4

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені В. Н. Каразіна

Кафедра неорганічної хімії

УДК 541.135

До захисту допускаю

___________________ Завідуючий кафедрою

«____»_____ 2012 д.х.н., проф. І. М. В’юник

xxxxxxxxxxxxxxxxx

Кваліфікаційна робота магистра

студента V курсу хімічного факультету

Медведева Евгена Евгеновича

Науковий керівник:

к.х.н., доц. В. Г. Панченко

ХАРКІВ 2012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ,

МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В. Н. Каразина

Кафедра неорганической химии

УДК 541.135

К защите допускаю

___________________ Заведующий кафедрой

«____»_____ 2012 д.х.н., проф. И. Н. Вьюнник

///////////////

Квалификационная работа магистра

студента V курса химического факультета

Медведева Евгения Евгеньевича

Научный руководитель:

к.х.н., доц. В. Г. Панченко

ХАРЬКОВ 2012

РЕФЕРАТ

Кваліфікаційна робота викладена на 48 сторінках, містить 7 рисункыв, 8 таблиць, складається з 3 розділів та списку літератури, що містить 28 джерел

РЕФЕРАТ

Квалификационная работа изложена на 48 страницах, содержит 7 рисунков, 8 таблиц, состоит из 3 разделов и списка литературы, содержащего 28 источников

Работа посвящена исследованию кинетики и политермии процессов глубоко окисления и парового риформинга глицерина в условиях технологии аэрозольного катализа.

Цель работы: Установление закономерностей влияния внешних параметров (температура, частота вибрации) и изучение кинетики процесса глубокого окисления глицерина на катализаторе Fe₂O₃ в условиях технологии аэрозольного катализа.

. По результатам кондуктометрического эксперимента с использованием уравнения Ли-Уитона рассчитаны предельные молярные электрические проводимости и константы ионной ассоциации ионных жидкостей BMIMBF₄, BMIMBr, BMIMTf, BMPBF₄, EMIMBF₄, HexMIMBF₄ и солей Bu₄NBPh₄ и Bu₄NBr в метаноле при температурах 5 - 55С. В рамках гипотезы о независимости чисел переноса для соли Bu₄NBPh₄ проведено деление величин предельной молярной электрической проводимости на ионные составляющие. Показано, что катионы BMIM⁺, BMP⁺, EMIM⁺, HexMIM⁺ с точки зрения как термодинаміки, так и динамики есть слабосольватированными частичками.

Ключевые слова: BMIMBF₄, BMIMBr, BMIMTf, BMPBF₄, EMIMBF₄, HexMIMBF₄, МЕТАНОЛ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ, ИОННАЯ АССОЦИАЦИЯ, ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ (ИЖ), ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВАЛЬДЕНА, СОЛЬВАТАЦИЯ.

ABSTRACT

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ……………………………..……8 ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................9

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР............................................................................................9

1.1 Современное состояние гетерогенного катализа………….................…..….....9

1.2 Нанокатализ ………………………..........................................................…...…13

1.3 Аэрозольный катализ – новое направление в химической технологии..........15

1.4 Свойства виброожиженного слоя и технология АС.........................................16

1.5 Сравнение катализа на носителях и аэрозольного…………...……….………20

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.............................................................................22

2.1 Методика эксперимента……………………………………………...................22

2.1.1 Особенности исследования химических процессов в виброожиженном слое каталитической системе……....................................22

2.1.2 Методика приготовления каталитической системы …………….…...23

2.1.3 Глубокое окисление глицерина..............................................................25

2.1.4 Паровой риформинг глицерина ………………..…...............................27

2.2 Математическая обработка экспериментальных данных…………....…….…27

2.2.1. Определение константы скорости и скорости реакции……………...27

2.2.2. Определение производительности реактора и катализатора…..……30

2.2.3 Определение энергии активации…………...………………………….31

2.3 Охрана труда……….............................................................................................32

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ…………………….…………..…................33

3.1 Теоретическое изучение коагуляции аэрозоля катализатора …......................33

3.2 Глубокое каталитическое окисление глицерина…………………...….……...41

3.3 Первичный скрининг Fe₂O₃ катализатора в процессе паровой конверсии глицерина………………..……………………………………………………45

ИТОГИ................................................................................................................................46

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................................................47

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

А	амплитуда колебаний;
АС	аэрозольный катализ;
ACFB	аэрозольный катализ в псевдоожиженном слое; Aerosol Catalysis with Fluidized Bed
ACVB	аэрозольный катализ в виброожиженном слое; Aerosol Catalysis with Vibrating Bed
d	диаметр частицы;
EA	энергия активации, кДж/моль
f	частота, с-1
k	константа скорости реакции;
k0	предэкспоненциальный множитель
k	постоянная Больцмана, Дж/К
Мкат	масса катализатора в реакторе, г
p	давление, парциальное давление;
Т	температура, 0К
Vсм	объем смеси
Vр	объем аппарата
Vпгс	объем парогазовой смеси
W	скорость реакции;
Х	степень превращения;
	плотность материала;
	время;
ВОС	виброожиженный слой
МХА	механохимактивация

ВВЕДЕНИЕ

До настоящего времени большинство газофазных реакций осуществляют на гетерогенных катализаторах, состоящих из активного компонента и пористого носителя. В процессе эксплуатации снижается прочность, термостойкость и активность катализатора, что существенно ограничивает область их применения. В 1988 г. для преодоления ограничений предложено применять мелкодисперсное каталитически активное вещество без носителя в состоянии аэрозоля (АС– Aerosol Catalysis). В основе АС – совмещение в реакционном объеме (in situ) стадий: механосинтез наночастиц, их механохимактивация, каталитическая реакция и создание самоорганизующейся квазиструктуры аэрозоля катализатора.

Продуктами метанольной переэтерефикации жиров в производстве биодизеля является собственно биодизель и глицериновая фаза, которую ошибочно называют глицерином: защелоченный глицерин с примесями метанола и воды. На самом деле до чистого глицерина ее нужно еще «довести», без чего хранение и утилизация представляют серьезную проблему. Чистый глицерин находит широкое применение во многих отраслях хозяйства (мировое потребление ~ 1 млн. тонн в год), и является продуктом крупнотоннажного производства. На каждую тонну произведенного биодизеля приходится около 120 кг грязного глицерина, и при сегодняшним мировом производстве биодизеля в 15 млн. тонн в год наблюдается перепроизводство глицерина, которое за 2006-2009 года привело к троекратному падению цен на чистый глицерин, поэтому проводить и без того дорогую перегонку глицериновой фазы невыгодно, и, пока ученые решают вопрос о применения такого большого количества ненужного глицерина, целевой продукт органического синтеза превращается в промышленный отход.

Процессы окисления и конверсии глицерина являются интересными и перспективными с практической и прикладной стороны, а изучение этих процессов в условиях технологии аэрозольного катализа представляет собой несомненный интерес также и для фундаментальной науки.

В данной работе проведено глубокое каталитическое окисление глицерина на катализаторе оксид железа (III) по технологии аэрозольного катализа. Исследована кинетика и политермия данного процесса. Продукты окисления не содержали CO, что доказано методом газовой хроматографии. Осуществлен процесс парового риформинга глицерина.

Целью работы являлось установление закономерностей влияния внешних параметров (температура, частота вибрации) и изучение кинетики процесса глубокого окисления глицерина на катализаторе Fe2O3 в условиях технологии аэрозольного катализа.

Задачи исследования:

1. Сбор лабораторной установки, калибровка приборов. Подготовка каталитической системы, тестирование Fe2O3 катализатора.

2. Проведение процесса глубокого окисления глицерина на Fe2O3.катализаторе в интервале температур 300 – 600 оС при постоянной вибрации, и в интервале частот 0,5 – 6 Гц при постоянной температуре

3. Изучение кинетики процесса и анализ влияния внешних параметров на процесс глубокого окисления глицерина .

4. Осуществление первичного скрининга Fe2O3 катализатора в процессе парового риформинга глицерина в условиях технологии аэрозольного катализа

5. Теоретическое изучение коагуляции аэрозоля катализатора

Объект исследования — технология аэрозольного катализа

Предмет исследования—процесс глубокого окисления и паровой риформинг глицерина на железнооксидном катализаторе в условиях аэрозольного катализа.

Методы исследования: экспериментальное исследование на лабораторной установке проточного типа (газовая фаза), хроматографические методы анализа.