На главную страницу сайта Опыты по химии Химический Юмор. Научный Юмор Опыты по физике    



Форум Химиков - Энтузиастов. Химия и Химики

Эксперименты по Химии - Практическая Химия - Книги по Химии - Физика – Астрономия – Биология – Научный Юмор
Прежде чем отправить свое сообщение - ознакомьтесь с ПРАВИЛАМИ ФОРУМА.
Прежде чем создать новую тему - воспользуйтесь ПОИСКОМ, возможно, аналогичная тема уже есть

All times are UTC [ DST ]




Post new topic Reply to topic  [ 16 posts ] 
Author Message
 Post subject: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 23 Mar 2010 12:05 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
нет ли у кого схемы установки для изучения гетерогенного (газ - тв.тело) катализа?
интересует окисление летучих органических веществ (в частности, толуол) оксидами металлов. есть идеи как сделать установку, но может у кого-то есть готовая схема...

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: схему установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 23 Mar 2010 12:55 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
В двух словах это выглядит так: баллон с газовой смесью через редуктор подключен к ротаметру. Расход смеси регулируют специальным вентилем. Расход газовой смеси - исключительно важный параметр.
Далее смесь идет в каталитический реактор. Он представляет собой прямую или U - образную трубку, которая содержит несколько грамм (или несколько десятков грамм) катализатора. Катализатор укладывают сплошным слоем, фиксированного объема (Например,1 или 5 см3). С торцов катализатор уплотняют стекловатой.
Реактор расположен в муфеле (горизонтальном трубчастом или вертикальном), внутри слоя катализатора установлена термопара (в кварцевой пробирочке - "кармане").
Термопара служит для измерения и регулирования температуры слоя катализатора. Через регулятор термопара соединена с муфелем.
Материал реактора - кварц, если Т не выше 300 С - можно пиреск. После реактора газовая смесь поступает в хроматограф, где определяют содержание нужных веществ (реагентов и/или продуктов). Вместо хроматографа возможны и другие способы детекции (например, ИК).

Есть неплохая книга, по моему она называется Масагутов P. M. Алюмосиликатные катализаторы и изменение их свойств-при крекинге нефтепродуктов. М.: Химия, 1975 . 272 с. В сети не нашел, попробую поспрашивать у знакомых.

Немного позже опишу подробнее и нарисую пару схем.

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: схему установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 23 Mar 2010 14:08 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
температура реактора порядка 400 - 600 С.
такой вопрос: как регулировать расхода газообразного толуола? была идея пропускать через раствор толуола нагретый азот, но как контролировать содержание толуола в газовой смеси?.. углеводород может быть не только толуолом...

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: схему установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 23 Mar 2010 15:30 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
radioPunch wrote:
температура реактора порядка 400 - 600 С.
такой вопрос: как регулировать расхода газообразного толуола? была идея пропускать через раствор толуола нагретый азот, но как контролировать содержание толуола в газовой смеси?.. углеводород может быть не только толуолом...

Попробую завтра переговорить со знающим человеком, но общая схема такая:
в термостатированную колбу с толуолом барботируют инертный газ. Зная расход газа и давление насыщенных паров толуола (при этой Т) задают расход толуола. Расход толуола регулируют контролируя подачу газа-носителя. Как вариант можно также регулировать Т колбы.
Содержание толуола контролируют с помощью газового хроматографа. Перед колонкой должен быть смеситель, в котором смешиваются компоненты. Иногда это просто тройник, иногда устройство посложнее:
Attachment:
File comment: Устройство для смешивания газов
004.jpg
004.jpg [ 67.37 KiB | Viewed 20030 times ]

Для температуры порядка 400 - 600 С нужен кварц.
Забыл добавить - оксиды наносят на носитель, например, пористый фарфор, силикагель, пемзу... Для этого носитель пропитывают солью металла (нитрат, ацетат...), сушат и прокаливают.

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: схему установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 23 Mar 2010 15:46 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
про давление насыщенных паров как-то не подумал. спасибо!
про носитель: у нас частицы оксидов будут инкорпорированы в структуру мезопористого SiO2. одним из параметров исследования будет размер пор (от 2 до 20 нм)...
здорово, когда можно спросить совета у знающих людей!

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: схему установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 24 Mar 2010 12:10 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
Сегодня переговорил результат следующий:

Чтобы сделать установку необходимо три основные вещи:
1) Система дозирования толуола
2) Каталитический реактор
3) Система детекции – газовый хроматограф или масс-спектрометр

Самой сложной является система дозирования.
Существует несколько вариантов.
1) Приготовление газовой смеси в баллоне. В баллон подают заданное количество (например, 20-30 см3 толуола), потом накачивают воздух до заданного давления. Ждут сутки, пока установится равновесие.
Необходимо работать за пределами образования взрывчатой смеси толуол-воздух! Ориентировочно – не более 3-4% толуола, точнее посмотрите в справочнике.
2) В барботер с термостатированной рубашкой подают воздух. Термостатирование проводят за счет подачи теплой воды из жидкостного термостата. После барботера необходимо отсечь капли и аэрозоль толуола, для этого ставят каплеуловитель + слой стекловаты.
3) Дозатор шприцевого типа, который подает толуол на нагретую пористую массу.
Attachment:
File comment: Схема дозатора (согл. п.2)
toluene-air-mixture-1.JPG
toluene-air-mixture-1.JPG [ 23.74 KiB | Viewed 20024 times ]


Каталитический реактор я уже описал. Важная деталь: при работе с толуолом (другими жидкостями и тем более - твердыми веществами) все линии должны быть теплоизолированными и с подогревом. Подогрев достигается с помощью нихромовой спирали. Необходимая температура - на 20-30 С выше, Ткип толуола.
Attachment:
File comment: Каталитический реактор
toluene-air-mixture-2.JPG
toluene-air-mixture-2.JPG [ 54.51 KiB | Viewed 20024 times ]


Блок детекции - газовый хроматограф или масс-спектрометр. Обязательно проводят прямую калибровку по веществу.

Общая схема установки
Attachment:
File comment: Схема каталитической установки
toluene-air-mixture-3.JPG
toluene-air-mixture-3.JPG [ 11.53 KiB | Viewed 20024 times ]

1 - дозатор, 2 - реактор, 3 - детектор.
Все соединения 1-2-3 с электроподогревом. На линиях 1-2 и 2-3 стоят трехходовые краны.

Общее время работы по сборке и отлаживанию установки оценивается в 6-12 мес.

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: схему установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 24 Mar 2010 15:23 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
Ух, здорово! Спасибо! Будем думать про детали сами...
Непонятны следующие моменты:
что такое дозатор шприцевого типа? просто я думал, что ток воздуха постоянный...
переход 1-3 на последней схеме - для прямой калибровки по веществу?

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 24 Mar 2010 17:29 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
Да - переход для калибровки, но позже я понял, что для вашей установки он лишний: без хорошего нагрева не будет никакой конверсии, поэтому можно пускать смесь через реакционную колонку.
Для контроля всего этого обязательно следует делать прямую калибровку хроматографа т.е. впрыскивать толуол шприцем Гамильтона (стандартная процедура).
Attachment:
File comment: шприц Гамильтона
Hamilton.jpg
Hamilton.jpg [ 20.73 KiB | Viewed 20018 times ]


Поток смеси на колонку обязательно должен быть постоянным (как правило). Подбирают нужную скорость, потом на ней работают - иначе будут несопоставимые результаты. Состав смеси тоже, как правило, не меняют.

Вариант со шприцем простой, но дает плохую точность. Берется стеклянный шприц со стальным поршнем и специальное устройство, которое давит на этот поршень с заданной скоростью ("шприцедавка"). В шприце дозируемая жидкость. Жидкость попадает на нагретую поверхность, где тут же испаряется, а пар уносится газом.

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 25 Mar 2010 08:16 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
понял. мне больше понравился второй вариант - с барботером. хотя при таком варианте, как мне кажется, возможно непостоянство состава.
другой вопрос: как определять тот же толуол при постоянной подаче газовой смеси? Т.е. хроматограф определяет, грубо говоря, время задержки вещества на колонке после того, как смесь веществ впрыснули в момент t0. А если поток постоянный, то, насколько я понимаю, получится хрень... или я ошибаюсь? нет ли другого количественного метода измерения, который подойдет для он-лайн определения содержания углеводорода в смеси? я раньше как-то не сталкивался с такой необходимостью...

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 25 Mar 2010 08:42 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
Самый точный вариант 1 - с баллоном, но если супер точности не нужно, подойдет и вариант с барботером.
Поток смеси через реактор постоянный, через хроматограф - периодический:
набор пробы - анализ пробы - набор пробы - (перерыв на обед) -анализ...
Такой режим предусмотрен конструкцией самого хроматографа (многоходовый кран + "петля" для набора газа).
Хроматограф используют не только для качественного анализа (время выхода, оно же время удержания), но и для количественного - сопоставляя площадь пика вещества в анализируемой смеси и в эталоне. Если вещество жидкое - для калибровки его вводят в хроматограф с помощью специального шприца Гамильтона (см. выше). Все расчеты выполняются автоматическими программами (я правда, работал на приборе, где пики меряют линейкой, а концентрацию считают на калькуляторе).
С масс-спектрометром - аналогично.

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 25 Mar 2010 08:50 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
ну, принцип работы и расчета в хроматографическом анализе мне известны. =)
а вот про то, что его так можно подсоединить я не знал. Огромное спасибо Вам, Владимир! Теперь все встало на свои места!

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 26 Mar 2010 08:37 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
по Вашим советам набросал следующую схему:
Attachment:
File comment: схема
Схема.jpg
Схема.jpg [ 468.87 KiB | Viewed 19383 times ]


1 – баллон с газом-носителем; 2 – блок подготовки газов; 3, 4, 10 – вентили тонкой регулировки; 5 – термостатируемая рубашка; 6 – барботер; 7, 8, 17 – расходомеры; 9 – смеситель; 11 – муфельная печь горизонтального типа; 12 – термопара; 13 – терморегулятор; 14 – шестиходовой кран-дозатор; 15 – петля калиброванного объема; 16 – термостат крана-дозатора; 18 – хроматографическая колонка; 19 – детектор; 20 – термостат хроматографа; 21 – компьютер.

я ничего не забыл (кроме каплеуловителя и термоизоляции трубопровода... только что заметил...)?
Такая схема должна позволить изучать катализ при разных скоростях потока газовой смеси, ее состава (для этого сделано разделение воздуха/кислорода и газа-носителя с парами толуола - или это лишнее?) и температуры реактора. схема крана-дозатора не точная, а лишь схема. понятно, что подключение там должно быть по-другому сделано.

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 26 Mar 2010 12:18 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
Показал установку, человеку, который занимался этим 20 лет, он высказал следующие замечания:
Трубчастый муфель должен быть горизонтальным (иначе катализатор распределится неравномерно)
В барботер подается воздух (от себя добавлю, что барботировать газ лучше через пористую стеклянную перегородку).

Разберитесь со методом анализа (хроматографом) который есть у вас в наличии. От этого сильно зависит схема установки Например, на катарометр подается два потока гелия, в один из которых впрыскивается проба.
Какие продукты вы собираетесь анализировать? (Остаточный толуол или СО и СО2 - на одной колонке анализ а и б невозможен).

Какая цель исследования? Если вы хотите исследовать катализатор, состав смеси должен быть фиксированным (баллон). Расход смеси - как правило фиксирован.
Если объектом является процесс (не катализатор), тогда нужен барботер, но это резко увеличивает вероятность ошибки. (90% ошибок в катализе от неправильного состава газовых смесей).
Немного позже выложу скан реальной установки окисления бутана (из диссертации), правда она нарисована не совсем удачно.

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 26 Mar 2010 13:01 
Offline
Участник
Участник

Joined: 07 Jan 2010 12:33
Posts: 155
Location: Москва, Россия
1. трубчатый муфель будет горизонтальным
2. понял с барботером, будем подавать воздух с использованием стеклянной перегородки.
3. с хроматографом тоже понял. скорей всего не катарометр...
4. определять пока не знаю что лучше. цель - выход реакции. вот и не знаю, что лучше измерять - оставшийся толуол, наверно.
5. т.к. с целью определились, значит нужен баллон....

понял. очень хочется посмотреть на скан реальной установки. =)

_________________
"Для того чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать." Р.Декарт
"Нет таких отдаленных явлений, познания которых нельзя было бы понять." Р.Декарт


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 26 Mar 2010 14:24 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
Attachment:
File comment: Установка каталитического окисления бутана
catalisis.jpg
catalisis.jpg [ 114.25 KiB | Viewed 19376 times ]

Вот установка каталитического окисления бутана. Схема взята из одной кандидатской диссертации. Там напутано безбожно, но пусть это вас не смущает: правая верхняя часть - хроматограф с ионизационным детектором, правая нижняя - хроматограф с катарометром. Для более равномерного нагрева смесь бутан-воздух проходила через рубашку муфеля, но это навороты. Обычно для этой цели перед слоем катализатора крадут несколько сантиметров зерен кварца (размером 1-3 мм). В конкретном случае реактор представлял собой кварцевую трубку длиной 700 и диаметром 7 мм.
Как видите в данной работе даже не пытались варьировать состав реакционной смеси - ее приготовили раз - и на все исследование. Баллон со смесью даже не показан на рисунке.

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
 Post subject: Re: Схема установки для изучения гетерогенного катализа
PostPosted: 05 Feb 2011 19:57 
Offline
.
User avatar

Joined: 04 Nov 2009 22:05
Posts: 62193
Location: Моя Батьківщина там, де моя лабораторія
На случай, если кому-то пригодится - каталитические установки хорошо описаны в книге:
Э. Мэкстед Катализ и его промышленное применение (1936)
viewtopic.php?f=15&t=35&start=900

_________________
Думайте!


Top
 Profile E-mail  
 
Display posts from previous:  Sort by  
Post new topic Reply to topic  [ 16 posts ] 

All times are UTC [ DST ]


Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 9 guests


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Search for:
Jump to:  

[Сообщить об ошибке, испорченном вложении, битой ссылке]
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group