催化剂强度的测定方法
三水锰矿 / 2021-07-30
第七节 催化剂强度的测定方法
一种成功的工业催化剂，除具有足够的活性、选得性性外，还必须具有足够的与寿命有密切关系的强度，以使用过程中的各种应力而不使破碎。首先，化剂要能经受运时的磨损其次，要能经受住向反应器里装填时落下的击，或在沸腾床时颗粒间的相互撞击，第三，催化剂必须具有是够热内聚力，不致当使用时由于反应介质的作用，发生化学变化而破碎;第四，催化剂还必须能承受气流在床层的压力降、催化剂层的重量，以及因床层和反应器的热胀冷缩所引起的相对位移等的作用。由此看来，催化剂只有在强度方面也具有上述条件，才能保证整个操作的正常运转。因此，建立和完善催化剂颗粒强度的测定方法是十分必要的。
由于催化剂在固定床和沸腾床中受到的作用力不完全相同，所以测定强度的方法也不一样。此外，催化剂在介质和高温的作用下，强度常常降低，所以本节除叙述固定床和沸腾床催化剂的强度测定方法外，还简述反应介质和温度对强度影响的测定方法。
一、固定床催化剂强度的测定
固定床催化剂可以制成片状、圆柱状、环状、管状或球状等，但规则的片状或圆柱状催化剂，应用最广泛。只有在极少数情况下采用不规则的颗粒。
固定床催化剂的强度，常以催化剂能承受的最大压力表示，超过这个压力颗粒即碎裂。对于规则的圆柱状催化剂，强度以颗粒单位横截面积上受的力表示。
测定催化剂机械强度的仪器有各式各样的结构，但原理基本相同。图3-62为结构简单的机械强度试验机。
测定时，将催化剂试样放在可以升降的平合上，转动下边的把手，样品台即以一定的速度上升。当试样与弹簧测力计的下端接触后，试样开始承受压力，承受压力的大小由压力表示出。当压力达到某一定值时，试样开始碎裂，压力表的指针突然回转，这表示側化剂的机械强度小于这个压力，比较这个力的大小，就可以得到各种化剂的相对机械强度。单个化剂颗粒的机械强度，有时可以相差很大，所以为了获得比较准确的数值，试验时需要测定足够多的颗粒，取其平均值。
二、流化床化剂强度的测定
沸腾床化剂的破碎，主要由于在沸腾床里颗粒激烈运动引起相互碰撞和擦所致。这与固定床的情况不同。
目前还没有定型的设备可以测定化剂的耐磨性。通常是模仿沸床的气流条件来测定化剂的耐磨性。试验时称取一定量的催化剂装入沸腾塔内，在塔的下部送入净化过的空气，气流速度要足够大，以使催化剂沸腾。每隔一定时间，测定化剂的损量。若装入的催化剂重量为W，在一定时间内损的重量为4W，则磨损率可以下式表示：
I=ΔW/W ·100%
磨损试验也可以在球磨机里进行。不过这时不能给出强度的特征。因为在球磨机里颗粒主要是被压碎而不是被磨碎。如采用普通的无球的振荡机，颗粒自由落下的速度不超过1米/秒，这只能提供比较温和的条件。所以只适于测定强度不大的催化剂。为了测定强度大的催化剂，有人设计离心滚磨机。滚磨机由两个相对运动的同心圆筒组成，催化剂放在两之间。外筒的直径为120毫米，转速30～300转/分，内筒的直径60毫米，转速1000~10000转/分。这种设备在测定高强度的催化剂时，可以缩短试验时间。
三、在介质和温度作用下催化强度的测定
在任何固体中都存在着内应力，对于由压挤成型的多孔催化剂更是如此。在反应介质和温度的作用下，这种内应力能降低催化剂的强度。因此应当研究反应介质和温度对催化剂强度的影响。
图3-63为研究在介质和温度作用下催化剂强度的装置。利用这种装置，可以在吸附或反应条件下测定催化剂的机械强度。试验时用电炉加热到所需要的温度然后送入吸附气体或反应混合物，隔一定时间测定催化剂的强度。测定强度时，旋紧上部的螺帽10弹簧受到压缩，弹簧将力传给压在催化剂上的钢管，于是催化剂受到压力。催化剂受到压力的大小由弹簧带动的刻度尺表示出来。
图3-64为氧化镁催化剂在395℃达到破碎时的时间与压力的关系。由图可见，在相同的时间下，当催化剂上存在异丙醇分解反应时，强度显著的低于没有催化反应时的强度。
根据上述测定，可以从两个方面来改善催化剂的强度一方面是增加催化剂中微粒接触点的数目和接触点的强度，另一方面是降低催化剂的内应力。
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