催化劑的基本性能要求--活性

 一種優良的工業催化劑，必須在反應所需的溫度、壓力、流速及停留時間等工藝條件下能長期正常運轉，有良好的機械強度以抵抗氣流沖刷而不粉化，有良好的耐熱、抗毒穩定性而保持良好的活性及選擇性。也即一種催化劑必須具備高活性、高選擇性及高穩定性等指標，才有工業實用價值。因此，在催化劑的化學組成及宏觀結構確定后，衡量該催化劑直觀和最重要的參量是催化劑的活性、選擇性及穩定性等指標。

1-5-1 活性

       催化劑的活性是指催化劑加快反應速率的一種量度。它表示催化反應速率與非催化反應速率之差。由于非催化反應速率很低而可忽略不計，故催化劑的活性即相當于催化反應速率。在給定的反應條件（溫度、壓力、空速等）下，高活性催化劑可以使生產強度增加。所以在研制開發一種新催化劑時，無論是在實驗室篩選或評價階段，或是在工業應用試驗過程中，大量的試驗工作是圍繞催化劑活性進行的。衡量催化劑的活性有多種表示方法，常用的有以下幾種。

（1）用反應速率常數r表示

反應速率常數又稱比速，是指單位濃度反應物的反應速率，反應速率方程的一般表示式是：

r=kcAacBb

式中k-反應速率常數；

cA、cB-  一反應物A、B的濃度；

a,b-反應物A、B的反應級數。

用反應速率常數表示催化劑的活性時又可分為以下兩種方法：

①用單位表面積催化劑上的反應速率常數表示，稱為表面比活性（或表面比速率常數），即：

                              (1-22)

式中ks-表面比活性；

k-反應速率常數；

S-催化劑表面積。

即表面比活性可通過測定的催化反應速率常數與催化劑表面積之比來表示。

②用單位體積催化劑上的反應速率常數表示，稱為體積比活性（或體積比速率常數），即

                             (1-23)

式中 kV- 體積比活性；

V-催化劑體積。

即體積比活性可通過測定的反應速率常數與催化劑體積之比來表示。

用反應速率常數比較活性時，要求溫度相同，而不要求反應物濃度及催化劑用量相同。但在不同催化劑上進行同一反應時，只有在所測催化劑上有相同的反應速率方程時，用速率常數比較活性大小才有意義。

（2）用時空收率表示

時空收率是指單位時間內以空間速度v0 流過催化劑的原料氣可生成某一產物的質量。常以單位時間內每單位體積（或質量）催化劑所獲得的目的產物量來表示。有時也稱時空得率或產率。

如對于反應aA→bB，產物B的時空收率為：                             (1-24)

式中 YB- -時空收率，g/(mL?h)或t/(m3?d) °

NB-一目的產物B的質量，mol；

V-催化劑體積，mL或m3；

t-反應時間，h或d。

如以標準狀態下原料氣的流量（v，）去除式（1-24）的分子及分母，就可得：

(1-25)

因為反應物的質量NA0=vr22.4, 因此，式（1-25）可寫成：

YB=NBNAO22.4×V×tvr=abNBNAB22.4abV×tvr

由于B的單程收率ZB=aNBbNAO ，因此式（1-26）又可寫成：

rV×t                        (1-27)

因為空速v0=vrV×t, ，代入式（1-27），即得到：

YB=122.4baZBv0

式（1-28）表示了反應產物的時空收率與單程收率及原料氣空速間的關系。

用時空收率表示催化劑活性具有簡單直觀的特點。但因時空收率不僅與反應速率有關，還與工藝操作條件有關。如空速增長，可使反應物在催化劑床層中的平均停留時間減少，使轉化率下降，但時空收率則不一定下降，有時還會增大，而此時催化劑的活性并未發生變化。所以，用時空收率來表示催化劑活性，有時并不十分確切。

（3）用反應速率表示

化學反應時物質的量一定發生改變。反應速率表示反應的快慢。一般以單位時間（t）內反應物消失的速率或產物生成的速率來表示。但采取的基準不同表示的形式也不同，一般采用以下幾種形式。

①以催化劑裝填體積為基準時

                        (1-29)

式中 V-催化劑裝填體積；

dNA- -在dt時間內反應物減少量；

dNB- 在dt時間內的反應產物增加量。

②以催化劑的質量為基準時

                        (1-30)

式中m-催化劑裝填質量（或重量）。

③以催化劑的表面積為基準時

                        (1-31)

      用反應速率比較催化劑的活性時，應保持反應條件相同，即必須保持反應時的溫度、壓力及反應物組成相同。工業催化劑的裝填通常以體積或質量為基準。實驗室中由于催化劑樣品較少，測量體積易帶來誤差，故也常以質量為基準。雖然用表面積為基準更能表征催化劑的催化活性，但因催化劑表面不是所有部位都有催化活性，即使兩種催化劑的化學組成及比表面積都相同，其表面上活性中心數也不一定都相同，需要考察表面上的活性中心濃度，故以表面積為基準的方法一般不常用。

（4）用轉化率表示

在多相催化反應中，當催化劑用量一定，反應物通入速率也不變時，單位時間內流經單位體積或單位質量催化劑的反應物的體積或質量，就是空間速率，即：

v0=VRV×t                             (1-32)

VR- -反應物體積；

V-催化劑體積；

t-反應時間。

空間速率的倒數是接觸時間，它表示反應物在催化劑床層停留的平均時間，常以T表示：

τ=1v0                              (1-33)

當接觸時間一定時，轉化率越大，反應速率也越快，因此可用轉化率表示催化劑的活性。設A為主要反應物，B為目的產物，則反應物A的轉化率XA 可寫成：

                         (1-34)

式中 NA- -反應后反應物A剩余的物質的量；

N-反應物A總的物質的量。

 雖然用轉化率表示催化劑活性并不確切，因反應轉化率并不和反應速率成正比，但計算簡單方便，仍為工業生產上所常用。

產品展示

產品詳情：

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10)    系統即裝即用，可兼容任意廠家氣相色譜儀，無需額外增加進樣閥門；

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