Назовите основные методы проведения каталитических реакций с использованием гетерогенного катализатора?

Дайте характеристику автоклавам периодического действия?

Автоклав является представителям периодический способ проведения каталитических реакций.

Реактор должен быть загружен на 2/3 часть. Температура до 400°С, а давление до 500 атм.

Таким образом, схема метода:

 

 

Мешалка для того чтобы предотвратить диффузионное торможение.

Используется порошкообразный катализатор.

Автоклав периодического действия состоит из толстостенного стакана, выполненного из углеродистой стали и рассчитанного на давление 50ат. Внутренний диаметр аппарата 1140 мм, высота около 8500 мм, толщина стенок 36 мм. Габаритная высота аппарата с головкой и подставкой равна 9860 мм.

Автоклав закрывают крышкой (на болтах), футерованной изнутри листовым алюминием. Через крышку автоклава проходит шесть труб различного диаметра. Первая Из них служит для выполнения автоклава, вторая – для перелива избытка смеси в смеситель, третья – для отвода газов при продувке, четвертая – соединена с манометром. Две длинные трубы используются для отвода готовой кислоты и подачи кислорода.

Кислород поступает в нижнюю часть колонны через пористую керамическую перегородку и одновременно через штуцер во фланце корпуса в пространсво между корпусом автоклава и реакционным стаканом для уравновешивания давления внутри и вне реакционного стакана во избежание его разрыва.

Автоклав периодического действия запускается в следующей последовательности:

1. Приготовленная в смесителе смесь подается при непрерывном перемешивании центробежным насосом во внутренний стакан автоклава. Стакан переполняется, и избыток кислой смеси перетекает по второй трубе обратно в смеситель.

2. Затем закрывают все вентили и подают кислород, постепенно повышая давление в аппарате до 50 ат. Кислород поступает одновременно в реакцонный стакан и в рубашку автоклава

3.После того как давление в аппарате достигнет 50ат, приоткрывают продувочный вентиль для отвода газов. Поток кислорода и продувочных газов регулируют таким образом, чтобы давление в аппарате поддерживалось на одном уровне.

 

Как используется метод рентгенофазового анализа (РФА) для исследования катализаторов?

Известно, что каталитические явления происходят на поверхности катализаторов и основной интерес для катализа представляет состояние поверхности. Но прежде чем изучать состояние поверхности, необходимо знать структуру той основы, на которой происходят каталитические явления. Поэтому первые вопросы, возникающие при синтезе катализаторов или при разработке новых способов приготовления или новой технологии их приготовления, это вопросы, касающиеся продуктов взаимодействия компонентов катализатора на различных этапах приготовления, а именно, какое химическое соединение образовалось при том или ином способе приготовления, последовательность фазовых превращений при температурном воздействии, область термической и реакционной устойчивости фаз и т.д. Все эти вопросы связаны с исследованием фазового состава катализаторов на каждом этапе. Поэтому метод рентгенофазового анализа получил широкое распространение в катализе как метод исследования природы активных состояний и как метод контроля за технологией приготовления.

Основная методическая особенность РФА катализаторов из-за высокой дисперсности фаз, малого количества промотирующих добавок или активного компонента в нанесенных катализаторах – это прецизионность эксперимента. Она достигается оптимальным использованием возможностей современных дифрактометров: работа прибора в оптимальном режиме; правильная юстировка; использование монохроматоров на отраженном пучке, что позволяет сохранять высокую интенсивность дифракционной картины и устранять флуоресцентный фон. Использование синхротронного излучения значительно повышает чувствительность метода и сокращает время эксперимента. При изучениии генезиса катализаторов, влияния реакционных условий на состояние катализаторов широко используется исследование фазового состава методом высокотемпературной рентгенографии in situ.

Можно сформулировать основные этапы исследования закономерностей формирования фазового состава многокомпонентных катализаторов:

1. исследование фазового состава исходных соосажденных продуктов;

2. исследование последовательности фазовых превращений исходной композиции при термической обработке на воздухе;

3. исследование влияния условий активации и условий реакции на фазовый состав катализаторов;

4. выявление активного компонента и роли каждого компонента путем сопоставления фазового состава и каталитических свойств;

5. изучение термической и реакционной устойчивости фаз;

6. изучение атомной структуры и кристаллохимических особенностей всех фаз.

Для осуществления первых 4-х пунктов требуется использование методов рентгенографии в сочетании с другими физическими методами. Для изучения активного состояния катализатора в условиях реакции требуются методы исследоваия in situ.

 

 

Назовите основные методы проведения каталитических реакций с использованием гетерогенного катализатора?

Представителями периодического метода является автоклав (реактор) и утка:

Реактор должен быть загружен на 2/3 часть. Температура до 400°С, а давление до 500 атм.

Таким образом, схема метода:

 

Мешалка для того чтобы предотвратить диффузионное торможение.

Используется порошкообразный катализатор. Первый метод непрерывного проведения является струевым. Это значит, что поток газа и жидкости одновременно из одного место направляется верх.

Жидкость

Газ

Катализатор

Стекловат

Битый фарфор

 

Соотношение газа к жидкости равно 10:1. Такое соотношение необходимо для того, чтобы в системе шел барботаж. Барботаж – перемешивание жидкости пр помои газа в непрерывном реакторе.

Также надо учитывать диаметр реактор и частицы, то есть катализаторов. Соотношение диаметра реактора к диаметру частицы равно 1:7-14. Значит, частицы должны быть 7 или 14 раз меньше реактора.

Катализатор в реакторе должен находиться, таким образом, чтоб при нагреве температура была равномерна распределена. Для этого сперва определяется температурное поле реактора. Используются термопары, которые сделаны из двух разных металлов:

 

Определяется при помощи температуры и активности термопары.

 

Из за контактной разности потенциала металлов, сперва активность повышается и затем понижается. В то время когда потенциалы достигают равновесию, то это является необходимой температурой.

Второй метод противопотоковый. Здесь жидкость подается сверху, а газ снизу реактора:

Газ

Жидкость

В промышленности для каталитического крекинга используют струевой метод. Катализатором является ZSM-5. Они механически прочные, термически устойчивые и 10 лет непрерывно работают. Также они аморфные.

 

1. Охарактеризуйте периодический способ проведения каталитических реакций?

Представителями этой реакций является автоклав (реактор) и утка:

Реактор должен быть загружен на 2/3 часть. Температура до 400°С, а давление до 500 атм.

Таким образом, схема метода:

 

 

Мешалка для того чтобы предотвратить диффузионное торможение.

Используется порошкообразный катализатор.

Автоклав периодического действия состоит из толстостенного стакана, выполненного из углеродистой стали и рассчитанного на давление 50ат. Внутренний диаметр аппарата 1140 мм, высота около 8500 мм, толщина стенок 36 мм. Габаритная высота аппарата с головкой и подставкой равна 9860 мм.

Автоклав закрывают крышкой (на болтах), футерованной изнутри листовым алюминием. Через крышку автоклава проходит шесть труб различного диаметра. Первая Из них служит для выполнения автоклава, вторая – для перелива избытка смеси в смеситель, третья – для отвода газов при продувке, четвертая – соединена с манометром. Две длинные трубы используются для отвода готовой кислоты и подачи кислорода.

Кислород поступает в нижнюю часть колонны через пористую керамическую перегородку и одновременно через штуцер во фланце корпуса в пространсво между корпусом автоклава и реакционным стаканом для уравновешивания давления внутри и вне реакционного стакана во избежание его разрыва.

Автоклав периодического действия запускается в следующей последовательности:

1. Приготовленная в смесителе смесь подается при непрерывном перемешивании центробежным насосом во внутренний стакан автоклава. Стакан переполняется, и избыток кислой смеси перетекает по второй трубе обратно в смеситель.

2. Затем закрывают все вентили и подают кислород, постепенно повышая давление в аппарате до 50 ат. Кислород поступает одновременно в реакцонный стакан и в рубашку автоклава

3.После того как давление в аппарате достигнет 50ат, приоткрывают продувочный вентиль для отвода газов. Поток кислорода и продувочных газов регулируют таким образом, чтобы давление в аппарате поддерживалось на одном уровне.