Реферат: Лабораторные исследования промышленных катализаторов 2

где Р_прив =Р_м +Р_нач -∆Р – приведенное давление, МПа; Р_м – манометрическое давление, Р_нач – начальное давление, ∆Р – уменьшение давления столба ртути в капилляре дилатометра.

Пористую структуру твердых тел по этому методу исследуют на установке, состоящей из поромеров низкого (для определения объема наиболее крупных пор) и высокого давления (для определения объема пор размером от 3 до 6000 нм). Приборы позволяют замерить эквивалентные радиусы пор от 2,5 до 35000 нм.

2.6. Определение истинной и кажущейся плотности катализатора

Суммарный удельный объем катализатора (см³ /г) можно рассчитать по истинной (масса единицы объема собственно твердого материала без учеба объема пор) и кажущейся плотностям катализатора:

(15)

Наиболее распространен пикнометрический способ определения истинной плотности твердых тел. В качестве пикнометрической жидкости используют бензол, этиловый спирт, воду и другие растворители. Для определения пикнометр с бензолом термостатируют, затем взвешивают пикнометр с бензолом и без него. После этого определенную навеску образца заливают в пикнометре до метки бензолом и кипятят при 80-90 ⁰ С. Во время кипячения воздух удаляется из пор, и они заполняются бензолом. Далее в пикнометр добавляют бензол до метки, снова термостатируют и взвешивают. Истинную плотность рассчитывают по формуле:

(16)

где А – масса пикнометра с бензолом, г; В – масса пикнометра с навеской и бензолом, г; 0,879 – плотность бензола при 20 ⁰ С, г/см³ .

Кажущаяся плотность – масса единицы объема твердого материала, включая объем пор. Для ее определения навеску образца помещают в предварительно взвешенный прибор и откачивают воздух из образца. Остаточное давление замеряют вакуум манометром. Далее ртутью заполняют образец и она вдавливается в поры под атмосферным давлением. После чего прибор очищают от ртути и взвешивают. кажущуюся плотность рассчитывают по формуле:

(17)

где А – масса прибора с ртутью, г; В – масса прибора с образцом и ртутью, г; 13,54 – плотность ртути при 20 ⁰ С, г/см³ .

Суммарную пористость катализатора определяют с помощью водопоглощения W (% от массы образца):

(18)

где a_кат0 и а_кат1 – масса испытуемого образца до и после насыщения соответственно.

2.7. Электронная микроскопия

По сравнению с другими методами позволяет видеть изучаемый объект. Если данные других исследований надо интерпретировать для получения представлений о структуре тел, то электронная микроскопия свободна от этого ограничения. При помощи микроскопа можно рассматривать образец и отпечаток рельефа его поверхности. Таким образом, при изучении твердых тел можно анализировать порошки, ультратонкие срезы и реплики.

3. Определение механической прочности катализаторов

Наиболее достоверные механические характеристики катализатора могут быть получены в условиях протекания каталитического процесса, так как прочностные свойства твердых тел зависят от действий сорбционно-активной среды и температуры.

При работе в условиях неподвижного и взвешенного слоев контактные массы испытывают различные нагрузки. В первом случае зерна находятся под давлением вышележащих слоев, т.е. «работают» на сжатие в условиях различных температур и сред. В режиме взвешивания на катализатор действуют силы трения и удара. Учитывая различия в нагрузке, испытания контактных масс производят различными методами.

3.1. Статистические методы

Являются наиболее распространенными. Чаще всего используют метод раздавливания гранул. Усилие, необходимое для разрушения образца, определяется пружинным силоизмерителем. На приборе МП-2С удается измерить усилия от 5∙10^-2 Н до 1 кН. Так как прочность пористых материалов обычно сильно зависит от скорости нарастания нагрузки, чем прочность сплошных тел, в этом приборе предусмотрено устройство, обеспечивающее широкий диапазон скоростей нагружения – от 5 до 2∙10⁷ г/мин.

3.2. Динамические методы

Их проводят на копрах. Образец помещают на наковальню, куда падает боек. Методика испытаний предусматривает разбивание гранул бойком определенной массы m (от 5∙10^-4 до 0,1 кг), падающим с разных высот h . На каждой высоте испытывают 10-15 гранул и определяют долю неразбитых гранул от общего числа испытанных образцов. Высоту падения бойка варьируют от 0,01 до 1,25 м.

3.3. Метод истирания

В колонну загружают навеску катализатора, подают очищенный и осушенный воздух со скоростью, превышающей критическую скорость взвешивания в определенное число раз. Через определенные промежутки времени, взвешивая катализатор, определяют его убыль. Для контроля также взвешивают ловушку с фильтром. Истираемость массы I (%) за определенный период времени считают как отношение убыли в массе катализатора к его первоначальной массе:

(19)

Прибор МП-8И также служит для определения истираемости катализаторов и сорбентов. Он состоит из двух барабанов, вращающихся с разной скоростью. Наружный барабан вращается с частотой 30-200 оборотов в минуту и пересыпает гранулы на другой барабан, частота вращения которого 1000 – 10000 об/мин. Измельченный материал собирается в поддоне, а навеска образца, остающаяся в барабане, служит мерой истираемости. Проведенные опыты показали, что такая методика удовлетворяет в основном поставленным требованиям. Кроме того этот прибор можно использовать и для оценки износа зерен в условиях реакции, при этом его помещают в коаксиальную цилиндрическую печь, а необходимый поток реагентов подводят вдоль оси вращения.

3.4. Определение механической прочности в условиях катализа

Данное определение дает наиболее достоверное сведения о качестве катализатора. Прибор, позволяющий определить механическую прочность катализатора, представлен на рис. 7.

.

Рис. 7. Схема прибора для определения механической прочности катализаторов в условиях реакции:

1 – шкала, 2, 7, 9 – втулки, 3 – гайка, 4 – сильфон, 5 – измерительная пружина, 6 – пробка, 8 – термопара, 10 – спираль, 11 – перфорированная тарелка, 12 – образец, 13 – теплоотражатель, 14 – кварцевый реактор, 15 – стержень, 16 – окно

Образцы катализатора по три гранулы помещают между плоскими перфорированными тарелками 11, расположенными в реакторе 14. Усилие поджима создают измерительной пружиной 5 и втулкой 2 и передают через тарелки на образцы. Контроль и регулирование температуры в зоне реакции ведут с помощью термопары 8. Методика испытаний состоит в следующем. После загрузки реактора и прогрева включают подачу реагентов и создают определенный поджим пружины. Через окна отражателя визуально фиксируют число неразрушившихся гранул.

Список литературы

1. Технология катализаторов / И. П. Мухленов, Е. И. Добкина, В. И. Дерюжкина; Под ред. И. П. Мухленова. — 2-изд., перераб. — Л. : Химия, 1979. — 325 с.

2. Весы Мак Бена [Электронный ресурс]. – Режим доступа: - http://m-protect.ru/wiki/index.php/Весы_Мак_Бена. - 04.06.2010.