АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Каталітичне отруєння

Отруєння каталізатора - це часткова або повна втрата його активності в результаті дії сторонніх домішок - контактних отрут. Отруєння може бути оборотним і необоротним. При оборотному отруєння домішки знижують активність каталізатора тільки при їх присутності в зоні каталізу, при видаленні отрути каталізатор відновлює свою колишню активність. При необоротному отруєння активність каталізатора не відновлюється і після видалення контактних отрут із зони реакції.

Каталітичні отрути - це речовини, які знижують або повністю знищують активність каталізаторів. До них відносяться, наприклад, сполуки миш'яку, ртуті, свинцю, ціаніди, отруйні платинові каталізатори. У виробничих умовах реагують речовини намагаються очищати від каталітичних отрут, а отруєні каталізатори регенерують.

Промотори - речовини, що підсилюють дію каталізаторів. Наприклад, платинові каталізатори промотують домішками заліза, алюмінію…

Кінетика реакцій гетерогенного каталізу. Зниження енергії активації реакції в присутності каталізатора пояснюється утворенням проміжних сполук (активованих комплексів). Зміна реакційного шляху відбувається в цьому випадку завдяки утворенню проміжних неміцних продуктів взаємодії реагуючих речовин з каталізатором.

Спочатку каталізатор і реагує речовина утворюють проміжну сполуку, яка потім реагує з іншим вихідним речовиною, даючи кінцеві продукти реакції і вивільняючи каталізатор. Проміжні сполуки дуже нестійкі, з малим періодом життя, існують тільки в процесі каталізу. Їх властивості різко відрізняються від властивостей аналогічних з'єднань, що утворюють об'ємну фазу.

Схематично реакцію між вихідними речовинами А, B з участю каталізатора До можна представити наступним чином:

1.

де АК - активований проміжне з'єднання;

С і D - продукти реакції.

Каталітичне перетворення є складним багатоступеневим процесом, що включає:

· дифузію вихідних реагентів з ядра газового потоку до поверхні гранул каталізатора (зовнішня дифузія);

· проникання цих речовин у порах каталізатора до активних центрам його внутрішньої поверхні (внутрішня дифузія);

· активовану адсорбцію (хемосорбцию) продиффундировавших реагентів поверхнею каталізатора з утворенням поверхневих хімічних сполук;

· хімічна взаємодія адсорбованих речовин з утворенням нових продуктів;

· десорбцію продуктів і їх перенесення до зовнішньої поверхні гранул каталізатора (внутрішня дифузія);

· перенесення продукту реакції від поверхні каталізатора в ядро газового потоку (зовнішня дифузія).

Константа швидкості каталітичного перетворення при даній температурі є функцією констант швидкостей прямої, зворотної та побічної реакції, а також коефіцієнтів дифузії вихідних реагентів і продуктів їх взаємодії.

У загальному випадку сумарне рівняння швидкості всього процесу гетерогенного каталізу повинно включати опис його стадій. Відомо, що найбільш повільною стадією, лімітуючої процес, є дифузійний перенос газоподібного речовини через прикордонний шар газуЯкщо каталітичний процес йде у внешнедиффузионной області, то його швидкість івизначається коефіцієнтом дифузії реагентів і продуктів реакції в газі. За законом Фіка при сталості умов дифузії.

2.

де G - кількість компонента, перенесене за час t в напрямку z, перпендикулярному поверхні зерна каталізатора, при концентрації з дифузійного компонента в ядрі потоку реагентів (продуктів реакції);

D_е - ефективний коефіцієнт дифузії, який визначається сукупністю молекулярної і турбулентної (конвективної) дифузії; S - вільна поверхня зерен каталізатора.

У разі коли швидкість реакції по загрязняющему компоненту А лімітується зовнішньої дифузією, швидкість перенесення цього компонента до поверхні зерен каталізатора можна визначити по рівнянню массоотдачи:

3.

де β_р - коефіцієнт массоотдачи в газовій фазі; S_ч - зовнішня поверхня частинки каталізатора; - концентрації компонента А в газовому потоці і його рівноважна концентрація на поверхні частинки каталізатора.

Для внутридиффузионной області та реакції першого порядку сумарну швидкість каталітичного процесу знаходять, комбінуючи рівняння массопередачі з рівнянням дифузії і реакції всередині частинки:

4.

де k - константа швидкості реакції, віднесена до 1 м³ каталізатора;

V_ч - обсяг частинок каталізатора;

_А0 - початкова концентрація компонента;

з_А - середня концентрація компонента А всередині пори;

з_АП - максимально можлива концентрація компонента А біля поверхні каталізатора.

Загальне рівняння швидкості каталітичного процесу, що протікає в кінетичній області, з урахуванням основних технологічних параметрів (концентрації, температури, тиску і активності каталізатора):

5.

де - приріст кількості продукту в часі;

v - насипний об'єм каталізатора;

Δс - рушійна сила процесу при атмосферному тиску;

р₁ - безрозмірний тиск, тобто відношення дійсного тиску до атмосферного;

n - порядок реакції.

Інтенсивність або швидкість каталітичного перетворення може бути виражена у загальному вигляді через кількість конвертованою в одиницю часу t домішки G_А чи кількість що утворюється в одиницю часу продукту G_Пкаталітичного взаємодії:

6.

де k_A, k_П - відповідно константи швидкості процесів за обезвреживаемому компонента А і продукту реакції;

Δс_А, Δс_П - відповідно рушійна сила процесів конверсії компонента А і продукту реакції. [Фізична та колоїдна хімія - Навчальний посібник (Калінков О.Ю.)]

Пряме спалювання використовують в тих випадках, коли очищаються гази володіють значною енергією - теплотою згоряння, достатньої для підтримки горіння.

Суть високотемпературної очищення газів полягає в окисленні знешкоджувати компонентів киснем. Цей метод застосуємо практично для знешкодження будь-яких парів і газів, продукти спалювання яких менш токсичні, ніж вихідні речовини. Пряме спалювання використовують в тих випадках, коли концентрація горючих речовин у відхідних газах не виходить за межі займання.

Вогневої обробкою, як і термокаталитическим окисленням, принципово можливо знешкодити лише речовини, молекули яких не містять яких-небудь інших елементів, крім водню, вуглецю і кисню. Це такі хімічні сполуки: водень Н2, оксид вуглецю СО, вуглеводні ЗmНn і кисневі похідні вуглеводнів. За допомогою спалювання можливо знешкодження зазначених речовин у газоподібному, рідкому і твердому станах, дисперговані або компактних, а за допомогою термокаталітіческого окислення - тільки в газоподібному. Термокатализ неприйнятний і для обробки газів (парів) і високомолекулярних висококиплячих з'єднань, які, погано випаровуючись з каталізатора, коксуются і "отруюють" його.

Забруднювачі, що містять які-небудь елементи, крім Н, С і О, - сірку, фосфор, галогени, метали та ін, не можна подавати на термоокислительную обробку, так як продукти згоряння будуть містити високотоксичні сполуки. В реальних умовах і при спалюванні чисто органічних сполук не вдається забезпечити абсолютно повне окислення вихідних компонентів до практично нешкідливих вуглекислого газу (СО2) і парів води (Н2O). В димових газах завжди присутні оксид вуглецю (СО) і інші продукти хімічного недопалу (неповного окислення). Крім того, при підвищених температурах помітно прискорюється реакція окислення азоту, який надходить в зону горіння з паливом і повітрям. Деякі оксиди азоту надають шкідливий вплив на організм людини і навколишнє середовище. Пальне речовина отбросних газів складається в основному з трьох елементів - вуглецю, водню і сірки.

Горіння - це швидке з'єднання кисню з горючими елементами, що супроводжується виділенням теплоти. Кожен процес горіння вимагає:

1) достатнього часу для завершення хімічних реакцій; достатньої температури для нагрівання газових викидів до послідовних стадій розкладання і до загоряння вуглецю і водню;

2) достатньою турбулентності для змішування кисню і горючих елементів і забезпечення повного згоряння.

При горінні протікають наступні основні реакції:

Вуглець до діоксиду вуглецю СО + O2 → СО2 + тепло

Вуглець до оксиду вуглецю 2С + O2 → 2СО + тепло

Оксид вуглецю до діоксиду вуглецю 2СО + O2 → 2СО2 + тепло

Водень до водяної пари 2Н2 + O2 → 2Н2O + тепло

Сірка до діоксиду сірки S + O2 → SO2 + тепло

Коли температура займання перевищена, реакція дає більше тепла, що втрачається в навколишнє середовище, і горіння стає самопідтримування. Температура займання зростає в ряду газоподібне паливо - рідке паливо - вугілля. Теплота згоряння, тобто кількість теплоти, що виділяється при згорянні одиниці палива, залежить від хімічної сполуки, що спалюється. В ідеалі паливо даної маси з'єднується зі стехіометричним кількістю кисню, даючи продукти згоряння.

Газоподібне паливо легко змішується з повітрям і не вимагає підготовки. Коли повітря і газ перемішані до займання, горіння протікає шляхом гідроксилювання в голубому полум'ї. Крекінг, або горіння жовтим полум'ям, протікає, коли кисень доданий до газу, після того як обидва компоненти нагріті. У жовтому полум'ї можуть утворюватися сажа і пироуглерод, якщо є недостатньо кисню або якщо горіння припинено передчасно.

Природний газ, в основному метан, є переважаючим газоподібним паливом, що використовується в даний час. Теплота згоряння його лежить в межах (3,4-4,5)·105 Дж/м3.

Іншими газоподібними паливами є газовий конденсат, нафтові гази, доменний газ, ацетилен, водень і спутные гази, склад яких залежить від типу виробництва Майже у всіх процесах горіння використовується повітря, а не чистий кисень. Кількість повітря, що використовується в системі спалювання, залежить від кількості кисню, необхідного для повного згоряння, і від ступеня змішування. При ідеальному змішуванні теоретичне ставлення повітря до палива забезпечує повне згоряння, однак змішання ніколи не буває ідеальною і для повного згоряння потрібно надлишковий повітря.

При збільшенні надлишкового повітря зменшується кількість незгорілого палива і збільшується ефективність згоряння, але при цьому розбавляються і охолоджуються продукти горіння. При цьому є точка, за якою при подальшому збільшенні надлишку повітря губиться з газами, що відходять більше теплоти, ніж створюється за рахунок вивільнення при згорянні. Ця точка називається точкою максимальної загальної теплової ефективності.

При обробці горючих газів для руйнування токсичних органічних речовин може бути використане допалювання, однак застосування цього методу ускладнене тим, що концентрація органічних домішок, розподілених у великому об'ємі повітря, дуже низька.

Допалювання являє собою метод очищення газів шляхом термічного окислення вуглеводневих компонентів до СО2 і Н2O. У ході процесу допалювання інші компоненти газової суміші, наприклад галоген - і сірковмісні органічні сполуки, також перетерплюють хімічні зміни і в новій формі можуть ефективно видалятися або вилучатися з газових потоків.

Для того щоб нагріти такі великі кількості повітря до температур, при яких проводиться допалювання, витрачається дуже велика кількість енергії. Економічність процесу допалювання може бути значно підвищена завдяки адсорбційного концентрування забруднень перед допалюванням. Оброблювані гази пропускають через шар адсорбенту, а насичений адсорбент продувають повітрям, який потім надходить на допалювання. Такий метод дозволяє підвищити концентрацію забруднювача в 40 разів.

Каталітичне отруєння це контактні отрути, речовини, що викликають «отруєння» каталізаторів (зазвичай гетерогенних), тобто що знижують їх каталітичну активність або що повністю припиняють каталітичну дію. [http://vseslova.com.ua/word/Каталітичні_отрути-45377u]

Отруєння каталізаторів відбувається в результаті адсорбції отрути або продукту його хімічного перетворення на поверхні каталізатора. Отруєння може бути оборотним або необоротним. Так, в реакції синтезу аміаку на залізному каталізаторі кисень і його з'єднання отруюють Fe оборотно; в цьому випадку при дії чистої суміші N2 + H2 поверхня каталізатора звільняється від кисню і отруєння знижується. З'єднання сірки отруюють Fe необоротний, дією чистої суміші не удається відновити активність каталізатора. Для запобігання отруєнню реагуючу суміш, що поступає на каталізатор, піддають ретельному очищенню. До найбільш поширених для металевих каталізаторів відносяться речовини, що містять кисень (H2O, CO, Co2), сірку, Se, Te, N, Р, As, Sb, а також неграничні вуглеводні (C 2 H 4, C 2 H 2) і іони металів (Cu 2+, Sn 2+, Hg 2+, Fe 2+, Co 2+, Ni 2+).

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 1525 | Нарушение авторских прав