エチレンの触媒反応: 水素化

Chemical Engineering

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Overview

ソース: ケリー ・ m ・ ドゥーリーとマイケル g. ベントン、工業化学科、ルイジアナ州立大学、バトン ルージュ, ルイジアナ

エチレン (C2H4) エタン (C2H6) の水素化は、しばしば新しい金属触媒を特徴付けることモデル還元反応として研究されています。1-2サポートされているニッケルは、この反応の最も活動的な金属触媒ではない、それは < 200 ° C で反応の起こることができるアクティブです

反応は通常吸着・解離水素 (H2) 吸着エチレンと反応を伴います。つまり、両方の水素原子とエチレン分子フォーム社債金属サイト (ここで示さ"S")。S とエチレンの強い結合水素エチレン、エタン、吸着がなく形成に追加するように十分に二重結合を弱めます。

この実験の目的は、まず、反応分数変換を制限する生組成計測値に変換します。3これらの変換使えるようになる流れを栓流リアクター (PFR) 標準電源法定式化するデータに合わせて「積分法」による。3理論的な注文のエチレンの水素反応の実験的注文の比較はここでは、反応速度論的物質移動制御ではなく制御すること明らかにします。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 化学工学. エチレンの触媒反応: 水素化. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

反応のメカニズム (A をさせるためエチレン、E を = = エタンと S = 金属サイト) として記述することができます:2

A + S Equation 1 (1)

H2 + 2 S Equation 1 HS + HS (2)

AS + HS Equation 1 AHS + S (3)

AHS + HS Equation 1 E + S + S (4)

仮定すると 3 番目の反応が律速段階と S サイトの合計量は一定です (So)、おおよその質量収支を使用できます。

(So) ~ (S) + (AS) + (HS) (5)

理論的な速度式を取得するには (2) の手順 (1) - の準平衡の仮定:

r = k (H2)1/2 (A) (So)2 [1 + K1 (A) + K21/2 (H2)1/2]-2 (6)

k は速度定数、K は平衡定数、「1」「2」2 番目の反応のためと (H2)、最初の反応は、(A) と (So) の各コンポーネントの濃度します。おおよそのマスバランス仮定に注意 (S) (HS) と (AS) >> (AHS)。また、(So) は定数金属サイトの合計数が変わらない限り、注意してください。金属のサイトの数が減る時間に関して、私たちは、触媒「非アクティブ化」; と言うそれが増加するとき、触媒「活性化」します。この反応は、非アクティブ化することができますこの化学量論と側の反応によって引き起こされます。

C2H4 Equation 1 (CH)2 a + H2 (7)

ポリマー製品 (CH)2 a (「コークス」) が大きすぎる ("a"が大きい) の金属から脱着するサイト、および、これらの金属のサイトは効果的に、金属から削除されます。4ただし、後続反応条件があります、打破するコークス「非アクティブ化」触媒。

低濃度エチレンの率は明らかだこれらの動態反応速度は、高濃度のエチレン、-1 注文に対しエチレン、最初順序。水素のための対等な価値は、-0.5 0.5 です。この型 (酵素触媒反応も共通) の率の式は、「ラングミュア ヒンシュルウッド」と呼ばれます。1平衡定数 K は温度に依存するのでこの率式告げては、エチレンの順序 m 型の「べき乗則」レート式で。

r = k (A)m (H2)n (8)

温度によって変わります。実験データから表現が後退したほとんどの率、「べき乗則」型化学反応速度論の標準的な教科書のようです。5

原子炉システム (図 1) の簡略図を次に示します。バルブやコンポーネントの多くは、原子炉にラベル付けされます。原子炉は、sandbath 内に含まれる鋼管です。空気を使用して、金属抵抗ヒーター加熱流動化、sandbath しています。大量の熱は、パイロット プラントの原子炉に急速に転送できます。

Figure 1
図 1: 触媒反応システムの模式図

注意事項は、安全なシステムにする撮影されています。システム、高温のシャット ダウンにリリーフ バルブが、希釈された水素のみ (シリンダーのスペック シートを参照) されます。ただし、任意の反応のシステム安全手順の遵守が必要です。空気中の水素のより低い爆発限界は、4.0 vol % です。6この理由だ周辺の sandbath に原子炉が水素に漏れていないことを確認することが重要です。CGD900 可燃性ガス漏れ検知は、この目的で利用できます。

このデモ (2.0 g) に用いられる触媒は活性成分としてニッケルを使用しますが、約 40 wt % のシリカ (SiO2) は。その目的は、表面の広い領域をカバーするためニッケルを提供するためし、シリカが、ニッケルの「サポート」を呼びます。不活性物質、炭化ケイ素 (SiC) は、原子炉の残りの部分を埋めるためです。触媒は表面積 150 m2/g、細孔容積を = = 0.2 cm3/g と ~ 1300 kg/m3の密度。

触媒充填層反応器に最も近い理想的な原子炉は、PFR です。非理想炉炉心解析は、この実験の範囲を超えています。独立変数と従属変数として分数変換触媒の重量を使用して PFR 質量収支になります。

Equation 2(9)

fAが限定反応物質の小数部の変換は、"f"の略 (出口) 最終的な条件、W は触媒の重量、FAoのフィード モル流量 A と r' あたり重量に基づいて率式です。どのように r をかける ' f の面で理想気体に対してのみAは標準的な動態参照のいずれかで覆われています。3データ、エチレンを制限することで 1 つのクラスおよび水素を制限すると他の 2 つのクラスがありますが、のみ 1 つの一般的な速度式があることに注意してください。小数部の変換は、ガスのクロマト グラフのフィードと製品の両方のガスを分析することによって見つけることが。質量収支をクローズ、反応速度を検出して、この種の触媒反応の公称活性化エネルギーと比較してできます。1 つはまた反応の命令を比較できます。

Procedure

システムは商業分散制御システムによる制御します。演算子インターフェイスを 1 つだけがあります。

1. 原子炉起動

  1. リアルタイム プロセス履歴ビューを起動するには、スタート画面に移動 > DeltaV > 演算子 > プロセス履歴ビューと、開いている CATUnitOverview。グラフ目盛を圧縮またはメニュー バーでこれらのボタンをクリックして展開することができます。制御システムから Excel スプレッドシートにデータをダウンロードする手順は、コンピューターによって承ります。
  2. 特定のでは、sandbath に空気がします。浮子式流量計は、≈5 を読む必要がありますまたはそれ以上実行する定数開催と一貫性のある暖房を提供します。
  3. 猫ユニットのパネル ボードの黒い開始ボタンを押して sandbath ヒーターにメイン電源を有効にします。
  4. 温度コント ローラー (TIC 10、sandbath の) を目的の初期セット ポイント、自動モードに設定します。急速加熱実験の先頭には、付録 A を参照してください。
  5. グラフの温度を監視できます。原子炉廃液流量を定期的にチェックする必要があります。かどうか流れまたは暴走温度の損失などの問題開発、適切な遮断弁を使用して両方の反応の流れをシャット ダウンしオフすべてのヒーターをオンにします。Sandbath 空気を残します。

2. 設定流量

加熱前に流量を設定します。水素・窒素混合物の FIC-301 - およびエチレンの FIC 302 二流コント ローラーのキャリブレーションが提供されます。

  1. コンピューターまたはパネル ボードはコンピューターの使用を示すために 1 を使用するかどうかを示すインターフェイスでデジタルの値を設定します。
  2. GC のサンプル行をブロックします。
  3. バブル メーターの 2 つのボリューム間の単一気泡の上昇率のタイミングで体積流量を決定します。バブル メーターはガラス ビュレット卒業ボリュームです。バブル メーターは積極的に使用して流 (キャリブレーション、出口流量をチェック) を測定する場合、GC のサンプル行がブロックされていることを確認します。
  4. その組成を確認するバイパス (空白のサンプル) を介してフィードの少なくとも 1 つのサンプルを取る。原子炉をバイパスすることがなくオンザフライで流量を変更する [ok] です。流量もまた変更フィード (一定圧力) の相対的な濃度変化、ので流量は、頻繁に変更する必要があります。
  5. GC サンプル行のブロックを解除され原子炉バイパスを通ってそして GC インレット ポートに反応。
  6. ガス製品構成を分析するのにガス クロマト グラフを使用します。詳細な手順は、GC の動作および構成を決定する方法を付録 B に含まれます。

3. 原子炉停止

  1. EMERG の赤を押して sandbath ヒーターに主電源をシャット ダウンします。猫ユニットのパネル基板のボタンを停止します。
  2. 男モードでセットを 0% 出力場所チック-10。補助電源 (いる場合) を 0% に設定します。
  3. 男はコント ローラーを置くと、出力を 0% に設定して 0% にセット エチレンの流れ。
  4. ミキシング ティーと遮断する前に両方のエチレン ブロック バルブをオフ シャット ダウン、ガス シリンダー バルブ。
  5. 遮断; する前に 〜 2 分間流す水素/窒素これは、触媒の寿命が延長されます。
  6. ミキシング ティー前に両方のバルブをブロックします。水素/窒素の混合物の主弁オフ シャット ダウンします。
  7. 流動層に空気を残します。

触媒は、反応の速度を増加する反応系に追加される素材です。触媒反応で消費されていない、ため多くの産業規模プロセスで利用されます。触媒は、反応を進めるために必要な最小のエネルギーである低い活性化エネルギーと代替の発現機構の解明を提供し、反応速度を高めます。触媒反応は、同質、触媒と反応は、同じ相の意味または異種触媒と反応が異なる段階の意味をすることができます。通常、不均一系触媒、固体支持材上に分散したナノ エンティティ。触媒反応はナノ粒子表面の活性部位に反応物の吸着で始まり、反応に続いて、製品の脱着。不均一系触媒を使用して原子炉は炭化水素燃料の生産など、いくつかの産業規模プロセス中心であります。このビデオは、不均一系触媒と触媒反応の原則を示しています、パイロット スケール触媒を用いたエチレン水素化反応プロセスを示し、いくつかのアプリケーションについて説明します。

気相反応の最も一般的な触媒は、遷移金属ナノ結晶です。彼らは頻繁にラングミュア ヒンシュルウッド機構によって動作します。この仮説的なメカニズムは遷移金属原子の空の軌道に、結合の電子を delocalizing と多くの場合プロセスの解離の触媒の表面に吸着反応に始まります。いくつかの中間手順が続くかもしれないが、メカニズムの最後、触媒の表面から脱着する製品を形成する生体分子の素反応に。全体の反応率は、他の小学校の手順の平衡定数を使って表すことができます小遅いのステップの速度によって異なります。重要なの速度によって異なります触媒の活性サイトの可用性と触媒を作製し、表面積を最大化するサポートします。今では触媒のしくみ原子レベルでみましょうか、試験炉セットアップでの使用方法を参照してください。

この反応どの反応が継続的に追加され、製品を継続的に撤退で管状プラグ流反応器を使用します。原子炉は触媒充填層鋼チューブ、電気加熱温度制御された砂湯に含まれています。反応は、原子炉に入る前に t シャツを混合定圧にパイプされます。原子炉廃液を通気または、ガスクロマト グラフ分析のために入力可能性があります。流量は、バブル メートルと rotameters を使用して監視されます。安全性、希釈反応、高圧リリーフ バルブ、高温度シャット ダウン、可燃性ガスの漏れ検知器とガス抜きシステム、バイパスがインストールされます。このシステムは、適切に、高いコンバージョンから流れを栓流リアクターとしてモデル化され、空間変数反応率が期待されます。原子炉廃液データにこのモデルを適用すると、触媒反応の速度式法電源が得られます。この式、触媒についての情報の富とラングミュア ヒンシュルウッド メカニズムの実験的証拠を提供します。これらは、原則だよ今研究室では、触媒反応を示します。

このデモでエチレン、エタンを形成する触媒反応で水素化します。原子炉は、炭化物フィラー混合ようにニッケル触媒不活性シリコンとシリカ サポートが満載です。閉じるサンプル注入口のバルブとガス クロマト グラフを開始します。適切なメソッドを読み込みます。インストゥルメンタル パラメーターの必要なセット ポイントに釣り合うを許可します。砂湯に空気の流れを切り替えるし、浮子式流量計は、5 と 7 の手順のコースの間一貫して読み取りを確認します。バブル メーターを通過し、ガスの流れを開始反応線を切り替えます。バブル メーターを使用すると、初期反応液流量を設定できます。後続フロー速度調整は、バブル メーターを測定する必要はありません。次に、反応炉バイパスを通してそしてガスクロマト入口ポートに流れることによって反応物組成を確認します。

反応ガスは、触媒反応に今入力可能性があります。砂湯ヒーターをオンにし、温度設定ポイントを入力します。自動温度コントロールと共に使用できるヒーターがセット ポイントに到達彼らする必要がありますオフにする手動で彼らは制御システムによって支配されていないようです。温度を安定化させる設定ポイントで、原子炉に反応を送り続けます。製品の流量と温度を定期的に監視します。製品フローする場合停止時、または温度暴走が発生します、すぐに反応バルブを閉じますすべてのヒーター遮断、砂湯に空気の流れを維持します。定期的にガスクロマト グラフ用ガス製品のサンプルを取る。メソッドは、任意の未反応ガスを含むサンプル コンポーネントの連続クロマト グラムを生成します。砂浴温度コント ローラーで緊急停止ボタンを押すことによって原子炉をシャット ダウンします。ゼロ % およびすべてのバルブを閉じるするエチレン フロー コント ローラーを設定します。水素のための同じを実行する前に 2 分間待ちます。部屋の温度に達するまでは、砂湯に空気の流れを維持します。

反応は、エチレンの制限と水素を限定する条件の下で行われています。エタンの生産は、ガス ・ クロマトグラフィーによる異なる反応物濃度で測定されます。この生データは、小数の変換と反応空間時間に変換されます。データはトライアルのベキ率式と合わせて選択に後退しました。この場合、最高速度式には、最初の電源に発生したエチレン濃度と 4 分の 1 の電力を水素濃度が含まれています。この式では、エチレン吸着弱中、水素吸着触媒に強くことを示します。一貫性のある吸着速度差によるラングミュア ヒンシュルウッド メカニズムです。

パイロット スケール触媒リアクターは、通常工業化学合成に及ぼす触媒と反応条件を検討します。フィッシャー ・ トロプシュ合成アルカンと一酸化炭素と水素からアルカン燃料を生成します。工業的に鉄やコバルト、ルテニウム触媒を用いた固定床炉で披露されます。反応は非常に選択されていない、さまざまな触媒の選択に基づいて変化する反応経路によって複数の製品を生成します。基礎的研究は、その機構と製品組成に継続します。ハーバー ・ ボッシュ法は、人工肥料の最も重要なアンモニアを生成するのに水素と窒素を使用します。鉄、以下頻繁にコバルト モリブデン合金触媒エネルギー集中プロセスです。研究は進む長寿命、高選択性触媒、非アクティブ化せず窒素沿岸率を高めるために必要な圧力を減らします。このプロセスは、歴史的理論と異質触媒作用のモデル化に拍車をかけている、今計算の触媒設計の主題であります。

ゼウスの異種触媒リアクター入門を見てきただけ。固体触媒、パイロット スケール原子炉およびいくつかのアプリケーションを操作するための手順の基本的なメカニズムに精通している必要がありますできます。いつものように、見ていただきありがとうございます。

Results

非線形回帰推定最高 (使用して Eq。 8-9) の反応の速度定数 k と n、m は、退屈することができますを注文します。このようなソリューションのアルゴリズムには、m と n は、何千もの数値積分につながるの反復処理ごとのデータ ポイントごとの 1 つの数値積分が必要です。良い, しかし、はるかに少ない計算コストが高いとほとんどの代替技術は、m、n 式 6 の構造に基づいて試用組を定式化することです。理論的な命令の範囲内で任意の値は確かに可能です。種類の目的関数を定式化します。

Equation 3(10)

それぞれの m、n 組の目的関数を計算できるし、最適最小を使用する断固としたまたは分圧の関数として式 10 のエラーのばらつきなどの他の標準的なフィット基準と最低限の近く。式 9 が予測しているメモも不可欠な左側のプロット (それは"Y"と呼ぶ) 対 1/FAo (それは"X"と呼ぶ) 最適な m で直線にする必要があります、直線性の程度とこの定式化のエラーのチェック (名) も阻止するために有効なメソッド私のフィット感の良さ。

P で撮影したいくつかのデータ = 1 atm、T = 80 ° C、Pc である 2h4 = 0.17 0.42 atm、PH2 = 0.23 0.33 atm (希釈剤として窒素) が上記のように分析しました。「ベスト ・ フィット」速度の線形プロットは図 2に示します。他のいくつかの m n 組だった、またのような方法を検討し、貧しい直線近似を与えることが判明します。M の値を最適し、n エチレンは弱く (ない分母の阻害の eq 6)、ニッケル触媒上に吸着した示唆している水素は強く吸着しながら (否定的な順序は、阻害を示します)。最も触媒反応、吸着は吸着、弱すぎると同じくらい悪い強すぎ」「弱すぎる」中の否定的な反応順序に反映されますがあまりにも強いが低変換と小さな速度定数 k に反映されます。

Figure 2
図 2.1 80 ° C でエチレン水素化反応速度論解析 60 wt %ni 触媒の atm。"を"示すデータ、C2H4 は"b"を表します H 制限の反応2 制限の反応として

M と n の両方の最高のはめあい値は式 (6) に基づく予想の範囲内にあります。「M」値が最大で、したがって反応はない拡散制御。"M"および"n"は拡散制御反応両方のゼロに近いでしょう。実験的注文時対速度論的制御の質問を答えることができる拡散制御かどうか両方の注文がゼロに近い何が証明できる、ゼロ式 (6) に基づく可能な命令の範囲内にあるため。上記のステートメントの証明は、この実験の範囲を超えています。

Applications and Summary

ここで説明したメソッド反応と原子炉の設計に関するほとんどの書籍で「積分法」と呼びます。3差法よりも適用する数学的にはるかに困難ですが、それはまた良いほとんどのパイロット スケール原子炉システムで入手しやすいデータの種類を分析に適応、および製品の圧と小数の変換することができます広い範囲で異なります。我々 はないバッチ反応や反応物質が低変換に頼っている、のでそのような「整数データ」もより精度が、scaleup に関連します。メソッドの最初の部分は、時空 (式 9 の右側はしばしば宇宙の時間と呼ばれる) と小数の変換に、流れおよび組成の測定生データを変換することです。次のステップは、率に影響を与える反応 (および時々 製品) の合理的な反応命令を仮定することです。最後のステップは、方程式 (9) の直線関係式 (10) を使用して可能な限り注文セットの数を比較し、すべてのデータに最もよい適合を与えるセットを選択することです。

いくつかの温度範囲でほぼすべてのサポートされている金属触媒をエチレンの水素化触媒作用と触媒活性、(エタン) に選択性と安定性 (コークス抵抗) は潜在的な金属触媒のユーティリティの重要な記述子です。反応の速度論的命令重要な記述子があります。彼らは対水素、炭化水素の相対的な吸着力を示す (その場合、ゼロに近い注文がある) 反応体またはプロダクトの拡散によって触媒の料金を制限可能性がありますのあるかどうか。注文は、方程式 6 (例えば、単一レート制限あるステップ表面反応) を派生するときの前提条件が最初の場所でも正しいかどうかも提案できます。通常実験速度式を知ることは自体は、適切なメカニズムを決定するのに十分ではないが、実験速度式に提案された反応機構と整合性がない場合、後者は確かに正しい。ここに与えられる例では、観測された速度は方式のメカニズムにいくつかの信憑性を貸出、律速段階と一致しています。

のみわずかな適応を説明「積分法」ここで使用されている多くの重要な産業触媒反応の速度式を決定します。これらの率の式はトン数スケールにこれらのプロセスをスケール アップし、使用されています。いくつかのよく知られている例は、H2、無水フタル酸とアンモニア合成に o キシレンの酸化を生成するメタンの水蒸気改質反応を含まれます。6このような場合、候補触媒の何百もの速度式を計算、しばしば複数の温度で。

サポートされている金属触媒反応については、彼らは自動車排ガス触媒 (一酸化炭素酸化、未燃焼炭化水素の酸化、窒素酸化物の組み合わせを含む最も重要な工業の触媒反応のいくつかを構成します。削減)、線形、様々 な燃料のオクタン価を高めるため分岐鎖炭化水素の改質と水蒸気改質反応します。これらの最初の活性金属は通常プラチナ、パラジウム合金、白金又は白金合金、プラチナ レニウムなどは 2 番目の 3 番目のニッケル。7銅、シルバー、ゴールド、ロジウムなどの金属は、自分で、または他の金属との合金として、アプリケーションをまた見つけます。

付録-ヒーター命令

(出力 ≤ 90%)、急速加熱するために補助ヒーターですが皮膚や外壁の温度必要な原子炉温度に近づくときをオフにしてください; 補助ヒーターはこの時点で制御されないとより時間がかかって (≈10 ° C/時間) を冷却暖房。原子炉の温度はヒーターの温度を大幅に遅れることが。皮膚の熱電対は、TIC 10 に入力として選択できます。どんな実験で使用される最も高い温度は、200 ° C「致命的な」警告灯高温にユーザーをに警告します。制御システムは sandbath と原子炉の両方の温度を監視、アラーム、高すぎる場合のヒーター遮断するようにプログラムが両方。

付録 B-クロマトグラフィー取扱説明書

MicroGC はコンピューター制御です。既定の gc は「冷却 1」です。実験では, メソッド「PH CAT4」を読み込みます。コントロール → ダウンロード方法をクリックします。コントロールをクリックして計測器ステータスを表示 → 装置の状態。実行は、装置の状態のすべてのパラメーターがセット ポイント近くまで実行できません。

実行する準備ができたら、[コントロール] をクリックして → 単一実行します。ポップアップ メニューは、サンプル ID、データ ファイルと結果名の入力を求められます。「データ ファイル」、右側に矢印をクリックし、日付と時刻を選択します。その後、画面がフィールドになるし、日付と時間がファイル名に添付されます。「結果」の右側に矢印をクリックしますとサンプル ID を選択選択の日付と時刻を繰り返すし、インクリメントの数を選択することを繰り返します。フィールドに戻り、最初と 2 番目の項目と 2 番目と 3 番目の項目の 1 つの空白スペースを挿入します。「担当者の数は、必要に応じて順次繰り返し分析数を入力します。「スタート」をクリックします。生成されたとき、クロマト グラムを示す A と B 両方のチャンネルのライブのプロットが表示されます。H2と N2 H 中2CH4C2H4チャネル A 上で検出された C2H6 B. 現在のチャネル上で検出された、ただし、メソッドのみ済んでエチレン ・ エタンのため。すべての担当者が完了したら、方法を保存を行います。 結果のシーケンスのウィンドウが開き、結果へのアクセスを許可します。

結果を表示するには、結果ウィンドウを選択、右実行番号セルをクリックして (例えば)、レコードの選択を選択します。トップ メニュー → レポート → エリア % を表示するを選択します。既知の化合物を使用してレポートが表示されます。

GC は、領域 % に記録されます。変換を計算する (A = 面積 %)。
Equation 4(11)

また、バブル メーター製品の流量を測定することによって、変換を計算することが可能だし、これは GC の結果のチェックとして使用できます。理想気体とエチレン水素化反応以外の反応をしないと仮定すると、次の方程式派生できる化学量論組成表を使用して:3
Equation 5(12)

FT0は、フィードの総体積流量は、FTがバブル メーターによって測定される製品のストリームの合計体積流量とEquation 6制限の反応は、いずれかの mol またはボリュームの一部です。

References

  1. O. Beeck, Discuss. Faraday Soc.8, 118 (1950).
  2. J.B. Butt, AIChE J22, 1 (1976).
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  8. J.R.H. Ross, "Heterogeneous Catalysis: Fundamentals and Applications," Elsevier, Amsterdam, 2012, Ch. 8.

システムは商業分散制御システムによる制御します。演算子インターフェイスを 1 つだけがあります。

1. 原子炉起動

  1. リアルタイム プロセス履歴ビューを起動するには、スタート画面に移動 > DeltaV > 演算子 > プロセス履歴ビューと、開いている CATUnitOverview。グラフ目盛を圧縮またはメニュー バーでこれらのボタンをクリックして展開することができます。制御システムから Excel スプレッドシートにデータをダウンロードする手順は、コンピューターによって承ります。
  2. 特定のでは、sandbath に空気がします。浮子式流量計は、≈5 を読む必要がありますまたはそれ以上実行する定数開催と一貫性のある暖房を提供します。
  3. 猫ユニットのパネル ボードの黒い開始ボタンを押して sandbath ヒーターにメイン電源を有効にします。
  4. 温度コント ローラー (TIC 10、sandbath の) を目的の初期セット ポイント、自動モードに設定します。急速加熱実験の先頭には、付録 A を参照してください。
  5. グラフの温度を監視できます。原子炉廃液流量を定期的にチェックする必要があります。かどうか流れまたは暴走温度の損失などの問題開発、適切な遮断弁を使用して両方の反応の流れをシャット ダウンしオフすべてのヒーターをオンにします。Sandbath 空気を残します。

2. 設定流量

加熱前に流量を設定します。水素・窒素混合物の FIC-301 - およびエチレンの FIC 302 二流コント ローラーのキャリブレーションが提供されます。

  1. コンピューターまたはパネル ボードはコンピューターの使用を示すために 1 を使用するかどうかを示すインターフェイスでデジタルの値を設定します。
  2. GC のサンプル行をブロックします。
  3. バブル メーターの 2 つのボリューム間の単一気泡の上昇率のタイミングで体積流量を決定します。バブル メーターはガラス ビュレット卒業ボリュームです。バブル メーターは積極的に使用して流 (キャリブレーション、出口流量をチェック) を測定する場合、GC のサンプル行がブロックされていることを確認します。
  4. その組成を確認するバイパス (空白のサンプル) を介してフィードの少なくとも 1 つのサンプルを取る。原子炉をバイパスすることがなくオンザフライで流量を変更する [ok] です。流量もまた変更フィード (一定圧力) の相対的な濃度変化、ので流量は、頻繁に変更する必要があります。
  5. GC サンプル行のブロックを解除され原子炉バイパスを通ってそして GC インレット ポートに反応。
  6. ガス製品構成を分析するのにガス クロマト グラフを使用します。詳細な手順は、GC の動作および構成を決定する方法を付録 B に含まれます。

3. 原子炉停止

  1. EMERG の赤を押して sandbath ヒーターに主電源をシャット ダウンします。猫ユニットのパネル基板のボタンを停止します。
  2. 男モードでセットを 0% 出力場所チック-10。補助電源 (いる場合) を 0% に設定します。
  3. 男はコント ローラーを置くと、出力を 0% に設定して 0% にセット エチレンの流れ。
  4. ミキシング ティーと遮断する前に両方のエチレン ブロック バルブをオフ シャット ダウン、ガス シリンダー バルブ。
  5. 遮断; する前に 〜 2 分間流す水素/窒素これは、触媒の寿命が延長されます。
  6. ミキシング ティー前に両方のバルブをブロックします。水素/窒素の混合物の主弁オフ シャット ダウンします。
  7. 流動層に空気を残します。

触媒は、反応の速度を増加する反応系に追加される素材です。触媒反応で消費されていない、ため多くの産業規模プロセスで利用されます。触媒は、反応を進めるために必要な最小のエネルギーである低い活性化エネルギーと代替の発現機構の解明を提供し、反応速度を高めます。触媒反応は、同質、触媒と反応は、同じ相の意味または異種触媒と反応が異なる段階の意味をすることができます。通常、不均一系触媒、固体支持材上に分散したナノ エンティティ。触媒反応はナノ粒子表面の活性部位に反応物の吸着で始まり、反応に続いて、製品の脱着。不均一系触媒を使用して原子炉は炭化水素燃料の生産など、いくつかの産業規模プロセス中心であります。このビデオは、不均一系触媒と触媒反応の原則を示しています、パイロット スケール触媒を用いたエチレン水素化反応プロセスを示し、いくつかのアプリケーションについて説明します。

気相反応の最も一般的な触媒は、遷移金属ナノ結晶です。彼らは頻繁にラングミュア ヒンシュルウッド機構によって動作します。この仮説的なメカニズムは遷移金属原子の空の軌道に、結合の電子を delocalizing と多くの場合プロセスの解離の触媒の表面に吸着反応に始まります。いくつかの中間手順が続くかもしれないが、メカニズムの最後、触媒の表面から脱着する製品を形成する生体分子の素反応に。全体の反応率は、他の小学校の手順の平衡定数を使って表すことができます小遅いのステップの速度によって異なります。重要なの速度によって異なります触媒の活性サイトの可用性と触媒を作製し、表面積を最大化するサポートします。今では触媒のしくみ原子レベルでみましょうか、試験炉セットアップでの使用方法を参照してください。

この反応どの反応が継続的に追加され、製品を継続的に撤退で管状プラグ流反応器を使用します。原子炉は触媒充填層鋼チューブ、電気加熱温度制御された砂湯に含まれています。反応は、原子炉に入る前に t シャツを混合定圧にパイプされます。原子炉廃液を通気または、ガスクロマト グラフ分析のために入力可能性があります。流量は、バブル メートルと rotameters を使用して監視されます。安全性、希釈反応、高圧リリーフ バルブ、高温度シャット ダウン、可燃性ガスの漏れ検知器とガス抜きシステム、バイパスがインストールされます。このシステムは、適切に、高いコンバージョンから流れを栓流リアクターとしてモデル化され、空間変数反応率が期待されます。原子炉廃液データにこのモデルを適用すると、触媒反応の速度式法電源が得られます。この式、触媒についての情報の富とラングミュア ヒンシュルウッド メカニズムの実験的証拠を提供します。これらは、原則だよ今研究室では、触媒反応を示します。

このデモでエチレン、エタンを形成する触媒反応で水素化します。原子炉は、炭化物フィラー混合ようにニッケル触媒不活性シリコンとシリカ サポートが満載です。閉じるサンプル注入口のバルブとガス クロマト グラフを開始します。適切なメソッドを読み込みます。インストゥルメンタル パラメーターの必要なセット ポイントに釣り合うを許可します。砂湯に空気の流れを切り替えるし、浮子式流量計は、5 と 7 の手順のコースの間一貫して読み取りを確認します。バブル メーターを通過し、ガスの流れを開始反応線を切り替えます。バブル メーターを使用すると、初期反応液流量を設定できます。後続フロー速度調整は、バブル メーターを測定する必要はありません。次に、反応炉バイパスを通してそしてガスクロマト入口ポートに流れることによって反応物組成を確認します。

反応ガスは、触媒反応に今入力可能性があります。砂湯ヒーターをオンにし、温度設定ポイントを入力します。自動温度コントロールと共に使用できるヒーターがセット ポイントに到達彼らする必要がありますオフにする手動で彼らは制御システムによって支配されていないようです。温度を安定化させる設定ポイントで、原子炉に反応を送り続けます。製品の流量と温度を定期的に監視します。製品フローする場合停止時、または温度暴走が発生します、すぐに反応バルブを閉じますすべてのヒーター遮断、砂湯に空気の流れを維持します。定期的にガスクロマト グラフ用ガス製品のサンプルを取る。メソッドは、任意の未反応ガスを含むサンプル コンポーネントの連続クロマト グラムを生成します。砂浴温度コント ローラーで緊急停止ボタンを押すことによって原子炉をシャット ダウンします。ゼロ % およびすべてのバルブを閉じるするエチレン フロー コント ローラーを設定します。水素のための同じを実行する前に 2 分間待ちます。部屋の温度に達するまでは、砂湯に空気の流れを維持します。

反応は、エチレンの制限と水素を限定する条件の下で行われています。エタンの生産は、ガス ・ クロマトグラフィーによる異なる反応物濃度で測定されます。この生データは、小数の変換と反応空間時間に変換されます。データはトライアルのベキ率式と合わせて選択に後退しました。この場合、最高速度式には、最初の電源に発生したエチレン濃度と 4 分の 1 の電力を水素濃度が含まれています。この式では、エチレン吸着弱中、水素吸着触媒に強くことを示します。一貫性のある吸着速度差によるラングミュア ヒンシュルウッド メカニズムです。

パイロット スケール触媒リアクターは、通常工業化学合成に及ぼす触媒と反応条件を検討します。フィッシャー ・ トロプシュ合成アルカンと一酸化炭素と水素からアルカン燃料を生成します。工業的に鉄やコバルト、ルテニウム触媒を用いた固定床炉で披露されます。反応は非常に選択されていない、さまざまな触媒の選択に基づいて変化する反応経路によって複数の製品を生成します。基礎的研究は、その機構と製品組成に継続します。ハーバー ・ ボッシュ法は、人工肥料の最も重要なアンモニアを生成するのに水素と窒素を使用します。鉄、以下頻繁にコバルト モリブデン合金触媒エネルギー集中プロセスです。研究は進む長寿命、高選択性触媒、非アクティブ化せず窒素沿岸率を高めるために必要な圧力を減らします。このプロセスは、歴史的理論と異質触媒作用のモデル化に拍車をかけている、今計算の触媒設計の主題であります。

ゼウスの異種触媒リアクター入門を見てきただけ。固体触媒、パイロット スケール原子炉およびいくつかのアプリケーションを操作するための手順の基本的なメカニズムに精通している必要がありますできます。いつものように、見ていただきありがとうございます。

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