Метод окунания

заключается в том, что носитель погружают в пропиточный раствор и выдерживают некоторое время при определенной температуре и скорости перемешивания. При этом некоторые компоненты избирательно адсорбируются на носителе.

Для получения заданной концентрации активного компонента и соотношения ингредиентов в составе катализатора необходимо использовать раствор определенной концентрации.

Для приготовления катализаторов без избытка пропиточного раствора предварительно определяют влагоемкость носителя, т.е. количество жидкости, кот. может поглотить единица массы или объема носителя.

Этот способ применяется в основном для катализаторов, работающих во внутридиффузионной области.

Для небольших партий катализатора можно использовать способ с упариванием растворителя. Как правило используется небольшой избыток раствора, который в дальнейшем полностью выпаривается.

Преимущество этого способа – отсутствие сточных вод.

В этом случае по мере упаривания происходит накопление активного компонента у внешней поверхности гранул, что является недостатком, т.к. снижает степень использования внутренней поверхности.

Пропитка расплавом

Например, V₂O₅ нанесенный на α-Al₂O₃ применяется при получении фталевого ангидрида.

Лекция №12 (24 мая 2023)

Катализаторы, получаемые механическим смешением компонентов (смешанные катализаторы)

Катализаторы этого типа получают смешением компонентов на одной из стадий производства.

Различают смешение мокрым и сухим способом.

При мокром смешении суспензию одних компонентов смешивают с раствором других компонентов, осадок отделяют от раствора, сушат и формуют.

Содержание растворенного компонента в катализаторе определяется его концентрацией в растворе, сорбционной способностью суспензии и остаточной влажностью осадка.

Такой способ позволяет получить достаточно однородную массу.

Мокрым смешением получают также промышленные катализаторы как высокотемпературный цинкхромовый катализатор синтеза метанола, железохромовый и цинкхромовый катализатор паровой конверсии CO, поглотитель сернистых соединений на основе ZnO и др.

Схема получения катализатора смешением сухих компонентов

Смешение сухих компонентов проводят с одновременным увлажнением полученной смеси, что необходимо для последующей формовки прочных гранул.

Для повышения однородности каталитической массы перед смешением компоненты измельчают в барабанных, шаровых или вибрационных мельницах.

Для смешения применяют смесители различных конструкций: барабанных, шнековых, ленточных, лопастных.

Однородность смешения достигается интенсивностью и продолжительностью перемешивания шихты.

Измельчение

Эта процедура в значительной степени определяет однородность полученных катализаторов.

Различают 2 основных способа измельчения: дробление (крупное, среднее и мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое).

Степень измельчения определяется по формуле:

– средний размер частиц материала до измельчения (мм, см, нм и т.д.);

– средний размер частиц материала после измельчения (мм, см, нм и т.д.);

На стадии дробления применяют волновые и щековые дробилки для измельчения прочных материалов, молотковые дробилки – для измельчения рыхлых материалов.

Смешение –

основная технологическая стадия процесса.

На этой стадии достигается определенная степень взаимодействия между компонентами, кот. обусловлена дисперсностью компонента, их природой, соотношением компонентов, плотностью прессования, составом и свойствами окружающей среды, а также температурой прокаливания.

Степень однородности смеси характеризует выборочные стандартные отклонения массовой доли , кот. определяется по следующей формуле:

– массовая доля исследуемого компонента в i-той пробе;

– выборочное среднее отклонение отклонение массовой доли компонента;

– число исследуемых проб.

Значение зависит от массы контрольной пробы или числа частиц в пробе.

На стадии смешения компонентов в состав катализатора вносят различные технологические добавки, способствующие порообразованию (вода, глицерин, смолы), повышение прочности (жидкое стекло, алюминат Na, полиуретановые добавки) и облегчение процесса формования (формовки) частиц (вода, жидкое стекло, полиэтиленоксид, графит и т.д.).

В ряде случаев применяют т.н. механо-химическое смешение, кот. представляет собой высокоинтенсивное перемешивание, инициирующее протекание химических реакций в тв. фазе.

Для характеристики интенсивности механо-химического процесса используют понятие “энергетический выход”, кот. обозн. G [моль/МДж], равный числу молей активных частиц или продукта химич. превращений, возникших в результате поглощения веществом 1 МДж энергии.

При внесении в тв. тело механической энергии происходит деформация кристаллической решетки, перегруппировка межатомных связей, образование точечных дефектов и дислокаций. С последующим образованием упорядоченных областей, разделенных межзеренными границами.

Типичная зависимость концентрации дефектов или дислокации от дозы получаемой энергии имеет вид кривой с насыщением

L – концентрация дефектов;

D – доза энергии.

С хема приготовления оксидных катализаторов методом механо-химического смешения