Фильтрование
процесс отделения осадка от жидкой фазы.
Для этой операции применяют фильтры различных конструкций: барабанные, дисковые вакуумфильтры, фильтр-пресс, ленточные вакуумфильтры, плиточнорамные вакуумфильтры.
Для разделения тв. и жидких фаз применяют также центрифугирование, но этот метод менее распространен, в основном из-за высокой плотности осадка и сложности аппаратуры.
Промывка осадка
проводится в случае необходимости удаления из осадка компонентов, кот. растворены в фильтрате или адсорбированы на поверхности осадка.
Операция позволяет удалить из осадка захваченный частицами фильтрат сравнительно небольшим количеством промывного раствора.
В случае присутствия в растворе термически нестойкого соединения, например нитратов, промывку можно исключить (ограничить).
Сушка осадка
проводится после фильтрования и промывки при содержании влаги от 10 до 60%.
Сушка проводится путем подвода теплоты различными способами, основным из кот. явл. конвективная и контактная сушка.
При конвективной сушке осадок непосредственно соприкасается с сушильным агентом, в качестве кот. используют водяной пар, горячий воздух, в некот. случаях дымовые (печные) газы.
При контактной сушке операцию проводят путем передачи теплоты через стенку сушильного аппарата.
Прокаливание
проводят путем нагревания до температуры, при кот. происходит использование конечного катализатора, либо превышающей эту температуру.
При прокаливании путем термического разложения получается активная фаза катализатора, а также формируется пористая структура, протекают все возможные фазовые и структурные переходы в данном температурном интервале.
В крупнотоннажном производстве катализаторов применяют прокалочные печи с непосредственным обогревом катализатора нагретым воздухом или дымовыми газами, например вращающиеся печи, печи шахтного типа, взвешенного слоя и т.д.
Формование
проводят для придания определенной формы и размеров гранулам катализатора, при этом регулируется поверхность, пористость катализатора, механическая прочность и др. свойства.
Лекция №11 (15 мая 2023)
Катализаторы получаемые методом пропитки
Метод предусматривает нанесение активного компонента, находящегося в растворенном или расплавленном состоянии на тв. пористый носитель.
В качестве носителя используются как синтетические, так и природные материалы.
Синтетические: активные цели, силикагели, алюмосиликаты, оксиды Al, Cr, Ti, Zn и т.д.;
Природные: глины, пемза, асбест, кизельгур (диатомит) и остальные природные глины.
Преимуществом метода явл. эффективное использование активного компонента вследствие его высокой дисперсности, а также сравнительно невысокое количество вредных отходов.
Использование нанесенных катализаторов позволяет увеличить активную поверхность работающего катализатора, снизить расход дорогостоящих компонентов (Pt, Ag, Pd и т.д.), уменьшить вероятность спекания при высоких температурах и, как следствие, удлинить срок службы катализатора.
Получаемые таким способом катализаторы можно разделить на 2 класса: сорбционные и пропиточные.
При получении сорбционных катализаторов имеет место адсорбция частиц активного компонента на поверхности носителя. В случае пропиточных катализаторов адсорбция отсутствует.
Исходные соединения активного компонента находятся в порах носителя в растворенном состоянии.
В большинстве случаев пропитку осуществляют раствором т.н. предшественника (прекурсора) активного компонента (вещество, из кот. получают конечный активный компонент).
Как правило, это растворимая соль, кот. м.б. в дальнейшем подвержена разложению путем термообработки.
К таким солям
относятся NO3-,
C
,
соли органических кислот, оксалаты и
т.д.
Для получения металлических нанесенных катализаторов в начале получают их оксиды, а затем восстанавливают их до металла. Например
Ni используется на Al2O3 в конверсии CH4.
Нанесение активного компонента из раствора на носитель можно проводить разными способами:
1) Пропитка носителя избытком растворителя;
2) Пропитка без избытка растворителя (по влагоемкости);
3) Обрызгивание носителя растворителями;
4) Пропитка расплавки активного компонента в тех случаях, когда нет возможности использовать пропиточный раствор или для нанесения большого количества активного компонента.
Основные стадии приготовления катализаторов методом пропитки:
1) Эвакуация газа (воздуха) из пор носителя;
2) Обработка носителя пропиточным раствором;
3) Удаление избытка раствора;
4) Сушка и прокаливание.
Различают пропитку однократную и многократную. Многократную пропитку используют для получения более концентрированного активного компонента при малой его растворимости.
После каждой стадии пропитки активный компонент переводят в нерастворимое состояние.
Это приводит к значительному усложнению процесса (технологии), например в случае применения широкопористых носителей, кот. быстро насыщаются.
Подбор носителя для пропиточного катализатора должен учитывать тот факт, что при пропитке значительно изменяется пористая структура, т.е. чем выше концентрация активного компонента, тем выше должна быть пористость носителя.
Кроме того, необходимо учитывать степень взаимодействия носителя с активным компонентом.
В ряде случаев они образуют между собой сложные соединения, кот. каталитически менее активны или вообще не активны.
Высокая степень взаимодействия между металлом и носителем способствует сохранению высокой дисперсности активного компонента на протяжении длительного срока эксплуатации катализатора, однако снижает его каталитическую активность, и наоборот, при слабом взаимодействии активность повышается, но снижается дисперсность.
Во многих случаях имеет место неравномерность в распределении активного компонента по сечению гранул. Различают 4 типа осн. распределений:
а) Равномерный;
б) Корочковый (ядро-оболочка);
в) Желтковый;
г) Кольцеобразный.
Эксплуатация этих катализаторов имеет специфические особенности. Например, при равномерном распределении активного компонента возможно снижение степени использования.
В случае высокой скорости реакции, а также при необратимых реакциях 1-го порядка оптимальным явл. корочковый способ распределения активного компонента.
Желтковатый тип катализатора целесообразно применять для реакций, протекающих в кинетической области, кольцевой – для реакций, протекающих в диффузионной области.
где:
– температура;
– равновесная
конденсация;
– диаметр (размер)
зерна;
– удельная
поверхность носителя, м2/г;
– средний радиус
пор, нм;
– коэффициент
диффузии;
– вязкость;
и т.д.
Основные методы пропитки: