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下面主要给大家介绍一下

几种典型的工业催化剂的成型方法

首先来看一下在实验室里面

大多数人进入实验室研究

经常用到的一种成型方法就是压片法

压片法是因为催化剂反应器里面

一般都需要固定的尺寸形状

大到工业催化剂

流化床是用球形的

固定床用条形的

当然有些 还有一种蜂窝型的催化剂

汽车尾气里面

这些形状都会影响到催化剂的

工业上的活性 选择性 强度 还有阻力和传热的影响

这是因为在工业的催化反应里面

强调的是可能会存在外扩散的影响

甚至有时候内扩散的影响

这个时候为了减缓内扩散阻力

就要从催化剂的形状上进行考量

或者是这个反应是外扩散控制

这个时候可能比较愿意做成那种只是在表面分散的

固定床一般采用条形的载体

把活性组分浸渍在外面进行负载就可以了

蛋壳型和蛋白型的催化剂

上面讲的这些都是工业催化剂的成型过程

为什么说首先会给大家讲催化剂的成型方法 压片工艺

是因为在催化剂的实验室基础研究过程中

首先想知道催化剂

排除完内外扩散的时候催化剂本征的活性 选择性

要知道如果要筛选 现在筛选催化剂

在反应器里面排除内扩散外扩散的阻力

不同类型的催化剂或者不同负载量的催化剂

要排除这些作用

首先要保证它的形状 大小要均一

实验室一般做的方法就是把催化剂颗粒

原粉或者是原粉和粘结剂结合

进行搅拌均匀或者研磨均匀 再压片 采用压片的工艺

形成一定的颗粒形状

就是我们说的压片

再把它破碎进行过筛得到均一的粒径

大多数同学进入实验室涉及到催化剂成型

基本上都会用到这个压片的工艺

压片工艺实际上是很简单的

在实验室里面是很简单的操作

一般采用一种机械的压片机 有个模具

模具里面会加入一定量的粉末

可以是催化剂的原粉也可以是原粉和的粘接剂在一起

如果是催化剂原粉和粘贴剂

一定要混合均匀以后再放到的模具里面

通过的手动的摇杆 保持挤压

在催化剂成形过程中固定的承受的压力

还有压片时间

这种操作有个缺点 实验室看来很简单

但是在工业上会发现这种操作

实际上生产能力是非常低

因为要把它压片后要把片取出来再把粉末装进去

就是反复的操作过程

还有个缺点是因为是在一定的压力下

机械的把的粉末变成 由粉末型的变成块状的

一般来说它有非常重要的显著特征

就是比表面积和孔结构

会随着压力的变化发生显著变化

整体来说随着压力增大是变小的

而且还取决于这种压片工艺

还取决于粉末本身之间的作用力

比如前面讲的不同的作用力

不同作用力之间

如果成型能力比较弱

可能压力所需 压力就越高

但是压力可能太高的时候

反而颗粒会被破坏的时候

这就造成了催化剂的压片工艺

在大多数的情况下 工业生产过程中很少考虑

特别是要牺牲比表面积和孔结构

这里只是给大家强调一点

虽然工业上这种压片的催化剂用的比较少

特别是能源化工领域

这种压片的催化剂可能在精细的化工反应里面可能会用到

因为考虑到实验室的研究中

大多数同学用的都是这种压片工艺来得到

均匀的二次颗粒

二次颗粒来做作为催化剂的评价

要求大家是一定要注意

催化剂粉末的成片 机械强度 表面积受压力影响

要求每次实验的时候一定要保证压片的

装填量 还有压片的压力 还有时间一定要一致

这样才能实现催化剂评价的可重复性

这个是大家在实验室研究的过程中需要注意的内容

接下来给大家介绍一下

在能源化工里面用的非常多的反应器

流化床的要求的催化剂的成型的方法

流化床 一般要求是比较细小的 比如微米级的颗粒

这里给大家举的是DMTO

甲醇制烯烃或是二甲醚制烯烃的催化剂

大概是在1微米左右的晶粒尺寸

怎么把这样的催化剂原粉

做成颗粒尺寸

一般采用的方法就是喷雾干燥或喷雾成型的方法

喷雾干燥 喷雾成型的方法原理应该是非常简单

可以把流化床的工艺引进来

就是在顶端配制浆液罐

这浆液是把催化剂的原粉

还有一部分的溶剂或者水

还有的粘贴剂

放在一起搅拌均匀 搅拌完以后

有个喷嘴喷射

在喷射过程中 旁边引入鼓风或热空气

这样就直接产生雾化

雾化本身 经过干燥生成球

那是利用液滴自动成球的原理

就可以使得得到了不同的颗粒尺寸的催化剂球

怎么控制尺寸

主要是通过喷嘴的大小

喷嘴的大小决定了液滴的大小

浑浊溶液滴的大小

这样就能控制喷雾干燥的颗粒

这种喷雾干燥还可以通过通过重量层的方法

把不同的颗粒区分开

这样就可以实现非常高效的生产

一般来说沉淀法制备了催化剂或溶胶法制备催化剂

有时候可以接喷雾干燥工艺

直接把的老化完的产品

通过过滤洗涤完以后

再重新打浆

再通过喷雾干燥的方法就得到球形的催化剂

这是比较高效的制备方法

实际上 如果是真正去做工业催化剂

特别流化床催化剂的同学

可能以后接触就会发现喷雾成型的方法

它的工艺影响因素是是很多了

类似的流化床的工艺 有很多影响因素

特别是如何来提高机械强度

喷雾干燥催化剂用于流化床

主要是要看颗粒与颗粒之间的磨损

流化过程中颗粒是翻滚的

颗粒颗粒之间摩擦是非常严重

这就要求提高催化剂原粉和粘结剂间的强的作用力

这种作用力就是非常重要的催化剂成型过程中的

各种各样因素的考量

这里也不再过多的去介绍这些

因为在讲到催化剂溶胶凝胶法的时候讲过催化剂成型

实际上已经给大家介绍了在催化剂制备过程中

如何提高载体和粘结剂的作用力的一些方法

希望大家用那样的催化原理来思考一下工业上

很多喷雾干燥法的操作做法

比如为什么要采用特殊的配方

或是为什么要考虑到

喷雾成型的时候一般用的氧化铝载体

很少采用氧化硅

如果要采用氧化硅作为成型载体

它的难度会比氧化铝大了很多

刚刚已经给大家说了选择不同雾化器

是可以控制颗粒直径 粒径分布的

因为干燥后就是催化剂所需要的颗粒尺寸

催化剂的生产效率是大大提高了

除了采用喷雾干燥的方法能够成球

实际还有另一种方法 就是一种滚球的工艺

这种滚球的工艺

实际上可以把它想象成小时候玩过泥沙

河里拿到泥沙

开始是成球的

如果太阳光底下照射

可能成球的泥沙可能就会变成更细的颗粒

实际上滚球工艺也是类似的

正好是个相反的

就是把催化剂原粉 在里面通过滚动的圆盘

在里面喷洒液体

这样让原粉自动的去翻滚

颗粒颗粒之间的翻滚最后成球

就是表面自由能最低的原理

还可以通过滚筒的转角的角度

转数就来控制成球的颗粒尺寸

这种方法由于利用这种作用力

可以使得粒度非常均匀

但是它有个非常重要缺点就是机械强度很弱

没有很强的作用力

有时候甚至仅仅通过溶剂桥的作用力

而且它的表面是非常粗糙的状态

有时候颗粒颗粒之间

非常非常的明显可以看到一些例子

可以看到这种在工业的滚球的滚球机上面

看到在这里面放入原粉进行滚动

上面喷了溶剂或是粘结的液体

看到得到颗粒是非常粗糙的颗粒表面

滚球工艺一般来说会要求

要想考察 如何提高它那个机械强度

说滚球对粉末有非常特殊的要求 要求它非常均匀

而且如果粉末越细

它成型后机械强度会高

但是这种粉末本来成球反而是困难的

可以想一下原因

如果感兴趣可以回去做一下

就把面粉看做催化剂原粉

这种翻滚要生成球实际上是很困难的

同时加入粘结剂和水也是非常重要的关键

水加的少它很难成球或成球时间很长

加的多又会起泡 就起水泡作用

这也是滚球工艺

也是非常重要的考量

在很多时候考察粉末的尺寸 粘结剂的用量多少

还有滚筒的转速 倾斜度

这样能够达到改变不同颗粒尺寸的要求

这种成球的催化剂在传统的固定床里面

或是流化床里面要求抗磨损

实际上是不合适的

固定床也是不合适的

只在一些比较缓和的

搅拌强度不是很激烈的

固液反应或气固液反应里面

才能用到滚球的催化剂