Билет №5
1. Конструкции аппаратов колонного типа (20 б.).
Аппараты колонные предназначены для ведения технологических процессов массообменных процессов в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Аппараты колонные стальные сварные изготавливаются диаметром от 300 до 8000 мм и работают при температуре от минус 60 °С до плюс 560 °С при избыточном давлении до 10,0 МПа и без давления, а также под вакуумом (остаточном давлении не ниже 665 Па).
Колонные аппараты относятся к массообменным аппаратам и классифицируются по следующим признакам:
в зависимости от способа организации контакта фаз: тарельчатые, насадочные и плёночные;
в зависимости от рабочего давления: работающие под давлением, атмосферные и вакуумные.
Аппараты колонные изготавливаются с внутренними устройствами следующих типов:
тарельчатые цельносварные;
тарельчатые царговые;
насадочные цельносварные;
насадочные царговые;
пустотелые.
В тарельчатых аппаратах контакт жидкой и газообразной фаз происходит на тарелках, в насадочных – в объёме насадок, размещённых в корпусе колонны.
Царга – кольцевой элемент сборной трубы (т.е. фрагмент трубы).
Конструкция аппаратов колонных может дополняться другими элементами в зависимости от исходных и требуемых технологических параметров, что определяется на стадии проектирования.
Аппараты колонные могут изготавливаться с цилиндрическими и коническими вертикальными опорами, с опорами-стойками, опорами-лапами.
2. Механизм электродных процессов (20 б.).
Процесс электролиза состоит из нескольких этапов, имеющих следующую обобщённую последовательность:
подвод иона/молекулы к электроду;
сорбция на поверхности;
разряд/ионизация;
кристаллизация (для металлов), выделение атомарного газа и рекомбинация в молекулы (для газа).
Последние два этапа наиболее «трудоёмки».
Пример – выделение водорода из кислых растворов:
подвод ионов;
сорбция: H+адс+Me+e → Hадс(Me);
разряд (лимитирующая стадия): Hадс(Me)+ H+адс+e → H2+Me;
рост пузырьков газа;
отрыв и выделение водорода.
При сорбции ионов на поверхности электрода возникает перенапряжение – отклонение потенциала электрода от равновесного значения. Перенапряжение зависит от температуры, природы электродного материала и состава раствора. К примеру, перенапряжение при выделении кислорода вызвано образованием тонких оксидных плёнок.
Понятие перенапряжение относится к самой реакции, а к электроду применимо понятие поляризации – отклонение стационарного потенциала электрода от значения под током. Причины поляризации:
наличие сложных реакций на поверхности электродов;
перенапряжение выделения;
образование оксидных плёнок.
3. Методы пропитки, применяемые при производстве катализаторов на носителях (20б.).
Зачастую контактные массы (КМ) получают нанесением активных компонентов на пористую основу инертного носителя. Эту основу обычно пропитывают раствором, содержащим соединение катализатора, который после термообработки переходит в активный компонент.
Пропитку осуществляют как периодически, так и непрерывно. При непрерывном способе получают более однородные катализаторы. Пропитка бывает одно- и многократной. Катализаторы, работающие в диффузионной или кинетической областях, должны обладать различной равномерностью и глубиной пропитки.
В случае диффузионной области (когда скорость хим. реакции выше скорости подвода реагентов) активный компонент катализатора должен располагаться в основном в наружном слое.
В случае кинетической области (скорость подвода реагентов выше скорости хим. реакции) должно быть равномерное покрытие активным компонентом всей внутренней поверхности носителя.
Методы пропитки:
Окунание
Носитель погружают в пропиточный раствор, выдерживают определённое время при заданной температуре и перемешивании. Для этого готовят пропиточный раствор определённой концентрации.
«+» метода: однородный по составу катализатор.
«-» метода: большие потери активных компонентов в растворе после пропитки.
Опрыскивание
Носитель опрыскивают раствором активных солей. Этот метод более экономичен, т.к. нет потерь пропиточного раствора. Опрыскивание проводят при перемешивании во вращающемся барабане с обогревом, либо в кипящем слое.
«-» метода: трудность получения однородного катализатора.
Пропитка расплавом солей
Носитель погружают в расплав солей, содержащий активных компонент, перемешивают, извлекают и термически обрабатывают. Метод применим, когда нет растворителей для создания раствора.
«-» метода: энергозатраты при получении расплава.
Пропитка с выпариванием раствора