- •С.Г. Козлов, м.А. Куликов основыхимической технологии
- •240301.65 «Химическая технология неорганических веществ»
- •Введение
- •1. Общие понятия о химическом производстве
- •1.1. Химическая технология как наука
- •1.2. Связь химической технологии с другими науками
- •1.3. Развитие химической технологии
- •1.4. Классификация химической технологии
- •2. Компоненты химического производства
- •2.1. Сырье в химическом производстве
- •2.1.1. Основные определения
- •2.1.2. Классификация сырья
- •2.1.3. Ресурсы и рациональное использование сырья
- •2.1.4. Подготовка минерального сырья
- •2.1.5. Очистка и разделение газовых смесей
- •2.2. Энергия в химической технологии
- •2.2.1. Использование энергии в химической технологии
- •2.2.2. Источники энергии. Классификация источников энергии
- •2.2.3. Рациональное использование энергии
- •2.2.4.Новые виды энергии в химической технологии
- •2.3. Вода в химической промышленности
- •2.3.1. Основные показатели качества воды
- •2.3.2. Промышленная водоподготовка
- •2.4. Воздух в химической технологии
- •3. Критерии оценки эффективности химического производства
- •3.1. Технические показатели
- •3.2. Экономические показатели
- •3.3. Эксплуатационные показатели
- •3.4. Социальные показатели
- •3.5. Материальный и энергетический баланс химического производства
- •4. Системный подход в изучении химико-технологического процесса
- •4.1. Общие понятия и определения
- •4.2. Химико-технологическая система как объект моделирования
- •4.3. Операторы
- •4.4. Матричное представление моделей
- •4.5. Подсистемы хтс
- •4.6. Связи
- •4.7. Классификация технологических схем
- •4.8. Системный подход к разработке технологии производства
- •4.8.1. Методологические принципы
- •4.8.2. Выбор технологии производства продукции
- •4.9. Оптимизация производства
- •4.9.1. Декомпозиция химико-технологических систем
- •4.9.2. Оптимизация химико-технологических систем
- •5. Общие закономерности химических процессов
- •5.1. Понятие о химическом процессе
- •5.2. Классификация химических реакций
- •5.3. Виды химических реакций
- •5.4. Характеристика гомогенных процессов
- •5.5. Основные закономерности гомогенных процессов
- •5.6. Интенсификация гомогенных процессов
- •5.7. Гетерогенные некаталитические процессы
- •5.8. Интенсификация процессов, основанных на необратимых реакциях
- •5.9. Интенсификация процессов, основанных на обратимых реакциях
- •6. Гетерогенный катализ
- •6.1. Общие положения катализа
- •6.2. Процессы адсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе
- •6.2.1. Теория адсорбции Лэнгмюра
- •6.2.2. Нелэнгмюровская адсорбция
- •6.3. Механизм гетерогенных каталитических процессов
- •6.3.1. Внешняя диффузия
- •6.3.2. Внутренняя диффузия
- •6.4. Основные требования к гетерогенным катализаторам
- •6.5. Основные структурные параметры гетерогенных катализаторов
- •6.6. Технологические свойства гетерогенных катализаторов
- •6.7. Классификация гетерогенных катализаторов
- •6.8. Состав катализаторов
- •6.9. Приготовление катализаторов
- •7. Гомогенный катализ
- •7.1. Кислотный (основной) катализ
- •7.1.1. Специфический кислотный катализ
- •7.1.2. Специфический основной катализ
- •7.1.3. Общий кислотный катализ
- •7.1.4. Общий основной катализ
- •7.1.5. Электрофильный катализ
- •7.1.6. Кинетика реакций кислотно-основного катализа
- •7.2. Металлокомплексный катализ
- •7.3. Ферментативный катализ
- •8. Химические реакторы
- •8.1. Принципы классификации химических реакторов
- •8.2. Принципы проектирования химических реакторов
- •8.2.1. Моделирование химических реакторов и протекающих в них процессов
- •8.2.2. Структура математической модели химического реактора
- •8.2.3. Уравнение материального баланса для элементарного объема проточного реактора
- •8.3. Химические реакторы с идеальной структурой потока в изотермическом режиме
- •8.3.1. Реактор идеального смешения (рис)
- •8.3.2. Реактор идеального вытеснения (рив)
- •8.3.3. Примеры аналитического решения математической модели
- •8.4. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения
- •8.5. Конструкции реакторов
- •8.5.1. Требования к реакторным конструкциям
- •8.5.2. Типизация реакторов
- •8.5.3. Примеры конструкций реакторов
- •9. Переработка природного минерального сырья
- •9.1. Процессы растворения
- •9.2. Процессы кристаллизации
- •9.3. Химическое осаждение
- •9.4. Процессы переработки труднорастворимого сырья
- •10. Химические предприятия верхнекамья
- •10.1. Оао «Уралкалий»
- •10.2. Филиал «Азот» оао «охк уралхим»
- •10.3. Оао «Березниковский содовый завод»
- •10.4. Ооо «Сода-хлорат»
- •10.5. Оао «Метафракс»
- •Рекомендуемая литература
6.9. Приготовление катализаторов
Технология приготовления катализаторов включает несколько стадий, например: осаждение, сушка, прокаливание, формование. Наиболее широко применяется метод приготовления каталитических систем растворением солей металлов или соосаждением, что позволяет смешивать компоненты катализатора на молекулярном уровне. В последнее время нашел распространение метод «золь-гель», по которому получают золь с частицами, суспендированными в жидкости. Меняя заряд поверхности частиц путем регулирования рН среды, превращают золь в гель. При этом частицы золя сжимаются с образованием непрерывной жесткой сетки с однородным распределением компонентов. В поры геля, как и в носитель, можно ввести различные катионы. При изготовлении многокомпонентных систем используют плазменные и лазерные методы, обеспечивающие субмикроскопические размеры частиц (например, кремниевый порошок был получен разложением SiH4 лазером).
Другой известный метод приготовления каталитических систем включает механохимическую обработку смеси твердых компонентов катализатора в вибрационных или планетарных мельницах, обеспечивающих получение однородной и высокодисперсной смеси с размером частиц 0,1 – 10 мкм и слоистой внутренней структурой с повышенной долей дефектов.
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. Чем отличаются физическая адсорбция и хемосорбция?
7. Назовите основные положения адсорбционной теории Лэнгмюра.
8. Сделайте кинетический вывод уравнения изотермы Лэнгмюра и его анализ.
9. Выведите выражение для степени заполнения в случае диссоциативной адсорбции двухатомной молекулы А2.
10. Выведите выражения для степеней заполнения в случае одновременной адсорбции двух газов.
11. В чем причина отклонения реальных изотерм от модели «идеального адсорбированного слоя» Лэнгмюра?
12. Какими уравнениями описываются изотермы Генри, Фрейндлиха, Темкина?
13. Каковы основные допущения теории полимолекулярной адсорбции?
14. Сделайте анализ уравнения БЭТ, укажите его значение для катализа и пределы применимости.
15. Какие стадии включает гетерогенная каталитическая реакция? Как определяют общую скорость процесса, основанного на этой реакции?
16. Приведите в аналитическом виде первый и второй законы Фика. Сформулируйте кинетическую задачу Я.Б. Зельдовича и приведите ее аналитическое решение для реакции первого порядка.
17. Изложите основные требования к гетерогенным катализаторам.
18. Приведите структуру зерна катализатора.
19. Каков физический смысл понятий «удельная поверхность», «пористость», «порозность катализатора»?
20. Какие факторы влияют на активность катализатора?
21. Какими факторами вызывается отравление катализаторов?
22. Чем отличается обратимое отравление катализатора от необратимого? Приведите примеры обратимого отравления катализатора.
23. Какие механизмы отравления катализатора вам известны. Приведите примеры.
24. Приведите примеры способов предупреждения отравления катализатора.
25. Какое свойство катализатора характеризует селективность? От каких факторов она зависит?
26. Приведите формулу расчета производительности катализатора.
27. Дайте определение температуры зажигания как одного из свойств катализатора.
28. Что такое механическая прочность и термостойкость катализатора?
29. Расскажите о катализаторах кислотно-основного катализа. Приведите примеры.
30. Расскажите о катализаторах электронного катализа. Приведите примеры.
31. Объясните механизм действия катализаторов комплексообразующего катализа.
32. Состав катализаторов. Что такое промоторы? Какова роль носителей катализаторов? Приведите примеры типичных носителей. Назовите основные требования к ним, дайте примеры перспективных носителей.
33. Опишите свойства цеолитов и их применение в гетерогенном катализе.
34. Назовите способы приготовления твердых катализаторов.