Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат на тему:

Катализацийни и електрохемични процессы.

Катализный называют такие технологические процессы, в ходе которых главным движителем является катализатор.

1.1. Понятие о катализе и его виды

катализа (от греч. - разрушение) называют изменение скорости химических реакций в присутствии катализаторов.

Катализаторами называют вещества, которые изменяют скорость хемичних реакций, а сами (хемично и количественно) остаются неизменными.

В наше время Катализный процессы составляют основу многих технологий. При использовании катализаторов скорость хемичних реакций увеличивается в тысячи даже миллионы раз. Катализный процессы лежат в основе производства бензина, аммиака, серной и азотной кислот, спиртов, альдегидов и др. Катализ широко используют в процессе производства лекарственных веществ, моющих средств.

Катализ лежит в основе перспективных способов производства жидкостного топлива из угля, сланцев, торфа.

Все шире используют катализ для охраны окружающей среды от загрязнения сточными водами, вредными промышленными газами.

В большинстве Катализный процессы являются непрерывными, замкнутыми, безотходными, энергосберегающими, очень продуктивными. Катализный процессы по технико-экономическим показателям не имеют себе равных.

Катализ - явление своеобразное: для получения каждого отдельного вида продукции используют свой катализатор.

Роль катализаторов выполняют твердые, жидкостные и газовые вещества.

Твердые катализаторы - это металлы (медь, серебро, платина, хром и др.) И оксиды (V2O5, Si02, Al203, алюмосиликаты и т.д.).

Жидкостные катализаторы - это кислоты и щелочи, например серная кислота (H2S04), фосфорная кислота (Н3РО4).

Газовые катализаторы используют очень редко.

В зависимости от агрегатного состояния катализатора и реагирующих веществ (сырья) Катализный процессы разделяют на гомогенные и гетерогенные. Между ними нельзя провести четкой границы.

1. Гомогенный катализ. Гомогенным катализом называюво такой катализ, в ходе которого составляющие сырья и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии, чаще всего это газ или жидкость.

Например, производство этилового спирта из этилена гидратацией (от греч. - вода).

гидратации называют присоединение воды к различным веществам.

Роль катализатора выполняет серная кислота (H2S04).

Гомогенный катализ происходит с большой скоростью. Однако он имеет такие недостатки:

сложно отделить катализатор от готовой продукции;

загрязнения полученной продукции катализатором

потери катализатора.

2. Гетерогенный катализ. Гетерогенного катализа называют такой катализ, в ходе которого составляющие сырья и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях.

Катализный реакция проходит на границе фаз. катализатор - реагирующие вещества.

Процесс гетерогенного катализа, проходящей на поверхности твердого катализатора состоит из нескольких стадий.

1) диффузия составляющих сырья к поверхности катализатора;

2) адсорбция их на поверхности катализатора с образованием неустойчивых комплексов (сырье - катализатор);

3) перегруппировки атомов с образованием новых комплексов (образована продукция - катализатор);

4) десорбция продукции с поверхности катализатора;

5) диффузия продукции от поверхности катализатора в зону выхода.

Скорость каждой стадии зависит от многих факторов температуры, давления, концентрации, времени контакта, скорости перемешивания смеси и тому подобное. В зависимости от того, какая из этих стадий лимитирующий, это и используют для увеличения скорости процесса. Например, если лимитирующей стадией является диффузия, то для увеличения скорости процесса надо изменить скорость перемешивания сырья.

Гетерогенный катализ лишен недостатков, которыми гомогенный.

1.2. Твердые контакты, их состав и свойства

1. Состав твердых контактов. Твердые контакты состоят из подложки, катализатора и активатора их производят в виде зерен, гранул, таблеток или сеткис тонкой металлической проволоки. В дальнейшем твердые контакты называть просто катализаторы.

Подложкой наливают термостойкую пористую вещество, на поверхность которой наносят катализатор и активатор.

Подложки изготавливают из пемзы, каолина, активированного угля, алюмосиликаты и других веществ. Подкладка увеличивает поверхность катализатора Вместе с тем подкладка увеличивает прочность твердого контакта.

Катализаторы - это в основном металлы и оксиды (Си, Ag, Pt, Сr, Mo, Fe V205, SiOz, At2 03 и др.).

Активаторами называют вещества, которые увеличивают активность катализаторов.

Каждый катализатор требует своего активатора. Так, для платинового катализатора лучшими активаторами являются железо, алюминий.

2. Свойства катализаторов. К ним относятся активность, производительность, температура воспламенения (температура начала работы), твердость, прочность, селективность.

Активность катализатора зависит от хемичного состава и структуры. Большая активность катализатора увеличивает его производительность, улучшает качество продукции, уменьшает затраты сырья, топлива и энергии.

Производительность катализатора определяются количеством продукции, получаемой с единицы объема катализатора за время его работы

Температура воспламенения катализатора - это самая низкая температура, при которой начинает работать катализатор. Это - экономически выгодно, поскольку меньшие затраты на топливо и энергию. Чем активнее катализатор, тем ниже температура воспламенения. Например, для хромового катализатора температура воспламенения составляет 200 ° С, а для катализатора, изготовленного из V205 она составляет 450 ° С.

Селективность (избирательность) катализатора - это его способность из множества реакций, которые происходят одновременно, выбрать нужную в настоящее время.

Например, реакция окисления аммиака (NH3) может происходить в различных стадий окисления с образованием различной продукции:

Однако в присутствии платинового катализатора процесс окисления аммиака идти только к образованию NO.

Прочность утдых катализаторов зависит от пористости структуры, с увеличением пористости, особенно крупных пор, прочность твердых катализаторов уменьшается. Это очень важная характеристика, поскольку в процессе работы катализатор стирается и образованным пылью загрязняется продукция.

Во время работы катализаторы «отравляются». Это происходит за счет примесей, находящихся в сырье. Например, платиновый катализатор, который используют в процессе производства качественного бензина, «отравляется» соединениями серы и мышьяка. То же наблюдается с алюмосиликаты, которые используют при катализного крекинга нефтепродуктов. Поэтому сырье перед подачей в контактный аппарат очищают. Для этого используют электрофильтры или циклоны. В электрофильтрах порошковые примеси оседают под действием электрического поля, а в циклонах - под действием центробежных сил. «Отравленные» катализаторы регенерируют (от лат. «Regeneration -восстановление).

1.3. Контактные аппараты

Основным оборудованием для проведения Катализный процессов являются контактные аппараты. В аппаратах катализаторы могут находиться в неподвижном, подвижном или в «псевдокипящем» (взвешенном) состояниях. Сейчас в большинстве случаев используют контактные аппараты с неподвижным катализатором, который можно разместить на полках или в трубках.

1. Полочные аппараты (рис. 13, а) имеют от одной до нескольких полочек. Толщина слоя катализатора на полках увеличивается в направлении выхода продукции, а толщина теплообменника, наоборот, уменьшается, так как с уменьшением скорости реакции уменьшается количество теплоты, которая выделяется в процессе реакции. В полочных аппаратах теплообминювання происходит по принципу встречных потоков.

Недостаток полочных аппаратов заключается в том, что теплота отводится ступенчато, а потому Катализный реакция и теплообминювання происходят одновременно.

2. Трубочные аппараты. В трубочных аппаратах (рис. 13, б) сырье (газ) и теплоноситель (при эндотермических реакций) или охладитель (при экзотермических редук цию пылью.

2.1. Суть и значение електрохемичних процессов

Електрохемичнимы процессами называют такие технологические процессы., В ходе которых электрическая энергия превращается в хемичну и, наоборот, хемична в электрическую.

Преобразование хемичнои энергии в электрическую имеет место в гальванических элементах. В результате такого перехода гальванический элемент становится источником постоянного тока.

Если электрическую энергию ввести в хемичну систему (раствор или расплав) в виде постоянного тока с помощью электродов, то возникнут хемични процессы, которые называют электролизом.

В 30-х годах XIX в. английский физик Майкл Фарадей открыл законы электролиза. Уже с первых опытов выяснилось, что электролиз имеет большое практическое значение. Однако отсутствие мощных источников постоянного тока замедлили его развитие. После изобретения мощной динамо в 1870 p., Которая производила постоянный ток, начали строить електрохемични предприятия, на которых рафинировали медь. Со временем начали строить заводы для производства алюминия, хлора, щелочей и др.

Сегодня электролиз водных растворов, расплавленных солей и щелочей широко применяют в хемичний, металлургической и металлообрабатывающей промышленности.

Электролизом водных растворов получают продукцию неорганической Хеми: водород, кислород, хлор, едкий натр и др.

Электролиз расплавленных солей используют для производства легких, трудноплавких металлов, рафинирования металлов и получения сплавов. Такие металлы, как алюминий, магний, натрий, литий, получают только електрохемичним способом.

Металлообрабатывающая промышленность использует електрохемични процессы для изготовления изделий из твердых металлов и сплавов, изготовление и размножение металлических копий (гальванопластика) и нанесения покрытий из чистых металлов и сплавов на поверхности металлических изделий.

Главным недостатком електрохемичних процессов являются большие затраты электроэнергии, стоимость которой составляет основную часть себестоимости продукции. Именно поэтому на предприятиях, где використовують електрохемични процессы необходимо рационально использовать электрическую энергию.

2.2. Основные закономерности електрохемичних процессов

1. Строение электролизера. Електрохемични процессы происходят в агрегатах, которые называют электролизерами.

Электролизер (рис. 14) состоит из ванны 1, изложенной с середины кислотоустойчивыми материалами, электродов (анода 2 и катода 3), вспомогательных механизмов и устройств. Через электролит (раствор или расплав) 4, заполняющий ванну, от положительного электрода (анода) к отрицательному (катоду) проходит постоянный электрический ток от источника тока 5.

Электроды могут быть твердыми (например, изготовленные из меди, железа, графита и т.д.) и жидкостными (из ртути).

На аноде происходят реакции растворения или окисления металла, на катоде - его выделения или восстановления. Например, в процессе электролиза водного раствора хлорида натрия (NaCl) на аноде выделяется хлор, а на катоде - водород; в процессе рафинирования меди анод, изготовленный из черновой меди, растворяется, а на катоде выделяется чистая медь. В результате размеры анода уменьшаются, а катода увеличиваются. Примеси переходят в электролит.

2. Законы М. Фарадея. Количество вещества, которое выделяется на электродах при электролизе зависит от количества электрического тока, который прошел через электролит. Эта зависимость определяется законами Майкла Фарадея.

Первый закон: количество вещества (m), которая выделилась на электродах, прямо пропорциональна силы тока (I) и времени (t) его прохождения через электролит.

Второй закон: при прохождении одного и того же количества электричества через различные электролиты количество вещества, которое выделяется на электродах, прямо пропорционально хемичних эквивалентов этих веществ.

3. Критерии рационального использования электрической энергии. Основными критериями использования электрической энергии в процессе электролиза выход по току и энергией.

Выход по току. Этот показатель вычисляютпо формуле:

(1)

где Mф - количество вещества, фактически (ф) выделилась в процессе электролиза;

ТТ - количество вещества теоретически (Т) исчисленной по закону Фарадея.

Количество вещества (ТТ), которая должна выделиться в процессе электролиза (то есть по закону Фарадея) определяют по формуле:

(2)

где Е - хемичний эквивалент вещества,

И - сила тока, А,

t - время прохождения тока через электролит, ч.

Формулу (2) подставим в формулу (1) и получим формулу для определения выхода по току

Значение с всегда меньше ста процентов, поскольку часть электрической энергии расходуется на разряжение ионов других элементов, которые есть в электролите. Для увеличения выхода вещества необходимо уменьшить побочные процессы, происходит в электролите.

Выход по энергии. Этот показатель определяют отношением расхода электроэнергии на единицу продукции, теоретически (Т) необходимых для проведения электролиза WТ, к фактически (ф) затраченных в этом процессе - Wф.

Фактические расходы электроэнергии на единицу продукции, полученной в процессе электролиза, определяют по формуле:

где С - електрохемичшш эквивалент данного вещества

V - среднее напряжение

с - выход по току.

Загрузка...