- •Кафедра неорганічної хімії
- •Кафедра неорганической химии
- •1 Литературный обзор
- •Современное состояние гетерогенного катализа
- •1.2 Нанокатализ
- •1.3 Аэрозольный катализ – новое направление в химической технологии
- •Продолжение таблицы 1.1
- •2 Экспериментальная часть
- •2.3 Охрана труда
- •Результаты и их обсуждение
- •Глубокое каталитическое окисление глицерина
- •Первичный скрининг Fe2o3 катализатора в процессе паровой конверсии глицерина
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 - 55С. 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
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
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.