Экспериментальные методы исследования гетерогенных катализаторов (166114)

Посмотреть архив целиком

8












Экспериментальные методы исследования гетерогенных катализаторов.




















Содержание


Интегральные, дифференциальные лабораторные реактора.

Изотопные методы в катализе.

Термопрограммированные десорбция и реакция.

Флеш-десорбция.



Классификация лабораторных реакторов

(по C. Perego, S. Peratello. Catal. Today, 52 (1999), 133-145)


Скорость химической реакции – дифференциальная и интегральная.

Изменение количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства.

В статическом реакторе V=const, поэтому ,

в проточном реакторе t=const, поэтому ,

Интегральная скорость (производительность) .


Принципиальный вид конструкции лабораторных реакторов

(по C. Perego, S. Peratello. Catal. Today, 52 (1999), 133-145)



Требования к реактору идеального вытеснения.

Преимущества и недостатки различных конструкций лабораторных реакторов смешения – виброреактор, реактор Карберри, реактор Берти, проточный реактор с внешним перемешиванием.

(по рекламе Autoclave Engineers)


Материальный баланс реактора смешения с внешним перемешиванием



(по Б. Лич. Катализ в промышленности. Т.1. М., Мир. 1986 )


Изотопные методы в катализе


Кинетика изотопного гетеро- и гомомолекулярного обмена.

R или R1 – скорости переноса метки, зависящие от концентраций веществ и температуры.

Кинетический изотопный эффект.

Физические основы метода.

Метод меченных атомов.

Стационарно-нестационарный изотопный кинетический метод.

Принципиальная схема установки. Кинетические основы метода.


(по Y. Schuurman at al. Catal. Today, v.38 (1997), p.129 )


Термопрограммированные десорбция и реакция

Уравнение Поляни-Вигнера для кинетики термодесорбции.


Флеш-десорбция


Физические основы метода.

Определение основных физических характеристик катализаторов: удельная поверхность катализатора и активного компонента, пористость, механическая прочность, кислотность.

Удельная поверхность катализатора.

Наиболее распространенный метод – метод БЭТ.

В основе вывода уравнения БЭТ лежат следующие модельные предположения:

  1. Адсорбция физическая и поэтому многослойная.

  2. Теплота адсорбции первого слоя отлична (выше) от теплоты адсорбции в остальных слоях, которая, в свою очередь, близка к теплоте конденсации адсорбирующегося пара.

  3. Предэкспоненциальные факторы адсорбционных коэффициентов для всех слоев, кроме первого, равны между собой.

;

Вид изотермы и возможности использования изотермы БЭТ для определения удельной поверхности зависят от величины константы С, которая по физическому смыслу модели равна отношению адсорбционных коэффициентов в первом и последующем слоях.

.

Удельная поверхность нанесенного на носитель металла (активного компонента).

Селективная хемосорбция кислорода, водорода и оксида углерода.

Удельная поверхность слоя зернистого материала.

Гидродинамические основы метода. Уравнение Эргуна.


Механическая прочность катализаторов


Прочность гранул катализатора по составляющей и по торцам. Прочность катализаторов для процессов в псевдоожиженном слое на истирание.


Пористость


Классификация пор по размерам (микропоры – до 2 нм, макропоры – свыше 50 нм). Порометрия микропор. Физические основы метода. Уравнение Кельвина (Томпсона), связывающее характерный размер пор  с поверхностным натяжением  и давлением пара p.