bải giảng kỹ thuật xúc tác

ẹAậC TNH CAC
CHAT XUC TAC
RAẫN







Đặc trưng chung
Chọn xúc tác theo yêu cầu thực tế
 Tính chất hóa học đáp ứng cho
quá trình.
 Đặc tính vật lý:
–
–
–
–
–
–
–

đại lượng bề mặt
độ xốp
kích thước mao quản
kích thước hạt
độ bền của cấu trúc
khả năng dẫn nhiệt
sự ổn đònh ở điều kiện phản ứng


Tăng tốc độ phản ứng  bề mặt riêng tăng 
kích thước mao quản giảm  ảnh hưởng đến sự
khuếch tán.


Hoạt độ xúc tác
Cường độ làm việc của xúc tác
được đặc trưng bằng đại lượng I
I = VcuốiCspρ sp hay I = VđCđρ sp χ β
trong đó:
Vcuối, Vđ - tốc độ thể tích qua và vào lớp
xúc tác
Cđ, Csp - nồng độ chất đầu và sản phẩm
khi vào và ra khỏi lớp xúc tác (% thể
tích)
χ - độ chuyển hóa
ρ sp - tỉ khối sản phẩm tinh khiết (kg/m3);
β - hệ số chuyển tốc độ đầu thành cuối


Tính chọn lọc




Nâng cao hiệu suất thu sản phẩm
chính
Kết hợp khống chế các thông số
của chế độ kỹ thuật

Nhiệt độ mồi








Nhiệt độ mồi (nhiệt độ hoạt hóa) là nhiệt
độ thấp nhất xúc tác bắt đầu có hoạt độ
cần thiết cho công nghiệp
Giảm nhiệt độ mồi  tiết kiệm nhiên liệu
đun nóng hỗn hợp phản ứng, nâng cao hiệu
suất chuyển hóa sản phẩm
Cho khí nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ mồi
vào lớp xúc tác tầng cố đònh  mất tự
cấp nhiệt, lớp xúc tác bò lạnh  ngừng
làm việc
Nhiệt độ mồi được xác đònh bởi:
–
–
–

hoạt tính của xúc tác
bản chất và các nồng độ của chất tham gia phản ứng
Quá trình (đoạn nhiệt, tỏa nhiệt)

Độ bền cơ học





chòu tác động của áp suất làm
việc
mài mòn của dòng khí
chòu lực nén của các lớp xúc tác
bên trên


Sự bền nhiệt



nhiệt độ quá trình làm việc
nhiệt độ hoạt hóa


Sự bền nhiệt


Nhiệt độ cao: có thể xảy ra quá
trình tái kết tinh  tạo ra các tinh
thể lớn không hoạt động xúc
tác, phá hủy cấu trúc hạt, làm
giảm bề mặt riêng, thiêu kết 

giảm hoạt tính xúc tác.


Sự bền nhiệt


Hệ số dẫn nhiệt:

khả
năng san bằng nhiệt độ trong lớp
xúc tác, tránh quá nhiệt cục bộ
(tái kết tinh, hay thiêu kết cục bộ
 làm giảm hoạt tính xúc tác)
–

Hệ số này có tác dụng trong các trường hợp: phản ứng tỏa
nhiệt, thu nhiệt, quá trình hoạt hóa


Beàn vôùi chaát ñoäc


Giá thành
Giá cả của chất xúc tác
khác biệt nhau khá lớn:
–

Pt: đắt;

–

Vanadi, Cr, Fe, alumosilicat, zeolite: rẻ

–

Tối ưu: hiệu suất chuyển hóa, giá thành xúc tác, năng suất
thiết bò, hiệu quả kỹ thuật


Thành phần chất
xúc tác




Xúc tác: hỗn hợp nhiều thành
phần khác nhau  nâng cao hiệu
quả và thích hợp cho mục đích
sử dụng
Tác dụng của hỗn hợp:
– tăng bề mặt hoạt động
– độ bền của xúc tác
– chống lại sự tái kết tinh các tinh thể,
kết khối
– đònh hướng tối ưu các phân tử bề mặt


Thaứnh phan chaỏt
xuực taực

Thaứnh phan chaỏt
xuực taực


Thành phần chất
xúc tác

Chất kích động
(promoter)



chất phụ gia
không có tính chất xúc tác
làm tăng hoạt tính xúc tác lên



tỉ lệ sử dụng: vài phần trăm





Thành phần chất
xúc tác

Tác dụng của chất kích
động (promoter)



tăng tính bền nhiệt của khối tiếp
xúc  chống sự giảm bề mặt
trong quá trình làm việc (Tnóng chảy
của phụ gia cao hơn T nóng chảy của
chất xúc tác)


Thành phần chất
xúc tác

Tác dụng của chất kích
động (promoter)


Phân tử chất phụ gia  tăng
thêm số khiếm khuyết ở mạng
tinh thể chất xúc tác  tăng hoạt
độ



Tăng bề mặt giữa các tinh thể 
tăng sự xúc tác.


Thành phần chất
xúc tác

Tác dụng của chất kích
động (promoter)


Khi xảy ra đồng thời một số phản
ứng, chất phụ gia có thể làm
đầu độc phần bề mặt có khả
năng gây ra phản ứng không
mong muốn (phản ứng phụ) 
tăng tính chọn lọc.


Thành phần chất
xúc tác

Chất tăng cường
(accelerator)







Giữ hoạt tính của xúc tác do ngăn
cản các tác dụng làm giảm hoạt tính
Chất tăng cường có thể là một loại
dung môi, mà trong môi trường của
nó cân bằng được chuyển theo hướng
cần thiết, làm dễ dàng điều hòa

nhiệt độ.
Cản trở sự đầu độc xúc tác.
Ngăn cản phản ứng phụ không có
lợi, làm tăng tính chọn lọc của xúc
tác.


Thành phần chất
xúc tác

Các chất mang (carier)






không hoạt động xúc tác
làm nền cho xúc tác kết
tủa lên
có tính bền cơ
có độ xốp lớn làm tăng
bề mặt hoạt động xúc
tác (tăng bề mặt hoạt
hóa có khả năng làm
giảm sự nhạy của xúc
tác với chất độc)