毕业论文-催化剂挤出整型后处理设备.doc

摘要 I 摘要 I 摘要 催化技术对化工行业的发展和经济效益的提高有着至关重要的作用 催化 剂是影响化学反应的重要媒介物 是开发许多化工产品生产的关键 工业催化 剂中 最常用的是固体催化剂 挤条成型也是一种最常用的催化剂成型方法 本课题研究的是催化剂挤出整形后处理设备 催化剂挤出整形后处理是指要设 计催化剂物料经过挤条机挤出后 被挤出的条形物料通过直条机被拉直 被切 断到切条成为催化剂短条 通过摆条机摆条 目的是为了使切好条的催化剂短 条能够整齐的 有规则的进入切粒机中切粒从而成为催化剂成品颗粒这一过程 过程中主要包括的机械部分是可调速直条机机械系统和以及切粒机机械系统 本科题着重对直条机机械系统进行详细设计 保证挤条机挤出物料后条形物料 能够规则切粒 摘要 II Abstract The catalyzed technology has the very important function to chemical industry development and the economic efficiency enhancement The catalyst is affects the chemical reaction the important intermedium is develops many chemical product production the key In the industry catalyst most commonly used is the solid catalyst Pushes the strip formation also is one most commonly used shaping of catalyst method This topic research is the catalyst squeezes out the reshaping post processing equipment The catalyst squeezes out the reshaping post processing is the purport design catalyst material squeezes out after the banded extruder the linearity material which squeezes out through the bar straightener is pulled straight is shut off to cuts the strip to become the catalyst billets thus through suspends the strip machine to suspend the strip the goal is in order to cause to cut the strip the catalyst billets to be able neat to have the rule to enter cuts the grain machine to cut the grain to become catalyst end product pellet this process In the process mainly includes the machine part is may modulate velocity the bar straightener mechanical system and as well as cuts a grain of machine mechanical system The undergraduate course topic emphatically carries on the detailed design to the bar straightener mechanical system After guaranteed the banded extruder squeezes out the material the linearity material to be able the rule to cut the grain 目录 III 目录 摘要摘要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 目录目录 IIIIII 第一章第一章 引言引言 1 1 1 1 课题研究背景 1 1 1 1 催化剂的重要性 1 1 1 2 催化剂工业的现状 3 1 1 3 催化剂工业的发展前景 4 1 2 课题的研究内容 6 1 3 课题的研究意义 6 第二章第二章 固体催化剂制造及成型固体催化剂制造及成型 8 8 2 1 固体催化剂的制造方法 8 2 2 催化剂成型的重要性 10 2 3 固体催化剂的常见成型方法 11 2 3 1 压片成型 11 2 3 2 挤条成型 12 2 3 3 油中成型 13 2 3 4 喷雾成型 13 2 3 5 转动成型 14 2 4 挤条机的工作原理 15 第三章第三章 设备工作原理及存在问题设备工作原理及存在问题 1717 3 1 机械设备的工作原理 17 3 2 直条机机械系统存在的问题及解决方案 17 3 2 1 存在的问题 17 3 2 2 问题的解决方案 18 第四章第四章 直条机构的设计直条机构的设计 1919 4 1 传送带 19 4 2 滚筒 19 4 3 电动机 19 4 4 架板 20 4 5 轴承挂板和轴承座板 20 4 6 紧带轴以及带座轴承 21 目录 IV 论文总结论文总结 2222 致谢致谢 2323 参考文献参考文献 2424 第一章 引言 1 第一章 引言 1 1 课题研究背景 1 1 1 催化剂的重要性 随着化学工业的发展 催化剂的研究和使用已成为广大化学工作者普遍关 心的间题 值得指出的是 虽然催化剂这一名词人们井不陌生 但对催化剂的 功效 特点 作用机理和合理应用等方面的问题可能并非人所共知 本节简要 地介绍催化剂的一般情况 从全球看来 进入 21 世纪以后催化技术对化工行业的发展和经济效益的 提高有着至关重要的作用 例如 新反应过程的开发 新工艺过程的开发 新 产品的开发 清洁生产技术的开发以及企业经济效益的优化等 而新型催化剂 正日益广泛和深入地渗透于石油炼制工业 化学工业 高分子材料工业 生物 化学工业 食品工业 医药工业以及环境保护产业的绝大部分工艺过程中 起 着举足轻重的作用 催化剂是影响化学反应的重要媒介物 是开发许多化工产品生产的关键 以生产化工产品位目的的化学工业 是一个高技术多品种的复杂产业 据新近 统计 化学物质的种类正呈指数倍增加 现在已达到一千万种左右 其中大部 分是近 20 年发现和合成的 与能源 材料和信息相关的产业 是当代社会最 大和最基本的三大支柱产业 石油化学工业与其中能源和材料产业密切相关 与一个国家综合国力的强弱以及人民生活水平的高低关系甚大 在现在化学工 业和石油加工工业 食品工业及其他一些工业部门中 广泛地使用着催化剂 据估计 现代燃料工业和化学工业的生产 80 以上采用催化过程 新开发的 产品中 采用催化的比例高于传统产品 有机产品生产中的比例又高于无机产 品 据估计 20 世纪 70 年代末 全球催化剂销售额仅约十亿美元 而到 1990 第一章 引言 2 年 已达到 60 亿美元 表 1 1 和表 1 2 是相关的统计数据 表 1 1 世界历年催化剂销售额 年份 销售额 亿 美元 年份 销售额 亿 美元 年份 销售额 亿 美元 1975 1980 1982 1984 8 192 11 9 23 4 27 39 1985 1987 1988 1989 25 08 40 50 约 50 约 50 1990 1991 1992 1995 59 84 56 49 56 70 78 表 1 2 世界历年催化剂估计耗用量 耗用量 万 t a 年份 炼油化工小计 1983 1985 1988 1990 29 66 29 5 39 36 37 7 8 4 23 4 7 9 30 6 38 06 52 9 47 3 68 3 目前世界生产催化剂的主要大型企业约 100 多家 主要分布在欧美国家 无论就催化剂的产量和与其相关产品的数量相比 或者就催化剂的产值和与其 相关产出品的产值现比 催化剂本身的比例都很小 因此 工业催化剂是小产 量而高附加产值的特殊精细化学品 据 1984 年的统计数据 美国当年石油炼 制和石油化工两大类催化剂的销售总额为 13 3 亿美元 而对应的两大类石油 化工产品 绝大多数是通过催化过程生产的 其销售总额为 2590 亿美元 换 第一章 引言 3 言之 相当于 1 美元催化剂能产出的价值 195 美元产品 可见催化剂有可观的 直接经济效益 再者 许多重要的石油化工过程 不用催化剂时 其化学反应速度非常缓 慢 或者根本无法进行工业生产 采用催化方法可以加速化学反应 广辟自然 资源 促进技术革新 大幅度地降低产品成本 提高产品质量 并且合成用其 他方法不能得到的产品 因此 催化剂在工业中对提高其间接经济效益的作用 更大 随着世界工业的发展 保护人类赖以生存的大气 水源和土壤 防止环境 污染是一项刻不容缓的任务 这就要求尽快地改造引起环境污染的现有工艺 并研究无污染物排出的新工艺 以及大力开发有效治理废渣 废水和废气污染 的过程和催化剂 在这方面 催化剂也越来越起着重要的作用 具有极大的社 会效益 并且还将对人类社会的可持续发展做出重大的贡献 总之 可以说 没有催化剂就没有近代的化学工业 催化剂是化学工业的 基石 催化剂对化学工业乃至整个国计民生有着重要的作用 1 1 2 催化剂工业的现状 近些年来 催化剂工业随着化学工业的发展而兴起 使得催化剂这个名字 在人们的影响中不断的加深 人们对催化剂的了解也是越来越多 因为催化剂 逐步成为了一个不可或缺的元素 逐步渗透到各行各业 在社会的各个领域发 挥着作用 所以 催化剂的生产制造就有着极其重要的现实意义 作为一门前沿新学科 催化剂工程是以催化剂的开发设计与研制 催化剂 的制备技术与评价测试 催化剂的选用与反应器的工程协调等工程问题为其研 究对象 催化剂工程立足与经典的催化剂科学和化学动力学 化学反应工程学 计 算机应用化学及表面物理化学等多学科的交界面上 是数理化技术科学互相渗 透 互相补充而又互相融合的新产物 催化剂着被是催化剂工程研究的重要内容之一 尤其在知识经济时代 新 第一章 引言 4 技术与心裁了的大量涌现 创新是科技进步的不竭动力 只有催化剂制备技术 的创新 才能促进催化剂创新 也才能创造出更大的效益 催化剂开发的目的是要生产出一种可以付诸应用的性能良好 能大规模工 业化生产的新的催化剂 随着开发工作起点的不同 所包括工作程序的繁简也 各异 一个全新催化剂的开发 应该从催化剂的设计人手 经过制备 测试 评价等备方面多专业的工作 还要在完成实验室研究之后 进行中试和扩大成 产业化生产 可见这是个工程庞大 花费时间长 耗费巨资的系统工程 在这 里的关键间题是催化剂的设计 即首先是怎样去设计一种优良的前所未有的新 催化剂 另一类情况是对已经实现工业化的倡化过程 由于它的某些特性如活性 选择性 强度 寿命以及对毒物的敏感性等有不如人意之处 需要对此催化过 程加以改进 这种情况比起开发全新的催化剂要简单些 开发工作是在原有基 础上的改型换代 但是 无论上述哪一类开发工作都需要先进行设计 以便少 走弯路 取得较好的经济效果 只不过设计的起点不同 1 1 3 催化剂工业的发展前景 回顾 20 世纪 80 年代末对催化剂制备技术的要求 主要集中在高催化活性 高选择性 寿命 强度 开车投产 制备可重复 加工步骤合适 生产成本等 方面 但是 到 90 年代末 对催化剂制备技术的要求 服从全球性目标 对 进入 21 世纪的要求 确认催化科学和人类的保健 食物供应 能源和新材料 四个方面密切有关 集中强调要为全球经济增长和可持续发展的目标努力 突 出的是 环境经济问题 对催化剂今后的具体发展要求如下 催化剂生产过程经济上的改进 要求催化剂表面上有均匀的活性位 对活 性位更容易进行化学处理和热处理 同一催化剂窗层具有多重功能 环境保护 考虑用惰性固体替代副食性或易挥发的催化剂 保护大气环境 提高催化剂的选择性 减少不必要的副产物 催化剂具有疏水性 不易造成污 第一章 引言 5 染源 在精细化工产品生产中更广泛地采用固体催化剂 降低生产成本 使用酶 催化技术 采用对立体结构化合物有选择的催化剂 更好地组合催化剂在化工生产工艺中的作用 包括使用沸石和开发各种新 型催化剂 以上说明总体上对催化剂研究 开发 制备和生产提出了更高要求 催化剂制备技术的演变 一定程度上取决于工业化学反应器的发展和更新 回顾 20 世纪最后一二十年内工业化学反应器的发展和更新 近一二十年来 光催化 电催化 声催化 生物催化等一系列新颖的催化技术和新材料相继问 世 多种催化方式的组合应用技术应运而生 有些组合催化系统已经在实际环 保中发挥着巨大的作用 但绝大多数的技术还在研究开发之中 一 光催化作用及应用 光催化反应是光化学反应与催化反应的融合 它是在光和催化剂同时存在 时才进行的反应 由于反应吸收光子能量 其反应速度比单纯的催化反应更快 近来 多相光催化在环保领域内广泛应用 例如 光催化治理重金属离子污水 光催化氧化纺织染料污水 TiCh 催化降解有机化合物 o32 的光催化固定是较 吸引人的课题 这是对自然界绿色植物光合作用的人工模拟过程 co2 的光催 化固定可解决地球由 o32 引起的温室效应 可作为此催化剂的物质有半导体如 TiCh 及一些配合物催化剂和光电催化剂等 但目前固定效果还不理想 二 电催化作用及应用 电催化是使电极 电解质界面上的电荷转移加速反应的一种催化作用 电 极催化剂的范围仅限于金属和半导体等的电性材料 电催化研究较多的有骨架 镍 硼化镍 碳化钨 钠钨青铜 尖晶石型与钨态矿型的半导体氧化物 以及各种 金属化物及酞菁一类的催化剂 主要应用于有机污水的电催化处理 含铬废水 的 电催化降解 烟道气及原料煤的电解脱硫 电催化同时脱除 NOx 和 S02 二氧 化碳的电解还原 第一章 引言 6 三 光电催化及其应用光电催化反应可看成是同时具有光催化 电催化 特点的反应 它既是光催化的特例 也是电催化的特例 光电催化是在为开发 一种可以利用太阳能以获得清洁能源氢的光电化学电池而迅速发展起来的 例 如 K Ogura 等人利用 N 型 Ti0 光电极将 co2 还原成甲醇的反应是在埃佛立 特 Everitt 盐 K2Fe Fe CN 6 普鲁士蓝存在下进行的 总之 催化剂工业在我国乃至全球都有着长足的发展 这是社会发展的需 要 催化剂这个名词也正不知不觉的深入到我们生活的各个角落 逐步被人们 所熟悉 大力发展催化剂工业在现在和将来都很有前景 1 2 课题的研究内容 本课题研究的是催化剂挤出整形后处理设备 催化剂挤出整形后处理是指 要设计催化剂物料经过挤条机挤出后 被挤出的条形物料通过直条机被拉直 被切断到切条成为催化剂短条 通过摆条机摆条 目的是为了使切好条的催化 剂短条能够整齐的 有规则的进入切粒机中切粒从而成为催化剂成品颗粒这过 程 过程中主要包括的机械部分是可调速直条机机械系统和以及切粒机机械系 统 本科题着重对直条机机械系统进行详细设计 保证挤条机挤出物料后条形 物料能够规则切粒 1 3 课题的研究意义 随着催化剂的工业的快速发展 生产制造催化剂所创造的直接经济效益和 间接经济效益都相当高 生产催化剂的利润是非常可观 而且随着现在新型催 化剂的开发和投产 使得催化剂的用途也越来越广 几乎所有的化工工业的生 产都涉及到了催化剂 可是催化剂不仅在化工产业中所起的作用越来越大 甚 至在保护环境 治理废渣 废水 废气等环境问题上 都能对人类社会的可持 续发展做出重大贡献 所以催化剂的工业化生产具有广阔的发展空间 目前过内外有很多企业都做催化剂这方面的开发 从事催化剂 主要是指 固体催化剂 生产制备工艺 而关于这方面生产制备技术日趋也成熟 而随着 第一章 引言 7 我国从事催化剂生产开发人员的努力 在国内有很多催化剂制备工艺已经赶上 了国外先进水平 但在催化剂的成型技术领域 国内外的企业都存在着或多或 少的不足的地方 有的是生产成本偏高 有的成型方法本身导致生产率不高 还有是生产过程中的自动化程度不够高而引起的生产率较低 作为在催化剂成 型领域应用最广泛的也是最常见的挤条成型 它有着其他成型方法所不能达到 的优点 成型机能力大 设备费用低 这就意味着挤条成型法是比其它方法成 本更低的成型方法 但是目前国内大多数固体催化剂生产厂家采用的成型方法 却不是以挤条成型为主 因为在挤条成型催化剂挤出成型后的处理加工上 所 需要的机械设备还不够成熟 不是自动化程度太低 提高了成本 降低了生产 效率 导致催化剂不能够大规模生产 就是设备太过简单 产品达不到生产使 用要求 所以 能够设计出合理的催化剂挤出整形后处理设备 适当的提高生 产自动化程度 减少人工生产 可以降低成本提高催化剂生产效率 这在催化 剂的成型工业上将会有很大前景 第一章 引言 8 第二章 固体催化剂制造及成型 8 第二章 固体催化剂制造及成型 2 1 固体催化剂的制造方法 工业催化剂中 最常用的是固体催化剂 在催化剂工业中所用的原料包括 周期表中列举的大部分元素及其化合物 主要是涉及过渡元素及其化合物及硅 铝化合物等 此外 还有某些矿物 如从钒钛磁铁矿制造五氧化二钒 原料经 物理的 化学的加工 制成具有特定的化学组成 物理结构以及一定尺寸 形 状 圆柱形 球形 片形 环形 异形 无定形等 的颗粒 才具有特定的催 化性能 根据工业反应器不同结构和操 作条件的要求 颗粒的当量直径由数 十毫米至数微米不等 均相催化剂 如含有金属离子的溶液 一般都在使用现 场配制 催化剂制造的主要特点是工艺和设备的多变性 催化剂的性能 催化活性 催化剂选择性 催化剂寿命等 对用户的经济效益有重大的影响 因而各催化 过程所用催化剂更换频繁 这迫使催化剂制造工厂经常调整设备和工艺条件 目前 工业用催化剂有数百种 一些著名的催化剂厂通常有十多条生产线 能 制造数十种催化剂 大部分设备布置在钢结构的多层平台上 以便于在制造工 艺改变时调整各单元操作设备 或不同生产线的设备交叉组合 催化剂制造工 艺的多变性 是其他化工产品生产中少见的 制造催化剂所用设备的材质是重 要的 由于设备腐蚀污染物料 往往会严重影响产品的质量 对制造过程要加以 严格控制 以保证对制造结果的重复性 制造方法 制造催化剂的每一种方法 实际上都是由一系列的操作单元组 合而成 为了方便 人们把其中关键而具特色的操作单元的名称定为制造方法 的名称 传统的方法有机械混合法 沉淀法 浸渍法 溶液蒸干法 热熔融法 浸溶法 沥滤法 离子交换法等 近十年来发展的新方法有化学键合法 纤 维化法等 机械混合法 将两种以上的物质加入混合设备内混合 此法简单易行 例 第二章 固体催化剂制造及成型 9 如转化 吸收型脱硫剂的制造 是将活性组分 如二氧化锰 氧化锌 碳酸锌 与少量粘结剂 如氧化镁 氧化钙 的粉料计量连续加入一个可调节转速和倾斜 度的转盘中 同时喷入计量的水 粉料滚动混合粘结 形成均匀直径的球体 此 球体再经干燥 焙烧即为成品 乙苯脱氢制苯乙烯的 Fe Cr K O 催化剂 是由 氧化铁 铬酸钾等固体粉末混合压片成型 焙烧制成的 利用此法时应重视粉 料的粒度和物理性质 沉淀法 此法用于制造要求分散度高并含有一种或多种金属氧化物的催化 剂 在制造多组分催化剂时 适宜的沉淀条件对于保证产物组成的均匀性和制 造优质催化剂非常重要 通常的方法是在一种或多种金属盐溶液中加入沉淀剂 如碳酸钠 氢氧化钙 经沉淀 洗涤 过滤 干燥 成型 焙烧 或活化 即得最终产品 如果在沉淀桶内放入不溶物质 如硅藻土 使金属氧化物或 碳酸盐附着在此不溶物质上沉淀 则称为附着沉淀法 沉淀法需要高效的过滤 洗涤设备 以节约水 避免漏料损失 浸渍法 将具有高孔隙率的载体 如硅藻土 氧化铝 活性炭等 浸入含 有一种或多种金属离子的溶液中 保持一定的温度 溶液进入载体的孔隙中 将载体沥干 经干燥 煅烧 载体内表面上即附着一层所需的固态金属氧化物 或其盐类 浸渍法可使催化活性组分高度分散 并均匀分布在载体表面上 在催 化过程中得到充分利用 制备含贵金属 如铂 金 锇 铱等 的催化剂常用 此法 其金属含量通常在 1 以下 制备价格较贵的镍系 钴系催化剂也常用 此法 其所用载体多数已成型 故载体的形状即催化剂的形状 另有一种方法 是将球状载体装入可调速的转鼓内 然后喷入含活性组分的溶液或浆料 使之 浸入载体中 或涂覆于载体表面 喷雾蒸干法 用于制颗粒直径为数十微米至数百微米的流化床用催化剂 如间二甲苯流化床氨化氧化制间二甲腈催化剂的制造 先将给定浓度和体积的 偏钒酸盐和铬盐水溶液充分混合 再与定量新制的硅凝胶混合 泵入喷雾干燥器 内 经喷头雾化后 水分在热气流作用下蒸干 物料形成微球催化剂 从喷雾 第二章 固体催化剂制造及成型 10 干燥器底部连续引出 热熔融法 主要用于制造氨合成所用的铁催化剂 将精选磁铁矿与有关的 原料在高温下熔融 冷却 破碎 筛分 然后在反应器中还原 浸溶法 从多组分体系中 用适当的液态药剂 或水 抽去部分物质 制 成具有多孔结构的催化剂 例如骨架镍催化剂的制造 将定量的镍和铝在电炉 内熔融 熔料冷却后成为合金 将合金破碎成小颗粒 用氢氧化钠水溶液浸泡 大部分铝被溶出 生成偏铝酸钠 即形成多孔的高活性骨架镍 离子交换法 某些晶体物质 如合成沸石分子筛 的金属阳离子 如 Na 可与其他阳离子交换 将其投入含有其他金属 如稀土族元素和某些贵金属 离子的溶液中 在控制的浓度 温度 pH 条件下 使其他金属离子与 Na 进行 交换 由于离子交换反应发生在交换剂表面 可使贵金属铂 钯等以原子状态 分散在有限的交换基团上 从而得到充分利用 此法常用于制备裂化催化剂 如稀土 分子筛催化剂 发展中的新方法 化学键合法 近十年来此法大量用于制造聚合催化剂 其目的是使均相催化剂固态化 能与过渡金属络合物化学键合的载体 表面有 某些官能团 或经化学处理后接上官能团 如 X CH2X OH 基团 将这类载 体与膦 胂或胺反应 使之膦化 胂化或胺化 然后利用表面上磷 砷或氮原 子的孤电子对与过渡金属络合物中心金属离子进行配位络合 即可制得化学键 合的固相催化剂 如丙烯本体液相聚合用的载体 齐格勒 纳塔催化剂的制 造 纤维化法 用于含贵金属的载体催化剂的制造 如将硼硅酸盐拉制成玻 璃纤维丝 用浓盐酸溶液腐蚀 变成多孔玻璃纤维载体 再用氯铂酸溶液浸渍 使其载以铂组分 根据实用情况 将纤维催化剂压制成各种形状和所需的紧密 程度 如用于汽车排气氧化的催化剂 可压紧在一个短的圆管内 如果不是氧 化过程 也可用碳纤维 纤维催化剂的制造工艺较复杂 成本高 2 2 催化剂成型的重要性 固体催化剂相对地讲容易制备 反应物流经填充或悬浮在反应器内的催化 第二章 固体催化剂制造及成型 11 剂床层 容易满足工艺研究的需要 容易控制 产品质量能符合工业生产的要 求 而催化剂的形状和成型工艺在很大程度上影响着催化剂的使用性能 固体 催化剂是要以不同颗粒形状在催化反应器中使用的 早期的催化剂不注意形状 往往仅仅将大块物质破碎 然后筛分出粒度不均 形状不规则的颗粒使用 因 形状不定 使用时气流分布很不均匀 催化反应受到影响 而筛分出的小颗粒 及粉末物质无法利用披抛弃 因而造成很大浪费 随着对催化剂使用性能要求 的不断提高 及成型技术的迅速发展 催化剂的形状要求逐渐与使用性能一致 了 市售的固体催化至少是均匀颗粒或微球状的 以便均匀地填充到工业反应 器中 因而成型便成了催化剂制造中的一个重要工序 催化剂的形状和成型工 艺在很大程度上影响着催化剂的使用性能 沸腾床等使用的小颗位或微粒催化 剂 一般只关心催化剂的粒径和粒径分布间厄 不太注重催化剂的形状 其实 并不是不需要调节催化剂形状 只是缺少必要的成型手段 随着成型技术的发 展 粒径大于 4 5 微米 的固定床催化剂形状丰富多样起来 由早闪无定形 和球形为主而发展到圆柱形 条形 环形 片形 蜂窝形 内外卤轮形 三叶 草形和菊花形等多种形状 催化剂的形状与使用性能越来越密切 催化剂的形 状 尺寸及表面粗糙度都会影响催化剂的活性 选择性和强度 气流阻力等性 能 最主要是影响活性 床层压力降和传热 催化剂的活性与其表面积关系极 大 为此只要催化剂机械强度和压降允许 应尽量提高催化剂的表面利用旱 单位体积反应器内容纳的催化剂外表面积越大 则催化活性越高 生产效率越 高 2 3 固体催化剂的常见成型方法 2 3 1 压片成型 压片成型是目前广泛采用的一种成型方法 它应用于由沉淀法得到的粉末 中间体的成型 粉末催化剂或粉末催化剂与水泥等胶黏剂的混合物的混合法成 型 也适于浸渍法用载体的预成型 本法一般压制圆柱状 拉西环状的常规形 状催化剂片剂 也有用于齿轮状等异形片剂成型的 第二章 固体催化剂制造及成型 12 压片成型法制得的产品具有颗粒形状一致 大小均匀 表面光滑 机械强 度高等特点 其产品适用于高压 高流速的固定床反应器 其主要缺点是生产 能力较低 设备较复杂 直径 3mm 以下的片剂 特别是拉西环 不易制造 成 品率低 冲头 冲模磨损大 因而成型费用较高等 压片成型在催化剂制备中 是一步较为关键和复杂的步骤 有许多因素会影响成品的质量和生产效率 如 模具的材质 加工精度 粉料的组成和性质 成型压力与压缩比 预压条件等 等 在实际生产中往往要经过许多必要的条件试验和多年的实际操作经验积累 之后 才能使某种具体的催化剂压片工艺达到比较完善的程度 成型压力对催化剂性能的影响是各种因素中影响最大的 成型压力提高 在一定范围内 催化剂的抗压强度随之提高 因为压力使催化剂更加密实 但 超过此范围 强度增势渐趋平缓 使用过高成型压力 非但不能继续提高强度 在经济上反而是个浪费 一般催化剂压片成型时 会发生孔结构和比表面积的 变化 通常是比表面积 单位质量催化剂的内外表面积合什 m2 g 1勺随成型 压力的提高而逐渐变小 并在出现极小值之后再回升 回升的原因在于高压使 密实后的粒子重新破碎为更小微粒 成型压力提高 一般催化剂的平均孔径和 总孔体积会有所降低 而不同孔径的分布也会变得更为平均化 孔径分布均化 的原因在于过高的压力可能 弥合 若干最细的内孔道 并同时破坏最大的粗 孔 成型压力对某些催化剂的橘性和稳定性有影响 这除了由于上述种种物理 结构变化可能会影响到催化剂活性等化学性质的这一层因素而外 有时还应考 虑到 在成型压力和骤然的摩擦升温下 催化剂组分间的化学结构有变化的可 能 2 3 2 挤条成型 挤条成型也是一种最常用的催化剂成型方法 其工艺和设备与塑料管材的 生产相似 它主要用干塑性好的泥状物料如铝胶 硅藻土 盐类和氢氧化物的 成型 当成型原料为粉状时 需在原料中加入适当的胶黏剂 井碾压捏合 制 成塑性良好的泥料 为了获得满意的黏着性能和润湿性能 混合常在轮碾中进 行 其薄膜胶黏剂一般是水 此外 可根据物料的性质选用表面张力适当的乙 第二章 固体催化剂制造及成型 13 醇 磷酸溶液 稀硝酸 聚乙烯醇 也可加入其他胶黏剂 如水泥 硅溶肢等 挤条成型是利用活塞或螺旋杆迫使泥状物料从具有一定直径的塑模 多孔 板 挤出 并切割成几乎等长 等径的条形圆往体 或环柱体 蜂窝形断面柱 体等 其强度决定于物料的可塑性和胶黏剂的种类及加入量 本法产品与压 片成型品相比 其强度一般较低 必要时 成型后可辅以烧结补强 挤条成型 的优点是成型机能力大 设备费用低 对干可塑性很强的物料来说 这是一种 较为方便的成型方法 对干下适于压制成型的 1 2mm 的小颗粒 采用挤条成 型更为有利 尤其在生产低压 低流速所用催化剂时较适用 2 3 3 油中成型 油中成型常用于生产高纯度氧化铝球 微球硅胶和硅酸铝球等 例如 先将一定 PH 值及浓度的硅溶胶或铝溶胶喷滴入加热了的矿物油柱 中 由于表面张力的作用 溶胶滴迅速收缩成珠 形成球状的凝胶 常用的油 类是相对密度小于溶胶的液体烃类矿物油 如煤油 轻油 轴润滑油等 得到 的球形凝胶经油冷硬化 再水洗干燥 并在一定的温度下加热处理 以消除干 燥引起的应力 最后制得球状硅胶或铝胶 微球的粒度为 50 500nm 小球的 粒度为 2 5mm 表面光滑 有良好的机械强度 2 3 4 喷雾成型 喷雾成型是应用喷雾干燥的原埋 利用类似奶粉生产的干燥设备 将 悬浮液或膏糊状物料制成微球形催化剂 通常采用雾化器将溶液分散为雾状液 滴 在热风中干燥而获得粉状成品 目前 很多流化床用催化剂大多利用这种 方法制备 喷雾法的主要优点是 物料进行干燥的时间短 一般只需要几秒 到几十秒 由于雾化成几十徽米大小的雾滴 单位质量的表面积很大 因此水 分蒸发极快 改变操作条件 选用适当的雾化器 容易调节或控制产品的质 量指标 如颗粒直径 粒度分布等 根据要求可以将产品制成粉末状产品 第二章 固体催化剂制造及成型 14 干燥后不需要进行粉碎 从而缩短了工艺流程 客易实现自动化和改善操作条 件 2 3 5 转动成型 转动成型亦是常用的成型方法 适用于球型催化剂的成型 本法将干燥的 粉末放在口转着的倾斜 30 60 的转盘里 慢慢喷人胶黏剂 例如水 由于 毛细管吸力的作用 润湿了的局部粉末先黏结为粒度很小的颗粒 称为核 随 着转盘的继续运动 核逐渐滚动长大 成为圆球 转动成型法所得产品粒度比较均匀 形状规则 也是一种比较经济的成型 方法 适合于大规模生产 但本法产品的机械强度不高 表面比较粗糙 必要 时 可增加烧结补强及球粒抛光工序 影响转动成型催化剂质量的因素很多 主要有原料 黏合液 转盘转数和 倾斜度等 粉末颗粒愈细 成型物机械强度愈高 但粉末太细 成球困难 且 粉尘大 结合液的表面张力愈大 成型体的机械强度愈高 在成球过程中如恰 当地控制整个球体湿度均匀 必须控制结 合液的喷射量 喷射量小 成球时间相对比较长 且造成球体内外湿度不均匀 喷射量大 球体湿度大 易形成 多胞 现象 破坏了成型过程 使成球因难 球的粒度与转盘的转数 深度 倾斜度有关 加大转数和倾斜度 粒度下 降 转盘愈深 粒度愈大 为了使造球顺利进行 最好加人少量预先制备的核 在造球过程中也可以 用制备好的核来调节成型操作 成品中夹杂的少量碎料及不符合要求的大 小 球 经粉碎后 也可以作为核 送回转盘而回收再用 用于转动成型的设备结构基本相同 典型的设备有转盘式造粒机 囱咸球 盘 词节转盘角度的操纵机构及调速电动机三大部分组成 它有一个顿斜的转盘 其上放置粉状原料 成型时 转盘旋转 同时在盘 上方通过喷嘴喷入适量水分 或者放人含适量水分的物料 核 在转盘中的 第二章 固体催化剂制造及成型 15 粉料由于摩擦力及离心力的作用 时而被升举到转盘上方 以借重力作用而滚 落到转盘下方 这样通过不断转动 粉料 之间互相动附起来 产生一种类似滚雪球的效应 不断地滚动而长大 最后成 为球形颗粒 球的大小一方面由喷淋水量控制 另一方面可由操纵机构调节成 球盘与水平线的角度 从而调节球在旋转盘上的停留时间来控制 较大的四球 粒子摩擦系数小 浮在表面滚动 当球长大到一定尺寸 就从盘边溢出 变为 成品 2 4 挤条机的工作原理 催化剂不管是哪种外形 其生产工艺多半是把经过充分捏合的物料 在挤 条设备中挤成条状物料 再根据不同的需要 进行切粒 整形造粒或造球等后 工序 由此可见 挤条机在催化剂成型生产中占有着极其重要位置 是一种必 不可少的成型生产设备 挤条成型的工艺过程一般是在卧式圆筒形容器中进行 大致可以分成原料 的输送 压缩 挤出三个步骤 首先 料斗把物料送入圆筒 在压缩阶段 物 料受到活塞推进或螺旋挤压的力量而受到压缩 并向塑模推进 之后 物料经 多孔板挤出而成条状 原料应为粒度均匀的细粉末 经过润湿 成为均一的胶泥状物 以便于成 型 有硬粒的混合均匀的物料常因粒子堵塞多孔过滤网而迫使挤条无法进行 水的加入量与粒度结构及原料粒子孔隙度元关 粉末颗粒愈细 水 胶黏 剂 加入量愈多 物料愈易流动 愈容易成型 但胶捻剂量过大 使挤出的条 形状不易保持 因此 要使浆状物固定 并具有足够的保持形状的能力 就应 选择适当的胶黏剂加入量 另外也要考虑到挤条成型后的干燥操作 胶黏剂含 量愈多 干燥后收缩愈大 干燥后的水合氧化铝粉等适于加硝酸或磷酸捏合 这种酸化后形成的胶状物就可以作为胶黏剂 如果物料的塑性适宜的话 捏合 后的物料也可以直接挤条 不加胶黏剂 水合氧化铝粉末中粒子的大小必须有 适当的比例 一般要严格控制物料的筛分规格 如果都是粗粒子 加酸胶化困 第二章 固体催化剂制造及成型 16 难 成型后强度不好 如果都是微小的晶体粒子或胶体粒子 则原料干粉制备 中的洗涤又相当困难 为了使物料挤条成型 最重要的是挤条设备能连续而均匀地向物料施加 足够的压力 比较简单的挤条装置是活塞式 注射式 挤条机 这种装置能使 物料在压力的作用下 强制穿过一个或数个孔板 最常见的挤条成型装置是螺旋挤条机 单螺杆 其结构示意于图 1 1 这种设备广泛用于陶瓷 电瓷厂的练泥工序与催化剂的挤条成型工序 如图 1 1 第二章 固体催化剂制造及成型 17 第三章 设备工作原理及存在问题 17 第三章 设备工作原理及存在问题 3 1 机械设备的工作原理 课题所设计的设备是催化剂经过挤条机挤出后 对条形催化剂进行传送 切条 摆条以及切粒而使其成为成品的这一系列过程中需要用到的机械设备 其工作原理如下 催化剂物料经过挤条机的孔板挤出后 便沿着传送带向前传送 由于传送 带可以调速 把传送带的挤出速度调的稍快于催化剂挤出速度 即 v1 v2 这 样就能够保证催化剂在传送带上稳定的保持较好直度的移动 而传送带本身分 为两部分 前部分是水平传送 前半部分的尾部按装了气动切断装置 即气动 切断刀 在水平部分的尾部将条形催化剂切成短条 而传送带的后一部分是 可以调整倾斜角度的倾斜带 这是为了保证已经被切断的催化剂短条能都顺利 的滑落到摆条机上 而摆条机严格意义上讲也是一种传送装置 只不过它用的 传送带是带槽的带 它的作用通过槽带是把切好条的短条催化剂调整位置排列 整齐 由于摆条机用的带是槽带 所以当催化剂短条由直条机传送带到了摆条 机的槽带上后 催化剂短条就可以在摆条机的槽带排列整齐 这样的话在催化 剂短条从摆条机到切粒机过程中 可以准确的落位 保证均匀的切粒 催化剂 经过切粒机切粒后 成为成品 3 2 直条机机械系统存在的问题及解决方案 3 2 1 存在的问题 在固体催化剂成型过程中 有一系列问题是由于催化剂本身的性质所决定 的 难以避免 这就需要在生产设备的设计上加以优化 处理好这些问题 在催化剂挤条过程中 由于挤条机中催化剂泥料的分布不均匀 所以就不 能等速度的通过孔板 再者 固体催化剂物料塑性比较好 但是硬度不高 经 第三章 设备工作原理及存在问题 18 过挤条机挤条后 在没有外力的情况下 条形物料在传送过程中很容易变形 不能够保持较好的直度 这样就影响了后面的切条工序不能正常进行 不能保 证条形物料在切条时能够被切成等长的短条 在条形物料经切条以后 固体催化剂被切成了短条 在短条从传送带到摆 条机这一过程中 由于催化剂物料的性质 塑性比较好 但是硬度不高 而且 在传送带的催化剂很容易有位置上的移动 这样的话就提高了自动化机械设备 的设计难度 用机械手的话 很难掌握力度和准度 目前国内的催化剂生产厂 家都是靠人工从传送带上把催化剂短条摆在摆条机的槽带上 但是人工的使用 多少势必使生产效率有不同程度的降低 所以这也是成型过程中的一个重要难 题 3 2 2 问题的解决方案 针对以上这几点 本课题在直条机机构中设计了可调速传送机构 用来解 决这些问题 传送机构如图所示 经挤条机挤出的条形催化剂物料在没有外力的情况下 条形物料在传送过 程中很容易变形 不能够保持较好的直度 这样的话就必须施加一个外力使条 形物料保持直度 而可调速传送机构中的传送带因为用了调速电机做动力 所 以可以调整传送带的传送速度 如果把带速调到比挤出机的挤出稍快点 而且 传送带也是顺着条形物料的挤出方向移动 那么在条形催化剂物料和传送带之 间就会产生一个摩擦力 这个摩擦力也是指向带的移动方向的 那么条形催化 剂物料会因为带的正向摩擦力而被拉直 不会产生弯曲的状况 从而也就解决 了条形物料因催化剂本身性质不能稳定传送的问题 而对于已经切条完成的催化剂短条 需要人工摆放到摆条机上面从而影响 生产速度的问题 这个可调速传送机构也可以解决 因为整个传送带被设计成 是角度可调的 传送带一部分是水平的 一部分是可调节的倾斜面 这样有利 于经过切条以后的催化剂短条顺利的滑到摆条机的槽带上 从而减少了人工从 传送带上把催化剂短条摆放到摆条机上 提高了工作效率 问题也得以解决 第四章 直条机构的设计 19 第四章 直条机构的设计 4 1 传送带 传送带是为了利用摩擦力将计出的条形催化剂拉直 由于本设计所用的挤 条机构规格比较小 同时只能够计出五条催化剂 所以传送带的宽度不用太宽 初步定为 200mm 左右 4 2 滚筒 滚筒的设计是通过焊连接 把滚筒和短轴焊在一