第三章化工過程開發的實驗室工作2/2/20231第二章回顧選題市場需求調研所需資料立項來源3種原則4點定性定量專門外圍一元線性回歸2/2/20232主要內容第一節概述第二節測量技術第三節催化劑研究第四節反應動力學研究方法簡介第五節標準樣品及分析方法第六節化工單元過程和化工單元操作試驗2/2/20233第一節概述（參考P37-46）一、實驗分類預實驗系統實驗實驗的進展和目的的不同實驗＝試驗？2/2/202341.預實驗為提出設想流程而進行的實驗。內容：針對可行性研究中提出的疑問或前面實驗發現的新問題來進行研究。特點：無全面規劃、定性或半定量的實驗要求：研究者必須建立明確的思路。如對化學反應過程的研究，從三個方面建立思路：2/2/20235（1）從認識對象的特征來建立思路。（2）從影響過程的因素出發來建立思路（3）從工藝的特殊條件建立思路

化學反應的特征？影響反應速率的因素？如催化反應的控制步驟等目的：目標明確、簡化實驗2/2/20236預實驗的三種形式（1）認識實驗（2）析因實驗（3）驗證實驗2/2/20237（1）認識實驗認識試驗是為了認識過程研究對象的特征和初步規律而專門設計的試驗。方法：對比實驗如考察反應的轉化率和收率的高低，考察溫度或濃度對過程影響的敏感程度，以及考察傳熱方式或傳質條件改變對過程的影響等。目的：獲得感性認識，要求研究者善于思考、分析問題。2/2/20238（2）析因實驗析因試驗是為了弄清實驗的各種影響因素而專門組織的試驗。應注意以下法則：A、注意工程因素的等效性，不必對所有的因素都逐個進行試驗；B、分清可調和不可調因素，對不可調因素一般不作考察；C、分清敏感因素和非敏感因素，對非敏感因素，一般也不作重點考察直接工程非常規2/2/20239（3）驗證（鑒別）實驗針對已形成的技術結論或設想的技術措施，判別其是與非而專門設計的試驗。采取一些簡易設備和簡便方法來進行，要求研究者要善于運用工程因素等效性的概念來合理簡化試驗過程。2/2/2023102、系統實驗系統試驗是在預試驗的基礎上迸行，它是有目的有計劃地對預試驗測定的定性結論或技術方案作系統考察．并定量測取有關設計數據。預試驗-------概念設計；系統試驗-----基礎設計。2/2/202311包括：A、實驗目的B、實驗方案C、裝置設計和建立D、實驗點的安排E、獲得數據F、數據處理2/2/202312二、實驗工作程序基本程序：規劃---實驗及記錄---分析整理---報告1.擬定實驗計劃2.實驗過程3.總結新產品？新技術對老工藝改造？認真操作、觀察現象、測數據、記錄成果、不足2/2/202313第二節測量技術一、溫度測量二、壓力測量三、流量測量2/2/202314一、溫度測量常用的測溫元件？玻璃液柱雙金屬熱電偶2/2/202315名稱測溫范圍℃優點缺點玻璃液柱溫度計酒精-80～30水銀-10～300直觀，結構簡單，穩定性好，價格低廉易碎、溫度范圍有限，安裝位置要求準確，熱響應慢雙金屬溫度計低溫型-80～80高溫型0～500直觀，堅固耐用，無汞危險性，價格低廉僅用于現場測量，需要一定浸入長度，表盤所限精度差，熱響應慢熱電偶低溫-200～40高溫0～1700測溫范圍寬，響應快安裝靈活需顯示儀表測溫元件特點2/2/202316二、壓力測量U型管液柱壓差計結構簡單、制作方便、讀數直觀、價格低廉缺點：易碎彈簧管壓力表測量范圍大，讀數精確度較差。2/2/202317三、流量測量轉子流量計皂膜流量計毛細管流量計2/2/202318第三節催化劑研究一、催化技術概況1.催化劑及性能指標（1）活性（2）選擇性（3）穩定性2/2/2023192.催化劑開發內容催化劑開發包括了催化劑的設計、制備、測試、評價等各方面多專業的工作，也包括了實驗室研究（小試）、中試以及大廠生產和使用等各個工作段在內。是一個龐大的工作體系。一般來講，即使局部更新一個已經工業化的催化劑也需要3－5年的時間，而且需要耗費大量的資金和人力。開發工作的每一步都要仔細考慮經濟因素。2/2/2023203.催化劑開發中的實驗室工作實驗室工作包括幾個部分：（1）資料準備（2）催化劑參考樣品的剖析（3）配方篩選2/2/202321資料準備通過查閱文獻做以下幾項工作:1、待開發催化劑及其相關的工藝過程的歷史及其現狀2、課題的由來和意義3、技術路線的選擇4、技術上的先進性和可行性5、經濟上的合理性2/2/202322樣品剖析ICI46-1催化劑的剖析（剖析結果）（1）外觀（2）物理性質（3）催化劑的元素組成分析（4）催化劑中某些元素的分布（5）催化劑物相組成的測定2/2/202323（6）催化劑的差熱譜圖（7）催化劑可還原性的考察（8）催化劑中活性組分鎳晶粒大小和吸附氫氣的測定（9）催化劑熱穩定性的考察（10）催化劑的活性和抗碳性能的考察推斷:高嶺土、氧化鋁、氧化鎂為載體；氧化鈣為助劑；鎳為活性組分；鋁酸鈣水泥為粘結劑；高溫處理2/2/202324二、催化劑制備方法沉淀1.單組分沉淀法

沉淀劑與一種待沉淀組分溶液作用以制備單一組分沉淀物2.多組分共沉淀法

將催化劑所需的兩種或兩種以上組分同時沉淀的一種方法3.均勻沉淀待沉淀溶液與沉淀劑母體混合均勻，調節反應條件（溫度、PH值等）使體系逐步生成沉淀劑，使沉淀進行，得到均勻純凈固體。2/2/202325浸漬將載體浸泡在含有活性組分（主、助催化劑組分）的可溶性化合物溶液中，而后除去過剩溶液，再經干燥、焙燒和活化即可離子交換法1、無機離子交換劑制備（分子篩）2、有機離子交換劑制備（離子交換樹脂）2/2/202326共混法2/2/2023272/2/202328三、催化劑評價方法微反—檢測2/2/202329微反活性測試裝置

2/2/202330第四節反應動力學研究方法簡介

（P86-92）2/2/202331動力學研究的目的和作用目的：為研究的催化劑提供數學模型，使之能夠在較大的范圍內更有把握地、更準確地反映溫度、空速、壓力等參數對反應速率、轉化率和選擇性的影響規律。作用：為催化劑設計以及催化劑反應器的設計提供科學依據。2/2/202332多相催化機理對于多相催化反應，以化學物種與催化劑的接觸開始，需要經歷一系列的物理和化學基本步驟。稱這些步驟序列為“歷程”，而包括吸附、脫附、物理傳輸和化學變化步驟在內的序列關系稱為機理。2/2/202333動力學實驗方法動力學實驗內容：主要是測取不同溫度和反應物濃度條件下的反應速率，由此確定反應活化能、反應級數和頻率因子等動力學參數。測試方法：可以在間歇操作的反應器內進行，也可以在連續操作的反應器內進行。不論哪種方法，都不能直接測出反應速率；而必須通過測試數據計算方能求得。2/2/202334反應器1.間歇反應器2.連續反應器3.脈沖式反應器2/2/2023351.間歇反應器特點：反應速率隨時間而相應下降溫度、濃度均勻2/2/2023361.間歇反應器（續）測定的數據：適用的物料體系：時間與濃度的關系（t～C）液相反應系統慢反應2/2/2023371.間歇反應器（續）優點：缺點：試驗方法簡便，測試所消耗的物料量很少。數據處理較為繁瑣，且準確程度較差。圖解微分積分How？2/2/2023382.連續反應器積分微分無梯度催化劑裝填量2/2/202339積分反應器特點：適用反應體系：催化劑床層高度大于反應器內徑2倍以上。催化劑裝填量大，反應轉化率較大；一般x＞25%連續多相催化快反應床層各個截面上，反應物的濃度不同，出口測定的反應的轉化率反應的積分結果。2/2/202340積分反應器（續）試驗數據:反應速率：2/2/2023412/2/202342優點：缺點：設備結構簡單，對分析儀器要求不高,試驗與工業生產過程相近不易恒溫，存在溫度梯度。數據處理有一定難度，誤差較大2/2/2023432/2/202344微分反應器特點：催化劑的填充量少（常在1g以下）高空速進料，控制很低的反應轉化率。2/2/202345微分反應器測定數據：反應速率：進出口轉化率2/2/202346微分反應器優點：缺點：能直接給出反應速率，數據處理簡單；催化劑床層容易維持等溫分析的精度要求高，配料困難。如果催化劑床層內出現溝流，則對反應過程的影響很大。怎樣配料？2/2/2023472/2/202348無梯度反應器特點：理想混合反應器特點？能直接測出反應速率；無配料的困難；無需控制很小的進、出口轉化率之差，測試手段也容易解決。2/2/202349無梯度反應器測定數據：反應速率：進出口轉化率2/2/2023502/2/2023512/2/202352脈沖反應器簡稱“微反”。是用一臺氣相色譜儀與一個微型管式反應器串聯。2/2/2023532/2/202354動力學實驗的流程和方法

流程與方法

動力學實驗與催化劑評價實驗在設備、裝置和流程一般是基本相同的，但做評價實驗時，改變催化劑而不改變條件，做動力學實驗則不改變催化劑2/2/202355本征、宏觀動力學

只有在排除了內外擴散因素影響的前提下，才能評價催化劑的本征活性和研究催化劑的本征動力學。機理、數模宏觀—工業生產實際2/2/202356第五節標準樣品及分析方法一、標準樣品二、分析方法和產品標準2/2/202357一、標準樣品購買自制標準樣品提純的方法：意義：定性研究反應過程、定量計算、各種評價分析純、色譜純合成、表征精餾、結晶、色譜（閃柱色譜和薄層色譜）2/2/202358二、分析方法和產品標準產品標準：是具體產品應達到的規格指標，而這種規格指標又是按一定分析方法制定的。產品的標準由開發單位提出，完善認定后形成企業、部門、國家標準。已有產品可收集權威標準如美國ASTM、德國DIN2/2/202359分析方法：首先要準確，還要快速、簡單、實用（氣譜、液譜、紫外）。包括產品、中間體2/2/202360第六節化工單元過程和化工單元操作試驗

意義：對認識過程規律、設備選型，能提出最直接的依據。反應過程與分離新技術2/2/202361MTBE催化精餾技術的開發工藝概況：C4餾分中的異丁烯與甲醇反應生成甲基叔丁基醚。可以實現C4中正丁烯與異丁烯的分離2/2/202362反應、精餾分別