象，精餾方法也會有所差異。反應(yīng)精餾是精餾技術(shù)中的一個特殊領(lǐng)域。在操作過程中，化學(xué)反應(yīng)與分離同時進(jìn)行，故能顯著提高總體轉(zhuǎn)化率，降低能耗。此法在酯化、醚化、酯交換、水解等化工生產(chǎn)中得到應(yīng)用，而且越來越顯示其優(yōu)越性。一、實驗?zāi)康? 了解反應(yīng)精餾是既服從質(zhì)量作用定律又服從相平衡規(guī)律的復(fù)雜過程，是反應(yīng)和分離過程的復(fù)合，通過實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，了解反應(yīng)精餾技術(shù)比常規(guī)反應(yīng)技術(shù)在成本和操作上的優(yōu)越

4、性。2 了解玻璃精餾塔的構(gòu)造和原理，學(xué)習(xí)反應(yīng)精餾玻璃塔的使用和操作，掌握反應(yīng)精餾操作的原理和步驟。3 學(xué)習(xí)用反應(yīng)工程原理和精餾塔原理，對精餾過程做全塔物料衡算和塔操作的過程分析。4 了解反應(yīng)精餾與常規(guī)精餾的區(qū)別。5 獲得反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯的最優(yōu)工藝條件，明確主要影響因素。6 學(xué)習(xí)氣相色譜的原理和使用方法，學(xué)會用氣相色譜分析塔內(nèi)物料的組成，了解氣相色譜分析條件的選擇和確定方法，并學(xué)習(xí)根據(jù)出峰情況來改變色譜條件。7 學(xué)習(xí)用色譜分析，進(jìn)行定量和定性的方法，學(xué)會求取液相分析物校正因子及計算含量的方法和步驟。了解氣相色譜儀以及熱導(dǎo)池檢測器的原理，了解分離條件的選擇和確定。二、實驗原理1. 反應(yīng)精餾原理

5、在反應(yīng)精餾操作過程中，由于化學(xué)反應(yīng)與分離同時進(jìn)行，產(chǎn)物通常被分離到塔頂，從而使反應(yīng)平衡被不斷破壞，造成反應(yīng)平衡中的原料濃度相對增加，使平衡向右移動，故能顯著提高反應(yīng)原料的總體轉(zhuǎn)化率，降低能耗。同時，由于產(chǎn)物與原料在反應(yīng)中不斷被精餾塔分離，也往往能得到較純的產(chǎn)品，減少了后續(xù)分離和提純工序的操作和能耗。此法在酯化、醚化、酯交換、水解等化工生產(chǎn)中得到應(yīng)用，而且越來越顯示其優(yōu)越性。一般說來，反應(yīng)精餾對下列兩種情況特別適用：（1）可逆平衡反應(yīng)。一般情況下，反應(yīng)受平衡影響，轉(zhuǎn)化率最大只能是平衡轉(zhuǎn)化率，而實際反應(yīng)中只能維持在低于平衡轉(zhuǎn)化率的水平。因此，產(chǎn)物中不但含有大量的反應(yīng)原料，而且往往為了使其中一種價格

6、較貴的原料反應(yīng)盡可能完全，通常會使一種物料大量過量，造成后續(xù)分離過程的操作成本提高和難度加大。而在精餾塔中進(jìn)行的酯化或醚化反應(yīng)，往往因為生成物中有低沸點或高沸點物質(zhì)存在，而多數(shù)會和水形成最低共沸物，從而可以從精餾塔頂連續(xù)不斷的從系統(tǒng)中排出，使塔中的化學(xué)平衡發(fā)生變化，永遠(yuǎn)達(dá)不到化學(xué)平衡，從而導(dǎo)致反應(yīng)不斷進(jìn)行，不斷向右移動，最終的結(jié)果是反應(yīng)原料的總體轉(zhuǎn)化率超過平衡轉(zhuǎn)化率，大大提高了反應(yīng)效率和能量消耗。同時由于在反應(yīng)過程中也發(fā)生了物質(zhì)分離，也就減少了后續(xù)工序分離的步驟和消耗，在反應(yīng)中也就可以采用近似理論反應(yīng)比的配料組成，既降低了原料的消耗，又減少了精餾分離產(chǎn)品的處理量。（2）異構(gòu)體混合物的分離。通常

7、因它們的沸點接近，靠精餾方法不易分離提純，若異構(gòu)體中某組分能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并能生成沸點不同的物質(zhì)，這時可在過程中得以分離。本實驗為乙醇和乙酸的酯化反應(yīng)，適于第一種情況。但該反應(yīng)若無催化劑存在，單獨采用反應(yīng)精餾操作也達(dá)不到高效分離的目的，這是因為反應(yīng)速度非常緩慢，故一般都用催化反應(yīng)方式。酸是有效的催化劑，常用硫酸，反應(yīng)隨酸濃度增高而加快，濃度在0.21.0%（wt）。也可以采用酸性樹脂作為催化劑，也有使用分子篩負(fù)載某些成分作為催化劑，但由于某些催化劑的活性溫度較高，有些反應(yīng)需要在加壓下進(jìn)行，才能同時滿足反應(yīng)溫度和分離平衡的要求。本實驗是以乙酸和乙醇為原料，在濃硫酸催化劑作用下生成乙酸乙酯的可逆反應(yīng)

8、。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2. 反應(yīng)精餾塔原理反應(yīng)精餾塔用玻璃制成。直徑2025mm，塔總高約1400mm，填料高度約1300mm，塔內(nèi)裝2.5*2.5不銹鋼網(wǎng)環(huán)型填料（316L）。用于間歇反應(yīng)精餾實驗的500ml（或250ml）玻璃釜。原料乙醇和乙酸、催化劑一次性加入到塔釜，塔加熱方式同連續(xù)反應(yīng)精餾一樣。塔釜溫度傳感器在釜內(nèi)，使用時，也可以加入少量硅油，使測量的溫度更準(zhǔn)確，釜內(nèi)液體的溫度為自動控制，并在儀表上實時顯示。塔身分兩段，上面是精餾段，下面是提餾段，長度各為700mm。全塔有5個取樣口，也可以當(dāng)進(jìn)樣口使用。取樣口在常壓操作時使用，里面用硅膠墊密封，每取樣20次以上應(yīng)根據(jù)密封情況，檢查是否

9、需要更換。塔身外壁鍍有半導(dǎo)體金屬膜，用于控制塔身的散熱，并盡可能保持塔身和環(huán)境為絕熱狀態(tài)，保溫電流能使塔身的半導(dǎo)體加熱保溫。加熱溫度的設(shè)定需要根據(jù)實驗物系的性質(zhì)決定，由儀表來控制加熱的溫度，加熱電流可以用儀表或手動來調(diào)節(jié)，一般為0.150.3A。通?？梢栽O(shè)定保溫的溫度比塔內(nèi)的溫度低512。儀表采用AI708型，可以參加儀表使用說明書來調(diào)節(jié)或改變儀表設(shè)置，精餾段和提餾段各使用一塊儀表加熱。塔內(nèi)蒸汽到達(dá)塔頂后被冷凝器冷凝，頂氣相的溫度由儀表顯示。塔頂冷凝采用自來水，冷凝液體進(jìn)入塔頂回流頭，采用擺動式回流比控制器操作，一部分液體被從右面采出進(jìn)入到塔頂儲罐，另一部分進(jìn)入到塔內(nèi)回流?；亓鞅扔蓛x表面板的回

10、流比控制器控制，實驗中一般為35，此控制系統(tǒng)由塔頭上擺錘、電磁鐵線圈、回流比計數(shù)撥碼電子儀表組成。間歇式是在500ml（或250ml）間歇塔釜一次性加入原料的混合物和催化劑，然后加熱到反應(yīng)溫度進(jìn)行反應(yīng)。一般來說，500ml塔釜加入乙醇150克，乙酸180克（250ml塔釜加入乙醇50克，乙酸60克），通常乙醇的摩爾數(shù)和乙酸摩爾數(shù)比為1.031.05:1.0，濃硫酸加入量按應(yīng)加入乙酸理論重量的比例加入，一般在0.20.3%（wt），加入量越大，反應(yīng)速度越快?？梢愿鶕?jù)學(xué)生的實驗時間來調(diào)整濃硫酸的加入量，也可以用滴管加入58滴。反應(yīng)完全發(fā)生在塔釜內(nèi)，反應(yīng)生成的產(chǎn)物在塔內(nèi)發(fā)生分離，輕組分乙酸乙酯和水的

11、共沸物不斷向上移動，并最終從塔頂排出。而塔釜內(nèi)的乙醇和乙酸，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度不斷減少，水量不斷增加，反應(yīng)溫度也開始慢慢升高。當(dāng)溫度達(dá)到95時，可以停止實驗過程。最后在塔頂?shù)玫降亩际呛囊宜嵋阴?，有時候能自己分層，但通常是加入少量的水（約50150克），使它們分層，上層就是乙酸乙酯，下層為含少量乙酸乙酯的水。實驗中，也可以在塔身不同高度的取樣口同時取樣分析，并觀察各組分濃度隨時間的變化和在塔內(nèi)的濃度分布，每隔200mm設(shè)置一個取樣口。如果不在塔身取樣分析，也可以用設(shè)備附帶的玻璃磨口塞將取樣口封堵。3. 色譜分析原理產(chǎn)物的分析由于比較復(fù)雜，含有多種成分，一般不能用滴定或折光儀分析，而采用氣相

12、色譜法。實驗所用的色譜柱固定相為101白色擔(dān)體，固定液為鄰苯二甲酸二壬酯，固定液含量一般為10%。需要測定的樣品分別為乙醇、乙酸、水和乙酸乙酯，色譜采用熱導(dǎo)池檢測器，出峰順序為水、乙醇、乙酸、乙酸乙酯。汽化室溫度150，柱箱溫度130140，檢測器溫度150，橋電流140mA，衰減1，進(jìn)樣量0.2l。全塔物料總平衡如圖1所示物料平衡方程如下：對第j塊理論板上的i組分進(jìn)行物料衡算如下：Lj-1Xi,j-1+Vj+1Yi,j+1+FjZj,i+Ri,j=VjYi,j+LjXi,j (1式)2jn，i=1,2,3,4（1） 氣液平衡方程對平衡級上某組分i有如下平衡關(guān)系：Ki,jXi,j-Yi,j=0

13、 (2式) 每塊板上組成的總和應(yīng)符合下式： (3式) 圖1 全塔物料平衡（2） 反應(yīng)速率方程 (4式) 式（4）指原料中各組分的濃度相等條件下才能成立，否則應(yīng)予修正。（3） 熱量衡算方程 對平衡級上進(jìn)行熱量衡算，最終得到下式： Lj-1hj-1-VjHj-Ljhj+Vi+1Hj+1+FjHrj-Qj+RjHrj=0 （5式）式中：Fjj板進(jìn)料流量；hjj板上液體焓值；Hjj板上氣體焓值Hrjj板上反應(yīng)熱焓值； Ljj板下降液體量 Ki,ji組分的汽液平衡常數(shù)； Pjj板上液體混合物體積（持液量）Ri,j單位時間j板上單位液體體積內(nèi)i組分反應(yīng)量Vjj板上升蒸汽量； Xi,jj板上組分i的液相摩爾

14、分?jǐn)?shù)Yi,jj板上組分i的氣相摩爾分?jǐn)?shù)； Zi,jj板上i組分的原料組成i,j反應(yīng)混合物i組分在j板上的體積； Qjj板上冷卻或加熱的熱量 三、裝置、流程及試劑1. 裝置本實驗所用的玻璃精餾塔，裝置示意圖見圖2。1.升降臺 2.加熱包 3.塔釜 4.塔保溫套 5.玻璃塔體 6.填料7.取樣口 8.預(yù)熱器 9.塔頭 10.電磁鐵 11.加料口12.進(jìn)料泵 13.加料罐 14.餾出液出集瓶 TI測溫 TCI控溫 圖2 裝置示意圖反應(yīng)精餾塔用玻璃制成。直徑20mm，塔高1500mm，塔內(nèi)填裝22mm不銹鋼填料（316L）。塔外壁鍍有金屬膜，通電流使塔身加熱保溫。塔釜為一玻璃容器并有電加熱器加熱。塔頂

15、冷凝液體的回流采用擺動式回流比控制器操作。此控制系統(tǒng)由塔頭上擺錘、電磁鐵線圈、回流比計數(shù)撥碼電子儀表組成。 2. 儀器及試劑(1) 儀器 天平，燒杯，量筒，膠頭滴管，三角燒瓶，分液漏斗，氣相色譜（TCD），色譜工作站(2) 試劑 無水乙醇（分析純），含量99.0%；冰乙酸（分析純），含量99.0%；乙酸乙酯（分析純），含量99.0%；濃硫酸（化學(xué)純），含量98.0%四、實驗步驟（本實驗以250ml間歇反應(yīng)釜操作為例）1打開色譜載氣的氫氣剛瓶，檢查壓力表讀數(shù)是否大于2.5Mpa？如果不是，則應(yīng)更換氫氣瓶。調(diào)節(jié)氫氣減壓閥的壓力為0.2Mpa，檢查色譜后面的穩(wěn)壓閥是否打開并調(diào)到合適位置？此時，色譜儀

16、前面的兩個壓力表應(yīng)該能調(diào)節(jié)到0.15Mpa左右。2在用皂沫確定色譜柱兩個尾氣出口都有氣體后，打開啟色譜儀主開關(guān)。調(diào)節(jié)面板上的兩個載氣壓力調(diào)節(jié)閥，使兩路色譜柱的載氣H2流量為2530ml/min，可以用皂沫流量計和秒表來測定出口處的流量，一般應(yīng)使兩路的流量基本相同。3調(diào)節(jié)完畢載氣速度后，分別打開柱溫、汽化器、檢測器加熱開關(guān)，然后按下柱溫設(shè)定的琴鍵開關(guān)，調(diào)節(jié)旋鈕，使顯示窗口的柱溫設(shè)定為140（可以根據(jù)出峰分離情況來調(diào)節(jié)），然后可以將琴鍵開關(guān)切換到顯示狀態(tài)，此時，能觀察到色譜柱箱的溫度會快速升高，否則，應(yīng)按色譜使用說明書檢查色譜保險和加熱電路。4按照上面4的步驟，設(shè)定氣化室溫度為140，檢測器溫度為

17、150，打開橋電流開關(guān)，并調(diào)節(jié)旋鈕，使橋電流為140mA，信號衰減為1。5色譜柱、汽化器、檢測器的溫度都穩(wěn)定后，再用秒表和皂沫流量計準(zhǔn)確測定色譜柱載氣出口氣體流量，并記錄室溫。在標(biāo)準(zhǔn)壓力表上讀出柱前壓。6開色譜記錄儀或色譜工作站（根據(jù)用戶自己的配置情況），調(diào)節(jié)色譜面板下面的調(diào)零旋鈕，此時，記錄儀或色譜工作站的指針或讀數(shù)應(yīng)發(fā)生變化。如數(shù)據(jù)無明顯變化，則搬動色譜儀后面的信號反向開關(guān)，如果還沒有數(shù)據(jù)變化，則可能是色譜沒有信號輸出或記錄儀等工作不正常，請與生產(chǎn)廠家或本公司聯(lián)系。7待色譜儀基線穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)基線的位置在“0”以上，為了防止信號到“0”時，基線為一條直線，而觀察不到基線的穩(wěn)定性。在不進(jìn)樣的時

18、候，運行工作站，觀察信號線是否顯示正常？有無明顯的信號噪音？如果有噪音，可能是進(jìn)樣口密封墊應(yīng)該更換了。8分別用量筒大約量取110ml乙酸(99.5%)和120ml乙醇(99.7%)加入到250ml燒杯中，并在天平上用滴管加入直到 乙酸為120.0克，乙醇為96.0克，用滴管在乙酸中加入濃硫酸2030滴，然后把乙醇和乙酸一起加入到500ml的塔釜中。9打開塔頂冷卻水，觀察是否有水？如果正常，則打開控制柜加熱開關(guān)，分別打開塔釜、精餾段、提餾段加熱控制溫度儀表，并設(shè)定塔釜加熱溫度為95，精餾段和提餾段加熱保溫溫度為80。調(diào)節(jié)塔釜加熱電流為0.3A，保溫電流暫時不打開。記錄實驗開始的時間，每隔15分鐘

19、記錄各種實驗數(shù)據(jù)一次。10分別準(zhǔn)確稱取33、8、40、20克左右的蒸餾水、分析純乙醇、分析純乙酸、分析純乙酸乙酯，混合后用氣相色譜分析，并最少分析三次，用于計算每個組分的校正因子。11在塔釜溫度達(dá)到60時，開始慢慢調(diào)節(jié)保溫加熱電流，精餾段為0.15A、提餾段0.20A，注意不同季節(jié)和環(huán)境溫度，可以適當(dāng)改變加熱電流的大小。 12在塔釜內(nèi)蒸汽開始上升時，能觀察到塔壁從小到上慢慢被潤濕，在蒸汽到達(dá)塔頂時，塔頂溫度儀表會快速上升，此時能觀察到回流頭有液體回流。13在塔頂開始回流后，保持全回流15分鐘，使塔內(nèi)填料被充分潤濕。打開回流比開關(guān)，設(shè)置回流比為3，此時，能觀察到回流頭的擺錘開始來回擺動，有液體開

20、始流到塔頂產(chǎn)品儲罐中，保持這個回流比操作30分鐘，然后把回流比改成5。14在塔釜溫度開始從74左右突然開始升高時，反應(yīng)可能接近終點。在塔釜內(nèi)的液面不能足夠循環(huán)時，可以停止采出，把回流比關(guān)閉，使塔為全回流操作，關(guān)閉塔身保溫加熱電流，將儀表溫度設(shè)定為室溫。15關(guān)閉塔釜加熱儀表，將加熱電流調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)到零。將塔頂儲罐的產(chǎn)品倒入到燒杯里，加入100ml蒸餾水，充分震蕩，然后加入到分液漏斗中，放置在試管架上靜止分離2030分鐘。16仔細(xì)放出分液漏斗下部的水準(zhǔn)確稱重，然后將上部的產(chǎn)品乙酸乙酯也準(zhǔn)確稱重，分別用色譜進(jìn)行分析。最少重復(fù)兩次。17等待15分鐘使塔內(nèi)液體完全流回到釜內(nèi)，待釜液溫度降低到40時，可以打開

21、塔釜，將釜內(nèi)液體準(zhǔn)確稱重，并用色譜進(jìn)行分析。18停止通冷卻水。在分析完畢后，首先關(guān)閉橋電流和色譜檢測器加熱，再關(guān)閉汽化器加熱。等檢測器溫度降到7090以下時，再關(guān)閉色譜載氣和柱箱加熱。19關(guān)閉色譜儀，關(guān)閉氫氣鋼瓶減壓閥，并等減壓閥壓力為零時，再關(guān)閉鋼瓶總閥。21將產(chǎn)品廢液收集到廢液瓶中，清洗各種玻璃儀器，結(jié)束全部實驗。四、實驗數(shù)據(jù)及處理根據(jù)實驗情況，記錄數(shù)據(jù)如下，室溫25，大氣壓力760.0mmHg。分析用氣相色譜GC-9560型。使用熱導(dǎo)池檢測器，分析數(shù)據(jù)用色譜工作站處理。利用SE130毛細(xì)管色譜柱進(jìn)行分析時的色譜條件：載氣：N2，柱前壓：0.1MPa 流速：10（閥門圈數(shù)）氫火焰檢測器：H

22、2：0.125 MPa，空氣：0.125 MPa進(jìn)樣器：150 ，柱溫：100 ，檢測器：150 保留時間：乙醇：1.26，乙酸1.37，乙酸乙酯：1.422.71 min，苯乙烯保留時間：2.9 min因為產(chǎn)物四組分能在色譜中完全出峰，故采用校正歸一化法處理?；旌衔镏薪M分的真實含量為x，各組分相對于乙醇的相對校正因子為 f，組分色譜分析的面積百分?jǐn)?shù)為 A%。則根據(jù)配制的標(biāo)準(zhǔn)物組成有：x= （6式）對于色譜分析的結(jié)果，有：x= （7式）將式（6）代入到式（7）中，得到：% (8式)將相關(guān)數(shù)據(jù)代入到上式中，連解方程，就可以得到各組分校正因子。同樣，用式（7）對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)處理，可以得到各組分

23、的重量含量。進(jìn)行醋酸和乙醇的全塔物料衡算，可根據(jù)下式計算乙酸轉(zhuǎn)化率、乙酸乙酯產(chǎn)率和乙酸乙酯收率。乙酸轉(zhuǎn)化率= （8）乙酸乙酯產(chǎn)率= （9）乙酸乙酯收率= （10）六、思考題1怎樣改變色譜分析條件，才能使分析的峰形最好？結(jié)合自己分析的圖形說明。2反應(yīng)精餾的原料轉(zhuǎn)化率和收率受那些因素影響？如何改變實驗條件才能盡可能提高轉(zhuǎn)化率和收率？3怎樣對反應(yīng)精餾塔做物料衡算？試舉例說明。4與常規(guī)反應(yīng)和精餾相比，反應(yīng)精餾有什么優(yōu)點？試從工藝和能耗兩方面分析。七、預(yù)習(xí)要求7.1 以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備圖或流程圖繪圖方法，利用AutoCAD繪制實驗裝置圖（或流程圖）54實驗二 一氧化碳中低溫變換實驗CO在鐵系催化劑作用下，生成氫

24、和二氧化碳的反應(yīng)是石油化工和合氨生產(chǎn)中的重要過程。本實驗?zāi)M中溫-低溫串聯(lián)變換反應(yīng)過程，用直流流動法同時測定中溫變換鐵基催化劑與低溫變換銅基催化劑的相對活性，進(jìn)一步理解多相催化反應(yīng)有關(guān)知識，初步接觸工藝設(shè)計思想。一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗可達(dá)到以下目的：1、 了解氣固相催化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)與操作方法；2、 掌握工藝流程與自控儀表的使用方法；3、 掌握氣固相催化反應(yīng)動力學(xué)實驗研究方法及催化劑活性的評比方法；4、 掌握用積分反應(yīng)器求取反應(yīng)條件與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系；5、 學(xué)會獲得催化劑上變換反應(yīng)的速率常數(shù)kT與活化能E。二、實驗原理一氧化碳變換的反應(yīng)為：反應(yīng)必須在催化劑存在的條件下進(jìn)行。中溫變換采用鐵基催化劑，反

25、應(yīng)溫度為350450，低溫變換采用銅基催化劑，反應(yīng)溫度為220320,本實驗為前者。 設(shè)反應(yīng)前氣體混合物各組分干基摩爾分?jǐn)?shù)分別為y0co,d、y0co2,d、y0H2,d、y0N2,d；初始汽氣比為R0；反應(yīng)后氣體混合物中各組分干基摩爾率為yco,d、yco2,d、yH2,d、yN2,d，一氧化碳的變換率（亦稱轉(zhuǎn)化率）為： （1式）根據(jù)研究，鐵基催化劑上一氧化碳中溫變換反應(yīng)本征動力學(xué)方程可表示為 (2式)銅基催化劑上一氧化碳低溫變換反應(yīng)本征動力學(xué)方程可表示為： （3式）在恒溫下，由積分反應(yīng)器的實驗數(shù)據(jù)，可按下式計算反應(yīng)速率常數(shù)kTi; （4式）采用圖解法或編制程序計算，就可由式（4）得某一溫度

26、下的反應(yīng)速率常數(shù)值。測得多個溫度的反應(yīng)速率常數(shù)值，根據(jù)阿累尼烏斯方程 ，即可求得指前因子k0和活化能E。 由于中變以后引出部分氣體分析，故低變氣體的流量需要重新計量，低變氣體的入口組成需由中變氣體經(jīng)物料衡算得到，即等于中變氣體的出口組成： （5式） （6式） （7式） （8式） （9式） （10式）轉(zhuǎn)子流量計計量的V分，d,需進(jìn)行分子量換算，從而需求出中變出口各組分干基率y1i,d; （11式） （12式） （13式） （14式）同中變計算方法，可得到低變反應(yīng)速率常數(shù)及活化能。三、實驗裝置及流程1、流程見裝置流程示意圖1。反應(yīng)管15x1.5mm不銹鋼管，內(nèi)徑7mm，內(nèi)填裝0.5g催化劑（406

27、0目顆粒），在催化劑床內(nèi)插有鎧裝熱電偶，由數(shù)字顯示儀表測定反應(yīng)溫度。2、流程說明實驗用原料氣N2、 CO取自鋼瓶， 氣體分經(jīng)過活性碳和硅膠脫除雜質(zhì)與水份， 由穩(wěn)壓器穩(wěn)定壓力，經(jīng)穩(wěn)壓閥用精密調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，匯成一股，放空部分多余氣體。水通過平流泵進(jìn)入汽化器，定量加入蒸汽，再由保溫管進(jìn)入中變反應(yīng)器。反應(yīng)后的少量氣體引出冷卻、分離水分后進(jìn)行計量、分析，大量氣體再送入低變反應(yīng)器，反應(yīng)后的氣體冷卻分離水分，反應(yīng)后的尾氣用注射器取樣或用六通閥在線取樣分析后放空。四 、實驗步驟1. 開車及實驗步驟1) 檢查系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)； 2) 開啟氮氣鋼瓶，置換系統(tǒng)約5分鐘； 3) 接通電源，緩慢升反應(yīng)器溫度； 4

28、) 中、低變床層溫度升至100時，開啟水飽和器，同時打開冷卻水，管道保溫，水飽和器溫度恒定在實驗溫度下； 5）升溫還原將裝好催化劑的反應(yīng)管接入系統(tǒng)，接通電爐電源 ，開始升溫還原。當(dāng)爐溫升至200時，打開反應(yīng)器氣源及穩(wěn)壓閥，用針形閥調(diào)節(jié)流量為20ml/min,然后將飽和器恒溫水浴電源接通，使之緩慢升溫至80。當(dāng)爐溫升至470時，恒溫一個小時，還原結(jié)束。6) 調(diào)節(jié)中、低變反應(yīng)器溫度到實驗條件后，切換成原料氣，穩(wěn)定20分鐘左右，隨后進(jìn)行分析，記錄實驗條件和分析數(shù)據(jù)。 實驗條件：(1) 流量 控制CO、CO2、H2、N2總流量為815L/h，中變出口分流量為24 L/h 左右。 (2) 汽化器溫度控制

29、在(72.880.0) 0.1。 (3) 催化劑床層溫度 反應(yīng)器內(nèi)中變催化床溫度先后控制在360、390、420，低變催化床溫度先后控制在220、240、260。 2. 不同溫度下一氧化碳變換率的測定還原結(jié)束后將爐溫降至340，恒定15分鐘后測其變換率。之后爐溫每升高2030，測定一點，要求至少測定五點。在測定過程中，飽和器及爐溫必須恒定，溫度波動不大于0.5，流量必須穩(wěn)定不變，同時要選擇合適的空速，使所測各點變換率在2040之間。每次測定變換率之前必須準(zhǔn)確測定氣體-干基流速，并按下面記錄格式詳細(xì)記錄所需數(shù)據(jù)。表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表2 結(jié)果分析表實驗號室溫大氣壓mmHg反應(yīng)床溫 度飽和器溫 度氣

30、體流量ml/min反應(yīng)后CO峰高mm反應(yīng)后CO干基摩爾分 率變換率備注五 注意事項1、 由于實驗過程有水蒸氣加入，為避免蒸氣在反應(yīng)器內(nèi)冷凝使催化劑結(jié)塊，必須在反應(yīng)床溫升至150以后才能啟用水飽和器，而停車時，在床溫降到150以前關(guān)閉飽和器。2、 由于催化劑在無水條件下，原料氣會將它過度還原而失活，故在原料氣通入系統(tǒng)前要先通N2加入水蒸氣，相反停車時，必須先切斷原料氣，后通N2再切斷水蒸氣。六 、思考題（1）本實驗影響平衡的因素有哪些？ （2）氮氣在實驗中的作用？（3）水飽和器的作用和原理是什么？（4）在進(jìn)行本征動力學(xué)測定時，應(yīng)用哪些原則選擇實驗條件？（5）試分析本實驗中的誤差來源與影響程度。七

31、、預(yù)習(xí)要求7.1 以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備圖或流程圖繪圖方法，利用AutoCAD繪制實驗裝置圖（或流程圖）實驗三 乙苯脫氫制苯乙烯一、實驗?zāi)康?1了解以乙苯為原料，氧化鐵為催化劑，在固定床單管反應(yīng)器種制備苯乙烯的過程。2學(xué)會使用化學(xué)工藝類實驗中溫度控制和流量控制的儀表、儀器。3. 掌握乙苯脫氫操作條件對產(chǎn)物收率的影響，學(xué)會獲取穩(wěn)定的工藝條件之方法。4. 掌握催化劑的填裝、活化、反應(yīng)使用方法。5. 掌握色譜分析方法及阿貝折射儀分析方法。6學(xué)會穩(wěn)定工藝操作條件的方法。二、實驗原理乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，提高溫度可增大平衡常數(shù)，從而提高脫 氫 反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。但是溫度過高副 反應(yīng)增加，使苯乙烯選擇性下降，能耗增

32、大，設(shè)備材質(zhì)要求增加，故應(yīng)控制適應(yīng)的反應(yīng)溫度。乙苯脫氫為體積增加的反應(yīng)，故降低壓力有利于平衡向脫氫方向移動。實驗中加入惰性氣體或減壓條件下進(jìn)行，通常均使用水蒸氣作稀釋劑，它可降低乙苯的分壓，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。水蒸氣的加入還可向脫氫反應(yīng)提供部分熱量,使反應(yīng)溫度比較穩(wěn)定,能使反應(yīng)產(chǎn)物迅速脫離催化劑表面,有利于反應(yīng)向苯乙烯方向進(jìn)行；同時還可以有利于燒掉催化劑表面的積碳。1本實驗的主副反應(yīng)主反應(yīng)： CH2CH3 _CH=CH2 + H2 117.8KJ/mol副反應(yīng)： C2H5 C2H4 105KJ/mol C2H5+H2 C2H6 -31.5KJ/mol C2H5+H2 CH3CH4 -54.4KJ

33、/mol在水蒸氣存在的條件下，還可能發(fā)生下列反應(yīng)： C2H5+2H2O CH3CO2+3H2 此外還有芳烴縮合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。這些連串副反應(yīng)的發(fā)生不僅使反應(yīng)選擇性下降，而且極易使催化劑表面結(jié)焦進(jìn)而活性下降。 2影響本反應(yīng)的因素 1）溫度的影響 乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式可知，提高溫度可增大平衡常數(shù)，從而提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。但是溫度過高副反應(yīng)增加，使苯乙烯選擇性下降，能耗增大，設(shè)備材質(zhì)要求增加，故應(yīng)控制適宜的反應(yīng)溫度。本實驗的反應(yīng)溫度為：540600。2）壓力的影響乙苯脫氫為體積增加的反應(yīng)，從平衡常數(shù)與壓力的關(guān)系式可知，當(dāng)時，降低總壓P總可使Kn增大，從而

34、增加了反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，故降低壓力有利于平衡向脫氫方向移動。本實驗加水蒸氣的目的使降低乙苯的分壓，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。較適宜的水蒸氣用量為：水：乙苯=1.5：1（體積比）或8：1（摩爾比）。 3）空速的影響 乙苯脫氫反應(yīng)系統(tǒng)中有平衡副反應(yīng)和連串副反應(yīng)，隨著接觸時間的增加，副反應(yīng)也增加，苯乙烯的選擇性可能下降，適宜的空速與催化劑的活性及反應(yīng)溫度有關(guān)，本實驗乙苯的液空速以0.6/h為宜。3 催化劑乙苯脫氫技術(shù)的關(guān)鍵是選擇催化劑。此反應(yīng)的催化劑種類頗多，其中鐵系催化劑是應(yīng)用最廣的一種。以氧化鐵為主，添加鉻、鉀助催化劑，可使乙苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到40，選擇性90。在應(yīng)用中，催化劑的形狀對反應(yīng)收率有很大影響。小

35、粒徑、低表面積、星形、十字形截面等異形催化劑有利于提高選擇性。為提高轉(zhuǎn)化率和收率，對工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)要進(jìn)行精心設(shè)計。實用效果較好的有等溫和絕熱反應(yīng)器。實驗室常用等溫反應(yīng)器，它以外部供熱方式控制反應(yīng)溫度，催化劑床層高度不宜過長。本實驗采用氧化鐵系催化劑。其組成為：Fe2O3CuOK2OCr2O3CeO2。三、實驗裝置及流程（見圖1）1、試驗儀器及藥品（1）柱塞式液體加料泵 2臺； （2）氮氣鋼瓶 1個；（3）注射器（10l） 1支； （4）色譜儀 1臺；（5）取樣瓶 5只； （6）分液漏斗 1個；（7）反應(yīng)器及溫度控制儀 1套； （8）冷卻器 1個；（9）氣液分離器 1個； （10）儲液瓶

36、 2支；（11）催化劑 20ml； （12）阿貝折射儀 1臺。2.試驗裝置圖1 實驗裝置流程圖反應(yīng)器有石英玻璃管和不銹鋼管式反應(yīng)器兩種，內(nèi)部中心軸向有測溫?zé)犭娕疾迦牍埽Y(jié)構(gòu)如圖2、圖3。 圖2 石英玻璃反應(yīng)器1-反應(yīng)器，2-測溫套管，3催化劑，4耐高溫纖維，5-石英砂圖3 不銹鋼反應(yīng)器1三腳架，2絲網(wǎng)，3,3玻璃毛，4催化劑，5測溫套管，6螺帽，7熱電偶四實驗步驟與方法1.反應(yīng)條件控制：汽化溫度300，脫氫反應(yīng)溫度540650，水：乙苯=1.5：1（體積比），相當(dāng)于乙苯加料0.5毫升/分鐘，蒸餾水0.75毫升/分鐘（50毫升催化劑）。2.操作步驟（見如圖2）1） 了解并熟悉實驗裝置及流程，搞清

37、物料走向及加料、出料方法。2）接通電源，汽化器、反應(yīng)器分別逐步升溫至預(yù)定的溫度，同時打開冷卻水。圖4 乙苯脫氫試驗步驟流程圖3）分別校正蒸餾水和乙苯的流量（0.75毫升/分鐘和0.5毫升/分鐘）。當(dāng)汽化器溫度達(dá)到300，反應(yīng)器升至400，開始加入蒸餾水，并校正好流量為0.75ml/min。4) 當(dāng)反應(yīng)溫度升至500，加入乙苯，并校正好流量0.5ml/min，繼續(xù)升溫至550，使之穩(wěn)定半小時。5）反應(yīng)開始每隔1020分鐘取一次數(shù)據(jù)，每個溫度至少取兩個數(shù)據(jù)，粗產(chǎn)品從分離器中放入量筒內(nèi)。然后用分液漏斗分去水層，稱出烴層重量。6）取少量烴層液樣品，用氣相色譜或阿貝折射儀分析其組成，并計算出各組分的百分

38、含量。7）反應(yīng)結(jié)束后，停止加乙苯。反應(yīng)溫度維持在500左右。繼續(xù)通水蒸氣，進(jìn)行催化劑的清焦再生，約半小時后停止通水，并降溫。色譜分析：利用SE130毛細(xì)管色譜柱進(jìn)行分析時的色譜條件：載氣：N2，柱前壓：0.1MPa 流速：10（閥門圈數(shù)）氫火焰檢測器：H2：0.125 MPa，空氣：0.125 MPa進(jìn)樣器：150 ，柱溫：100 ，檢測器：150 保留時間：乙苯：2.71 min，苯乙烯：2.9 min3.實驗記錄及計算1）根據(jù)實驗內(nèi)容自行設(shè)計記錄表格，記錄實驗數(shù)據(jù)。2)計算結(jié)果苯乙烯收率轉(zhuǎn)化率x選擇性以單位時間為基準(zhǔn)進(jìn)行計算。繪出轉(zhuǎn)化率和收率隨溫度變化的曲線，并解釋和分析實驗結(jié)果。五結(jié)果與

39、討論對以上的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別將轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率對反應(yīng)溫度作圖，找出最適宜的反應(yīng)溫度區(qū)域，并對所得得實驗結(jié)果進(jìn)行討論。（包括曲線圖趨勢得合理性、誤差分析、成敗原因等）。六、思考題1.乙苯脫氫反應(yīng)中對于等溫式反應(yīng)器與絕熱式反應(yīng)器，它們的催化劑床層反應(yīng)溫度分布情況如何，本實驗裝置的溫度差在哪里？2.進(jìn)行反應(yīng)物料衡算，需要一些什么數(shù)據(jù)，已有的數(shù)據(jù)如何來進(jìn)行處理？3.為什么乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)需要控制適宜溫度？ 七附錄1、符號說明298K下標(biāo)準(zhǔn)熱焓，KJ/mol； KP，Kn平衡常數(shù)；nii組分的摩爾分?jǐn)?shù)； P總壓力，Pa；R氣體常數(shù)； T溫度，K；反應(yīng)前后摩爾數(shù)變化； 原料的轉(zhuǎn)化率%；2.

40、色譜儀使用方法實驗采用雙氣路恒溫型熱導(dǎo)檢測器氣相色譜儀進(jìn)行乙苯及其反應(yīng)后的產(chǎn)物分析。色譜條件如下：色譜柱：6201載葵二酸二異辛酯 填充柱：3mm，長2m載氣：柱前壓：0.05Mpa 橋流：120mA氣化器：150 柱溫：120檢測器：120質(zhì)量校正因子： 苯：1.000 甲苯：0.8539 乙苯：1.006 苯乙烯：1.032 乙苯密度：0.867g/ml3、 阿貝折光儀測定產(chǎn)品中油相的折光指數(shù)與苯乙烯含量組成表。七、預(yù)習(xí)要求7.1 以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備圖或流程圖繪圖方法，利用AutoCAD繪制實驗裝置圖（或流程圖）實驗四 催化劑成型實驗一、實驗?zāi)康?了解催化劑制備的一般方法；2了解催化劑成型的一般方

41、法；3掌握催化劑的擠出成型原理及方法。4了解影響成型催化劑的機(jī)械性能的因素。二、實驗原理2 .1催化劑的一般制備方法2.1.1 浸漬法將含有活性組分（或連同助催化劑組分）的液態(tài)（或氣態(tài)）物質(zhì)浸載在固態(tài)載體表面上。此法的優(yōu)點為：可使用外形與尺寸合乎要求的載體，省去催化劑成型工序；可選擇合適的載體，為催化劑提供所需的宏觀結(jié)構(gòu)特性，包括比表面、孔半徑、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等；負(fù)載組分僅僅分布在載體表面上，利用率高，用量少，成本低。廣泛用于負(fù)載型催化劑的制備，尤其適用于低含量貴金屬催化劑。影響浸漬效果的因素有浸漬溶液本身的性質(zhì)、載體的結(jié)構(gòu)、浸漬過程的操作條件等。浸漬方法有：超孔容浸漬法,浸漬溶液體積超過

42、載體微孔能容納的體積,常在弱吸附的情況下使用；等孔容浸漬法，浸漬溶液與載體有效微孔容積相等，無多余廢液，可省略過濾，便于控制負(fù)載量和連續(xù)操作；多次浸漬法，浸漬、干燥、煅燒反復(fù)進(jìn)行多次，直至負(fù)載量足夠為止，適用于浸載組分的溶解度不大的情況，也可用來依次浸載若干組分，以回避組分間的競爭吸附；流化噴灑浸漬法，浸漬溶液直接噴灑到反應(yīng)器中處在流化狀態(tài)的載體顆粒上，制備完畢可直接轉(zhuǎn)入使用,無需專用的催化劑制備設(shè)備;蒸氣相浸漬法，借助浸漬化合物的揮發(fā)性，以蒸氣相的形式將它負(fù)載到載體表面上，但活性組分容易流失，必須在使用過程中隨時補充。2.1.2 沉淀法用淀劑將可溶性的催化劑組分轉(zhuǎn)化為難溶或不溶化合物，經(jīng)分離

43、、洗滌、干燥、煅燒、成型或還原等工序，制得成品催化劑。廣泛用于高含量的非貴金屬、金屬氧化物、金屬鹽催化劑或催化劑載體。沉淀法有：共沉淀法,將催化劑所需的兩個或兩個以上的組分同時沉淀的一種方法。其特點是一次操作可以同時得到幾個組分，而且各個組分的分布比較均勻。如果組分之間形成固體溶液，那么分散度更為理想。為了避免各個組分的分步沉淀,各金屬鹽的濃度、沉淀劑的濃度、介質(zhì)的pH值及其他條件都須滿足各個組分一起沉淀的要求。均勻沉淀法,首先使待沉淀溶液與沉淀劑母體充分混合，造成一個十分均勻的體系，然后調(diào)節(jié)溫度，逐漸提高pH值，或在體系中逐漸生成沉淀劑等，創(chuàng)造形成沉淀的條件，使沉淀緩慢地進(jìn)行，以制取顆粒十分

44、均勻而比較純凈的固體。例如，在鋁鹽溶液中加入尿素，混合均勻后加熱升溫至90100,此時體系中各處的尿素同時水解，放出OH-離子：于是氫氧化鋁沉淀可在整個體系中均勻地形成。超均勻沉淀法,以緩沖劑將兩種反應(yīng)物暫時隔開，然后迅速混合，在瞬間內(nèi)使整個體系在各處同時形成一個均勻的過飽和溶液，可使沉淀顆粒大小一致，組分分布均勻。苯選擇加氫的鎳氧化硅催化劑的制法是：在沉淀槽中，底部裝入硅酸鈉溶液，中層隔以硝酸鈉緩沖劑，上層放置酸化硝酸鎳，然后驟然攪拌，靜置一段時間，便析出超均勻的沉淀物。浸漬沉淀法,在浸漬法的基礎(chǔ)上輔以均勻沉淀法，即在浸漬液中預(yù)先配入沉淀劑母體，待浸漬操作完成后加熱升溫，使待沉淀組分沉積在載

45、體表面上。2.1.3 混合法 多組分催化劑在壓片、擠條等成型之前,一般都要經(jīng)歷這一步驟。此法設(shè)備簡單，操作方便，產(chǎn)品化學(xué)組成穩(wěn)定，可用于制備高含量的多組分催化劑，尤其是混合氧化物催化劑，但此法分散度較低?；旌峡稍谌魏蝺上嚅g進(jìn)行，可以是液-固混合(濕式混合)，也可以是固-固混合（干式混合）?；旌系哪康模阂皇谴龠M(jìn)物料間的均勻分布，提高分散度；二是產(chǎn)生新的物理性質(zhì)(塑性)，便于成型，并提高機(jī)械強(qiáng)度?；旌戏ǖ谋∪醐h(huán)節(jié)是多相體系混合和增塑的程度。固-固顆粒的混合不能達(dá)到象兩種流體那樣的完全混合，只有整體的均勻性而無局部的均勻性。為了改善混合的均勻性，增加催化劑的表面積，提高丸粒的機(jī)械穩(wěn)定性，可在固體混合

46、物料中加入表面活性劑。由于固體粉末在同表面活性劑溶液的相互作用下增強(qiáng)了物質(zhì)交換過程，可以獲得分布均勻的高分散催化劑。2.1.4 滾涂法將活性組分粘漿置于可搖動的容器中，無孔載體小球布于其上，經(jīng)過一段時間的滾動，活性組分便逐漸粘附在載體表面。為了提高涂布效果，有時還要添加粘結(jié)劑。由于活性組分容易剝離，滾涂法已不常用。2.1.5 離子交換法此法用離子交換劑作載體，以反離子的形式引入活性組分，制備高分散、大表面的負(fù)載型金屬或金屬離子催化劑，尤其適用于低含量、高利用率的貴金屬催化劑制備，也是均相催化劑多相化和沸石分子篩改性的常用方法。2.1.6 熱熔融法 借高溫條件將催化劑的各個組分熔合成為均勻分布的

47、混合體、氧化物固體溶液或合金固體溶液，以制取特殊性能的催化劑。一些需要高溫熔煉的催化劑都用這種方法。主要用于氨合成熔鐵催化劑、費-托合成催化劑、蘭尼骨架催化劑等的制備。熔煉溫度、環(huán)境氣氛、冷卻速度或退火溫度對產(chǎn)品質(zhì)量都有影響。固體溶液必須在高溫下才能形成，熔煉溫度顯得特別重要。提高熔煉溫度，還能降低熔漿的粘度，加快組分間的擴(kuò)散。采用快速冷卻工藝，讓熔漿在短時間內(nèi)迅速淬冷，一方面可以防止分步結(jié)晶，維持既得的均勻性；另一方面可以產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，得到晶粒細(xì)小的產(chǎn)品。退火溫度對合金的相組成影響較大, 例如,在Ni-Al合金中NiAl3和Ni2Al3的組成與退火溫度有關(guān),提高溫度會增加Ni2Al3的含量。瀝

48、濾（溶出）Ni-Al合金中的Al組分時，堿液的濃度、浸溶時間、浸溶溫度對骨架鎳的粒子大小、孔結(jié)構(gòu)、比表面、催化活性均有影響。2.1.7錨定法均相催化劑的多相化在20世紀(jì)60年代開始引人注目。這是因為均相絡(luò)合物催化劑的基礎(chǔ)研究有了新的進(jìn)展，其中有些催化劑的活性、選擇性很好，但由于分離、回收、再生工序繁瑣，難于應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中去。因此，如何把可溶性的金屬絡(luò)合物變?yōu)楣腆w催化劑，成為當(dāng)務(wù)之急。絡(luò)合物催化劑一旦實現(xiàn)了載體化，就有可能兼?zhèn)渚啻呋瘎┖投嘞啻呋瘎┑拈L處，避免它們各自的不足。錨定法是將活性組分（比做船）通過化學(xué)鍵合方式（比做錨）定位在載體表面（比做港）上。此法多以有機(jī)高分子、離子交換樹脂或無機(jī)

49、物為載體，負(fù)載銠、鈀、鉑、鈷、鎳等過渡金屬絡(luò)合物。能與過渡金屬絡(luò)合物化學(xué)鍵合的載體的表面上有某些功能團(tuán)（或經(jīng)化學(xué)處理后接上功能團(tuán)）,例如X、-CH2X、-OH等基團(tuán)。將這類載體與膦、胂或胺反應(yīng)，使之膦化、胂化、胺化。再利用這些引上載體表面的磷、砷、氮原子的孤對電子與絡(luò)合物中心金屬離子進(jìn)行配位絡(luò)合，可以制得化學(xué)鍵合的固相化催化劑。如果在載體表面上連接兩個或多個活性基團(tuán)，制成多功能固相化催化劑，則在一個催化劑裝置中可以完成多步合成。2.1.8 其他方法1.微乳液法微乳液技術(shù)是一種全新的技術(shù)，它是由Hoar和Schulman于1943年發(fā)現(xiàn)的，并于1959年將油-水-表面活性劑-助表面活性劑形成的均

50、相體系正式定名為微乳液（microemulsion）根據(jù)表面活性劑性質(zhì)和微乳液組成的不同，微乳液可呈現(xiàn)為水包油和油包水兩種類型。特點：微乳液是熱力學(xué)穩(wěn)定體系；尺寸在10-100nm之間；透明或半透明2.溶膠-凝膠（sol-gel）法膠體（colloid）是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1-1000nm之間。凝膠（Gel）是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1%-3%之間。實

51、例：boehmite溶膠將1M仲丁醇鋁的仲丁醇溶液滴入溫度高于80的去離子水中進(jìn)行水解，生成boehmite沉淀，加入適量1.6M 硝酸，使沉淀膠溶，經(jīng)老化形成穩(wěn)定的溶膠。3.超臨界技術(shù)超臨界：物質(zhì)處于臨界溫度和臨界壓力之上的狀態(tài)。超臨界態(tài)兼有固體和液體的性質(zhì)。用于干燥、萃取、氣凝膠制備。2.2 催化劑成型技術(shù)催化劑的幾何外形和幾何尺寸，對流體阻力、氣流速度、床層溫度梯度分布、濃度梯度分布等都有影響。為了充分發(fā)揮它的催化潛力，應(yīng)當(dāng)選擇最優(yōu)的外形和尺寸，這就需要選擇最合適的成型方法。能形成凝膠的物質(zhì)，可以制成微球或小球；塑性較好的粘漿或粉末容易擠條或壓片；有延展性的金屬或合金有時編織成絲網(wǎng)。對于

52、一個工業(yè)多相催化劑來說,必須具備以下幾個方面的性能：(1）活性好；(2)選擇性高；(3)活性穩(wěn)定,壽命長；(4)適宜的物化性質(zhì)（孔體積、孔徑、孔徑 分布及比表面等）；(5)必要的強(qiáng)度（壓碎強(qiáng)度、磨損強(qiáng)度）；(6)適當(dāng)?shù)男螤睿交蛄６确植迹?以上催化劑使用性能的每一項都與催化劑的成型方法有關(guān)。2.2.1噴霧成型將配置好的溶膠或懸浮液壓過高壓（約100千克力厘米2）噴頭，在干燥塔內(nèi)噴霧分散，經(jīng)熱風(fēng)干燥后成為微球狀干凝膠，粒度范圍30200微米。2.2.2油柱成型 將原料溶液分為兩路，按一定的流速比例打入低壓（幾千克力厘米2）噴頭,在噴頭內(nèi)迅速混合并形成溶膠，離開噴頭后以小液滴狀態(tài)分散在溫?zé)岬妮p油或變壓器油柱中，幾秒內(nèi)凝結(jié)成水凝膠，干品呈微球或小球狀，微球粒度70800微米,小球粒度25毫米。噴霧成型和油柱成型所得的產(chǎn)品，形狀規(guī)則，表面光滑，機(jī)械強(qiáng)度良好。微球催化劑用于沸騰床反應(yīng)器，小球催化劑用于固定床或移動床反應(yīng)器。硅膠、鋁膠、硅鋁膠、分子