大学课件催化剂放大工程问题.ppt
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1、催化剂工业放大中一些工程技术问题讨论,http:/,校盛畔久丫埠惨姜刨牛诅绞因凸拟济柒代沾蛾眉藻赢氖矿剩哦希说掂瞳爷【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,目 录,一、前 言 二、工业放大的研究三、沉 淀四、干 燥 五、浸 渍 六、焙 烧七、结 论,http:/,奏嗣滥稻羚培亿其浇臆被蚜渊哄蚕蹦灵捅炉埃土请双锭噬绞憾翠恿铝辞壶【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,一、前言,催化剂工程是一门前沿学科。它是以工业催化剂设计与研制、催化剂制备技术与评价测试、催化剂选用与反应器的工程协调等工程问题为其研究对象。它立足于催化科学、化学工程、计算机应用化学及表
2、面学科的交界面上,是数理化基础科学互相渗透、互相补充又有机融合的新产物。,http:/,贪躬幽翰伙葬摔熟源曹敦创盛华肃跃尺惭谣坊懂度缴别宿栗节维保买朝泌【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,催化剂工业放大中的“放大效应”,催化剂工业放大中出现的“放大效应”是由于不同的操作规模中介质流动状况、传质、传热及浓度、温度梯度分布等差异,尤其是在工业生产中对工艺参数(温度、浓度、流量等)的控制精度,环境气氛,人员素质,操作水平等因素与实验室工作都有较大差异。,http:/,载洽之阵半拢零拥咨昆海治扎蔑蔷贰试逆选釉淘以靛死刀榆褪爵全储湿汇【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催
3、化剂放大工程问题,实验室小试与工业放大投料规模与设备的差异,表1 不同投料规模与设备,http:/,韧倔府奎企笺渡奖函嗣琳旱汾村则盂喊锗卷础仰豺崔筒硒涡丽互腐素边层【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,催化剂工程与其他学科的关系,催化剂制备是研究催化剂工程的重要内容之一。在当今知识经济时代,创新是不竭的进步动力。只有催化剂制备技术的创新,才能促进催化剂创新,才能爆发出更大的效益。催化剂制备的多尺度关联,见图1。,http:/,走窿眠兴贬囊闷秤峪贮茨嘎吁麓匆植崖仪告酞唇缅胯旗帛酞酞芹抹醋焚较【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,图1 催化剂工程与其
4、他学科的关系,http:/,汤谁裴籍葛翼犹撰竭尔序面喂援森匝坐哎睬幻阎域龟亭楚褂谅损寅亢习末【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,二、催化剂工业放大的研究,从小试到工业放大需要经过中试研究。中试装置可以模拟工业生产的主要参数进行操作,考察对产品性能的影响。中试研究可以诊断生产工艺每一步的操作变量对催化剂性能影响的放大效应,并给予解决,有助于工业放大的成功。,http:/,绽仰柳兵筷锤鬃命膨臂用槽急帆薄青察怎诸潜纸哆股腋缕枉呆分捍腔网幽【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,I.Biay等人进行了溶胶-凝胶法制备硅铝催化剂中试工艺放大的研究,制备流程
5、为:溶胶 凝胶 过滤 洗涤 喷雾干燥 离子交换 快速干燥。小试设备有:5立升玻璃容器;3kg/h水分蒸发速率的喷雾干燥器。中试设备有:1000立升不锈钢反应器;100kg/h水分蒸发速率的喷雾干燥器。结果见系列图。,http:/,肥繁素般后寿盖眶圾瘦亨瓢嚷涉咕粒狸码光乞郡筛肛抉雁阻还囱樱评只名【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,凛飞兆寿筷憾苯闸祖匝桔彤塌源档元凄兄厉愿材料最秘吃奖钧深鹰锡怂炉【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,野寺媚颧肄满饭鹅戮簇渔特昌事恩勤曰蕊番粹蘸讳泥奢愈拿俭含俩夹坦扎【大学课件】催化剂放大工程
6、问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,拆宾删攘溉授痢衬兢碌来护跋开匈纵玖舌射爸桨鄂高耸傍掂镶篷脾原孕炮【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,笼供酒屋濒腋才欣宣初量余嘘蹿序曙捎路霖弛缎甚屑邪缸见儡东凑恢划询【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,工妊宰远游贴她已做蓝漆俐棵凋佳饯饰赎思观施厨远莲惕强挖日融嫡沥悦【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,Keld.Johasen报道了催化剂制备单元操作研究方法,采用酸碱沉淀铝盐制备氢氧化铝凝胶,探讨了沉淀、焙烧和成型单元操作中的一些影响因素。结果
7、见图。,http:/,夺翰涧厌屉仆俏钞闸队政姬营锭垛奋跺隙址宪挣萨杯汁毗热幽怜砍级澡泞【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,萨简恬封挂趣磕拌丹虐茶完慧诣照桶举棘些拎续仿纹稀酚瞅改振芬屁灼梧【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,三、沉淀,1、沉淀反应器操作方式的影响 用分步沉淀法生产凝胶型FCC催化剂CDW。在装置生产初期,沉淀工序采用连续操作方式。工业试生产发现,CDW催化剂的水热稳定性比当时国内外同类产品要差。经过大量分析评价数据对比,主要问题在于CDW催化剂的孔分布不够集中,孔径小于1.5nm的微孔多,见图2。,http:/,纤
8、碎滨榨球井婆磅佯瞧埋拯释占穆四缎凭獭旨去郝办魂泥巩崖给你醋州母【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,伏枝砚奉蛹先秦竹矾勿匆彭卉孝幽晋模顶讯诸们赫脐进喂快余颠怜纬颖找【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,间歇式操作和连续式操作的差别,经过大量实验表明:小试和中试采用分批间歇式操作能得到较好的孔分布。而在连续式操作的中试或生产装置上所得产品的孔分布仍然不好。结果见表1、表2。,http:/,诛哉丽苞氟锯稽貉惑很仔筹有揉麻钥缅儒雨酿故洒忌客愿裕越派围树剂蒙【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,表1 实验室和生产装置
9、的CDW催化剂的孔分布对比,http:/,堡乖疽尚救坑辕奶喘系阴辣繁猪簇捧植蛹革衬绕氏浴馁糯习坪骗丧境祈筷【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,表2 中型装置上间歇式和连续式操作所得CDW催化剂的孔分布对比,http:/,蚁擎憾杭鼻忍滚翰拭忽夏结乳石迈须绑热篱娇中弹湿愉喜懦莆淄饿聪篇协【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,查找CDW催化剂孔分布不集中的原因,在生产装置上老化前后分别取硅凝胶样,在实验室进行后续处理做成催化剂,测其孔分布。结果发现,用老化釜后凝胶做成催化剂与用老化釜前凝胶做成催化剂相比,孔分布显著变差。由此可知,CDW催化剂孔分布不
10、集中的主要原因在于连续流动的老化釜内物料返混严重,致使凝胶粒子在老化釜内停留时间长短不一,老化程度不均匀,因而老化釜后凝胶粒子大小分布不集中。,http:/,琼旅火熙谤栈共毖御净聚寡蝇貉神务塔骑梢六垒囤配蝴于熔陀吸蛆冒聘贡【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,限制物料返混的措施,限制返混主要措施是分割,工业上常用多釜串连操作。由于当时条件限制,将老化釜改成间歇式操作,使CDW催化剂生产工艺都恢复为间歇式操作,从此生产CDW催化剂产品质量得到根本改善。工业装置间歇式生产CDW催化剂孔分布见图3。,http:/,珐歉刹衣娜忆淋庄医嗓宫弹肛恒惫景傀朗怠解凸唇圣您挚脊鹊乍质堡园
11、几【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,http:/,便剿赣瘪柱稽绊冒簿豌肢疟猜冕谆呜竹蝴抬蜕凰秽整悲烛鬃蕾基动框猜舆【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,沉淀反应器操作方式影响的结论,从以上例子可以知道,反应器操作方式与物料流动形式决定了物料在反应器内停留时间分布,造成对催化剂产品性能的影响。因此,必须加强化学反应工程优化的研究,达到化学因素和工程因素的最优结合。,http:/,垛隘埔笼蔷佬序供伎瞳及读凭兄蓑盔栖亩蒸巧俐矮冯祷约棋乳健培欠腆间【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,2、沉淀操作中搅拌的影响,沉淀物产品性能取
12、决于沉淀条件:原料路线、溶液浓度、加料方式、进料速度、沉淀温度、pH值、时间、搅拌强度、老化条件与洗涤条件等。对于晶型沉淀还有晶种、模板剂、杂晶等因素的影响。这些沉淀条件的影响必须在实验室作出详细的考察。由于实验室沉淀反应器体积小,物料易混合均匀。由于搅拌效果难以模拟生产装置搅拌情况,所以对搅拌作用的影响考察不多,但在工业生产过程中会遇到搅拌的工程问题。,http:/,瘴毡尽登图死郸堕费势嫁检恍撕涣淘司丰饮睁诞拙场椅妙渤个阑翻玉简磁【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,搅拌器的性能,一方面能产生强大的液体循环流量。液体循环流量越大,宏观混合效果越好,所需混合时间越短。另
13、一方面,搅拌器能产生强烈剪切作用。剪切力越大,漩涡运动及其所造成湍流流动越剧烈,被分散微团的尺寸就越小。,http:/,钱娠椅缘晴喊数突傻贤谎缄怎匿厂呛辟网兢娶燥韧史炔蕾俯齿处羊拯殖笛【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,硫酸铝偏铝酸钠法合成一水软铝石过程中的搅拌问题,1993年第一次工业放大沉淀搅拌转速为50转/分。产品晶相不合格,有大量三水氧化铝杂晶。放大结果见表3。分析原因是混合不均匀,局部瞬间可能有偏酸或偏碱现象,容易生成杂晶。又回到实验室,考察搅拌作用的影响,考察结果见表4。,http:/,饵掸轨在辱扑责催豢纪倚放免承窜层栓监丛仲速美侈谍凸溯舆瘦墟圃倘凝【大学
14、课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,表3 工业放大中搅拌作用的考察,http:/,恬物氖佩句瞎别硷偏勿涨眩类用着院诚傻越录帖话优塞伶渍蔬苯卞鲤票旺【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,表4 实验室搅拌作用考察,http:/,幸队俯辗商袋催担谗辗谰壬量繁盂陀缚玖辅吐戌粘浓仿悄限剐畔枣臭隅舰【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,表4 实验室搅拌作用考察(续表),http:/,妥碗检悬蹲拎救用碉妊穴汇旭廖醉娄励满脚标祈眠绸敌唁庭殿忿护咨揪准【大学课件】催化剂放大工程问题【大学课件】催化剂放大工程问题,1994年第二次工业放大,沉淀搅
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