Контрольные вопросы

1. Что такое катализ? Место катализа в химической технологии.

2. Приведите основные свойства катализаторов. Дайте им определения.

3. Объясните механизм действия твердых катализаторов. Приведите классификацию гетерогенных катализаторов по механизму действия.

4. Дайте определение катализаторам ионного (кислотно-основного) катализа. Приведите примеры катализаторов и процессов.

5. Каков механизм действия катализаторов электронного катализа? Примеры таких катализаторов и процессов.

6. Объясните механизм действия катализаторов комплексообразующего катализа.

7. Состав катализаторов. Что такое промоторы (модификаторы)? Какова роль носителей катализаторов? Приведите примеры типичных носителей. Назовите основные требования к ним. Приведите примеры перспективных носителей.

8. Назовите способы приготовления твердых катализаторов.

9. Дайте определение гомогенного катализа. Что такое кислотно-основной катализ? Каков механизм его протекания? Приведите примеры процессов.

10. Объясните механизм металлокомплексного катализа. Что такое кластеры? Примеры катализаторов и реакций.

11. Объясните особенности ферментативного катализа. Дайте определение понятию «фермент». Приведите примеры синтезов с использованием ферментов.

Тема 7 моделирование ХиМиКо-технологических процессов

Наиболее перспективным методом решения задач исследования и расчета химико-технологических процессов является теоретический метод, основанный на составлении и решении дифференциальных уравнений, полностью описывающих процесс.

Рассмотрение соотношения сил давления, сил инерции, массовых сил и сил внутреннего трения (вязкости) в бесконечно малом объеме жидкости в системе декартовых координат позволяет получить решение в виде системы дифференциальных уравнений:

(7.1)

Эта система уравнений представляет собой основное уравнение гидродинамики (уравнение Навье-Стокса) для несжимаемой жидкости.

В терминах баланса сил член в левой части уравнений выражает: силы давления; первое слагаемое в правой части - массовые силы, второе - силы инерции, третье - силы внутреннего трения, вязкости.

Уравнение Навье-Стокса описывает разные, на первый взгляд, явления, как движение жидкости по трубопроводам и каналам и перемещение больших объемов океанской воды и атмосферного воздуха. Для практического использования этих уравнений следует при их решении учитывать ограничения, вытекающие из свойств конкретного явления (процесса). Для химико-технологического процесса такими ограничениями могут быть пределы изменения геометрических размеров аппарата, физических свойств веществ и т.д. Поэтому для выделения конкретного явления из класса явлений, описываемых единой системой дифференциальных уравнений, необходимо эти уравнения ограничить дополнительными условиями. Они называются условиями однозначности т.е. условиями, которые полностью, однозначно характеризуют данное явление (например, температура насыщенного пара полностью, т.е. однозначно определяется его давлением).

Условия однозначности включают:

1) геометрическую форму и размеры системы (аппаратуры);

2) физические свойства веществ, участвующих в процессе;

3) начальные условия (начальную скорость, начальную температуру и т.д.);

4) граничные условия (например, равенство нулю скорости жидкости у стенок трубы). Однако химико-технологические процессы настолько сложны, что удается только составить систему дифференциальных уравнений для описания процесса и установить условия однозначности. Решить же эти уравнения известными в математике методами обычно не представляется возможным. В подобных случаях применяют метод моделирования. В широком смысле под моделированием понимают исследование объекта познания на его модели, поэтому моделирование неотделимо от развития знания.

Моделирование находит широкое применение как при проведении научных исследований, так и при решении большого числа инженерных задач в различных областях техники: в гидравлике и гидротехнике, в авиации, ракетной и космической технике, в судостроении, в теплотехнике и т.п.

Огромное значение имеет моделирование при исследовании химико-технологических процессов и проектировании химических производств. При этом под моделированием понимают метод исследования химико-технологических процессов на моделях, отличающихся от объектов моделирования (натуры) в основном масштабом. Основные методы моделирования – метод обобщенных переменных или метод теории подобия (физическое моделирование) и метод численного эксперимента (математическое моделирование). Принципиального различия между этими методами нет, поскольку оба в большей или меньшей степени основаны на экспериментальных данных и различаются лишь подходом к их обработке и анализу.