工业催化剂开发与设计原理第一章绪论.ppt

1858年，有机化学家凯库勒认为，催化剂的作用是使反应物微粒互相接近，削弱了反应物自身原子间的结合力。 格林（B. Green）提出催化剂起着反应物微粒载体的作用。 J·墨尔塞（J·Mercer）则把催化作用看成弱化学亲合力的表现。总之，在这个时期内，发现了一些催化现象，提出了催化作用概念，但，对其本质还十分模糊不清，因而催化作用的定义尚存在一些问题。 * * * * * * * * 1.1.4 催化裂化 石油炼制中，裂化过程使较大烃分子裂解为较小的分子 1936年，酸洗天然粘土 → 无定形氧化硅-氧化铝 50-60年代，Mobil Corp. 含有八面沸石的裂化催化剂 在美国收支平衡上每年可节省： 4亿桶原油 80亿美元 再提高1%的汽油选择性则每年再节省4亿多美元 （1990年数据） * * * * 1.1.5 UOP公司烷基化催化剂 二战，不列颠之战：1940.07.10-10.31，英国皇家空军击败德国空军英军损失战机912架，德国损失1733架 英国皇家空军主力战机：喷火式战斗机 * * 催化剂的胜利 关键：英国空军以辛烷值100的燃料代替辛烷值87的燃料，使英国空军的飞机爆发加速能力提高50%,在海平面和在3048米高度的时速分别增加了40公里和55公里。 H2SO4 → HF → AlCl3 → 固体酸 ？ 催化剂 * * 辛烷值 辛烷值是衡量汽油在汽缸内抗爆震燃烧能力的一种数字指标，其值高表示抗爆性好。汽油在汽缸中正常燃烧时火焰传播速度为10-20米/秒，在爆震燃烧时可 达1500-2000米/秒，后者条件下使气缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，机件受损。 不同化学结构的烃类，具有不同的抗爆震能力。异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）的抗爆性能较好，辛烷值设定为100；正庚烷的抗爆性差，辛烷值设定为0。 汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，按标准条件，在实验室单缸汽油机上用对比法进行的。调节标准燃料组成的比例，使标准燃料产生的爆震强度与试样相同，此时标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。 马达法辛烷值，研究法辛烷值，道路法辛烷值 * * 1.1.6 固定化酶催化剂 固定化酶是指经过一定改造后被限制在一定的空间内，能模拟体内酶的作用方式，并可反复连续地进行有效催化反应的酶。固定化酶又称固相酶。在理论研究上，固定化酶可以作为探讨酶在体内作用的模型；在实际使用中，固定化酶可使生产工艺自动化和连续化，提高酶的使用效率。 * * 葡萄糖异构酶 用一种特殊的聚合物将陶瓷和葡萄糖异构酶粘合，1磅（453.6g）涂覆了催化剂的陶瓷，在酶失活以前，平均能够生产14.25吨果糖。有时达18吨。 淀粉 葡萄糖 转化糖(42%果糖+58%葡萄糖) 水解 水解 异构酶 * * 酶的作用同样是降低反应活化能 * * 1.1.7 医药 帕金森氏症 左旋-二羟基苯丙氨酸(Levodopa ) 右旋-二羟基苯丙氨酸 一般合成，两种形式等量生成，分离成本昂贵 1974年，孟山都公司选择催化合成L-多巴工业化成功 无 效 * * 1.2 催化发展的历史 萌芽 奠基 大发展 更新换代 …… * * 萌芽时期（20世纪以前） 1740年,英国,J.沃德,燃烧硫磺和硝石制硫酸 1746年,英国J.罗巴克,铅室反应器，氧化氮,气态催化剂，利用催化技术从事工业规模生产的开端 1831年,P.菲利普斯获得二氧化硫在铂上氧化成三氧化硫的英国专利 1875年,德国人E.雅各布,第一座生产发烟硫酸的接触法装置，铂催化剂，工业催化剂的先驱 * * 奠基时期（20世纪初） 金属催化剂，分散提高活性 制造技术：沉淀、浸渍、熔融 催化剂载体受到重视 1925年H.S.泰勒，活性中心理论 * * 金属催化剂 镍，油脂加氢制取硬化油 1913年，铁，合成氨 1923年，钴，一氧化碳加氢制烃 1925年，骨架镍，专利 催化剂的材质从铂扩大到铁、钴、镍等较便宜的金属 * * 氧化物催化剂 铂催化剂易被原料气中的砷中毒 曼海姆装置，氧化铁 + 铂 1913年，负载型钒氧化物催化剂，抗毒，寿命长 * * 液态催化剂 1919年，新泽西标准油公司，硫酸，丙烯水合制异丙醇 1930年，联合碳化物公司，乙烯水合制乙醇 这类液态催化剂均为简单的化学品 * * 大发展时期（20世纪30~60年代） 二战，战略物资的需要 液体燃料的大量需要，促进催化剂生产规模扩大和技术进步 移动床和流化床反应器，催化剂成型 合成材料及其单体，催化剂品种增多 * * 工业催化剂生产规模的扩大 费托合成，合成气制烃 钴/硅藻土负载型催化剂