Изучение топохимической реакции

М. М. Дубинин предложил  классификацию адсорбентов и  катализаторов по предельным размерам пор и выделил твердые тела с микропорами, супермикропорами, мезопорами и макропорами.

Макропористые тела содержат поры размером от 100 до 200 нм (например, природные алюмосиликаты типа силлиманит, активированные угли). Они имеют удельные поверхности в пределах от 0,5 до 50 м²Д. В этих катализаторах и адсорбентах стенки пор являются гладкими, адсорбция на таких катализаторах соответствует изотерме адсорбции Лэнгмюра. Эти поры играют роль транспортных каналов, и торможение химических процессов внутренней диффузией молекул реагентов в них отсутствует.

Мезопористые катализаторы имеют поры радиусом от 1,5 до 200 нм. Эти твердые тела имеют удельную поверхность в пределах 20-500 м²Д. В них имеется широкий набор пор по радиусам. Такие твердые адсорбенты и катализаторы имеют наиболее широкое распространение в промышленности (алюмосиликаты, оксиды кремния и алюминия).

Общие требования по технике  безопасной работы на катализаторных фабриках

На катализаторных фабриках, как и на всех промышленных производствах, необходимо обучение рабочих правилам безопасной работы с источниками, которые могут представлять опасность для здоровья рабочего. Необходимо также проводить систематический инструктаж по правилам безопасной работы на катализаторных производствах, а также мероприятия по технике безопасности, которые будут способствовать предупреждению и предотвращению аварий и несчастных случаев. Все работники на катализаторных фабриках должны хорошо знать и неукоснительно выполнять правила и инструкции по технике безопасности, противопожарной технике, промышленной санитарии и гигиене труда. Все работники детально знакомятся с технологией производства катализаторов и адсорбентов, способами безопасного ведения технологии, свойствами сырья и продуктов. Кроме того, все лица, поступающие на работу, знакомятся с правилами внутреннего распорядка, с инструкциями по работе аппаратов с растворами кислот, щелочей и других агрессивных сред, по работе аппаратов под высоким давлением и со специальными инструкциями для каждого узла установки.

Инструктаж и проверка рабочих мест проводятся периодически — не реже одного раза в год. Все  работники, как вновь поступившие, так и постоянно работающие на производстве твердых катализаторов  и адсорбентов, а также носителей и наполнителей катализаторов, должны проходить систематическое медицинское обследование.

Работа на грейферном кране  разрешается лицам, прошедшим специальный курс по эксплуатации грейферного крана и сдавшим государственный экзамен Государственной инспекции котлонадзора и имеющим удостоверение о сдаче экзаменов. При работе автоматического разгрузочного ковша во время выгрузки вагонов, а также при транспортировке дробленой силикат-глыбы (природного цеолита, глины и т. д.) и при работе грейферного крана в зоне действия этих механизмов не должны находиться люди. Категорически воспрещается проводить какой бы то ни было ремонт, очистку, смазку и обтирку агрегатов, аппаратов и механизмов во время их работы.

В узлах приготовления  рабочих растворов, например сернокислого алюминия, и в узле подкисления  разрешается работать только в суконной спецодежде, резиновых сапогах, специальных очках и рукавицах. При разбавлении серной кислоты необходимо приливать серную кислоту к воде, при этом кислоту следует приливать небольшими порциями во избежании выброса раствора из емкости. На рабочих местах, где работа связана с кислотой, щелочью и кислыми растворами, необходимо иметь в помещениях постоянно действующие водяные фонтанчики. Перед ремонтом реактора, кислотных монжусов и других емкостей, имеющих кислотную, паровую, водяную или газовую обвязку, трубопроводы следует перекрывать.

Прием кислоты в монжус и ее расходование проводятся непосредственно оператором этого узла. На рабочих емкостях для сернокислого алюминия все люки должны быть герметично закрыты. Установки и отделения, где используется газ, должны иметь общий газовый вентиль или задвижку, позволяющие при необходимости перекрыть поступление газа. Расположение этого вентиля должно быть известно всему обслуживающему персоналу.

Проверку и ремонт газовых  линий проводят систематически и  не реже одного раза в месяц. В производственных помещениях, где используется газ, необходимо иметь специальные инструкции с правилами обращения с газом, утвержденные главным инженером завода.

Во время ремонта  агрегатов имеющиеся на них электродвигатели отключают и на электромагнитных пускателях вывешивают плакаты: «Ремонт», «Работают люди», «Не включать». Все электродвигатели должны быть заземлены. Все манометры, устанавливаемые  на аппаратах, должны иметь пломбы с указанием срока проверки и через каждые 6 месяцев должны направляться на проверку; использовать манометры без пломб категорически запрещается. На манометрах должна быть нанесена красная черта, указывающая максимальное давление, допустимое для данного аппарата.

Электродвигатели и  магнитные пускатели должны быть снабжены резиновыми ковриками или  деревянными решетками. Все производственные помещения в зимнее время должны иметь надежную систему отопления, достаточно хорошее освещение и приточно-вытяжную вентиляцию. Производственные помещения должны быть обеспечены достаточным количеством противопожарного инвентаря: огнетушителями разных типов, ящиками с песком, лопатами, асбестовыми одеялами, ведрами, рукавицами и другими инструментами и материалами.

Хранение химикатов в препараторской, в отдельных закрытых стеллажах.

Стенд для сушки пробирок и другой посуды находится в препараторской.

Это наш «вытяжной шкаф», там  находится слив для кислот и щелочей.

Требования к помещению  лаборатории

Помещение лаборатории  должно быть по возможности просторным и светлым. Лабораторию не следует  устраивать в таком месте, где  по тем или иным причинам происходит вибрация здания, так как это мешает работе и часто делает невозможным обращение с аналитическими весами, а также микроскопом и другими оптическими приборами.

Нельзя помещать лабораторию  близко от котельных, Дымовых труб и  мест, где вообще возможно загрязнение  воздуха пыли, сажей или химически  активными газами. Последние могут  разрушать точные приборы, портить  титрованные растворы (затрудняя  этим проведение анализов) и т. д.

Очень существенным является освещение помещения. Лаборатория должна иметь большие окна, обеспечивающие достаточное освещение днем. Для вечернего освещения, помимо потолочных ламп, над каждым рабочим местом должен находиться источник света.

В аналитических лабораториях рекомендуется применять лампы  дневного света. Это особенно касается лабораторий, работающих по вечерам  или круглосуточно.

Рабочие столы должны быть поставлены так, чтобы свет падал  сбоку, — по возможности, с левой  стороны от работающего или же спереди. Ни в коем случае нельзя допускать,' чтобы свет падал в спину работающего или чтобы рабочее место затемнялось стоящими перед ним шкафами, столами и т. п.

Удобнее всего, когда рабочее  место освещается спереди скрытыми лампами дневного света. Это не утомляет зрения работающих и позволяет расположить столы в помещении наиболее рационально.

На предприятиях центральная  лаборатория, в которой проводятся наиболее ответственные аналитические  и исследовательские работы, должна помещаться в отдельном, не связанном  с другими здании.

Совершенно недопустимо  большое скопление работающих в лаборатории. Средняя норма площади на каждого работающего должна быть около 14 м2 и не менее 1,5 м длины стола. В аналитических лабораториях, проводящих массовые анализы, длина стола одного рабочего места может достигать 3 м.

 

Экспериментальная установка

Схема экспериментальной установки  для изучения кинетики топохимических реакций с выделением газа изображена на рисунке 2. Она состоит из печи сопротивления 1, температура в которой  регулируется лабораторным автотрансформатором 2, термометра 3 для измерения температуры  в печи, пробирки 4 с исследуемым  веществом, газометрической бюретки 5 с уравнительным сосудом 6 для измерения объема выделяющегося при реакции газа.

В работе нужно снять кинетические кривые термического разложения исследуемого вещества при трех-четырех температурах (задает преподаватель). Порядок проведения всех измерений одинаков, и они  производятся с равными навесками  вещества.

Автотрансформатор включают в сеть переменного тока и согласно градуировочной кривой устанавливают нужное напряжение, соответствующее нижней температуре опыта. Пробирку и термометр устанавливают рядом по центру шахты печи так, чтобы нижний срез находился примерно в середине зоны нагревателя. После того как температура установится постоянной на заданной величине и будет неизменной в течение 10 мин, в пробирку засыпают навеску исследуемого вещества (0,2-0,4 г), плотно закрывают пробкой на отводном шланге, включают секундомер и отмечают первое показание на бюретке.

Время между отсчетами Dt следует выбирать, исходя из необходимости построения точной кинетической кривой. Как правило, в начале и конце реакции отрезки времени Dt более продолжительны и с повышением температуры уменьшаются. Наиболее целесообразно производить отсчеты времени, в течение которого объем выделяющегося газа изменится на определенную величину (1-2 мл). Окончанием реакции считают время, когда объем газа в бюретке в течение 10-15 минут остается неизменным.

 

Рисунок 2 - Схема экспериментальной  установки

 

После окончания опыта исследуемое  вещество извлекают из реакционной  пробирки и вновь взвешивают для  определения потери веса Dg_оп в результате реакции. Полученное значение сравнивают с весом выделившегося газа и теоретическим значением Dg_т, рассчитанным по стехиометрическому уравнению, предполагая, что реакция идет до конца.

Экспериментальные данные следует  представить в виде таблицы 3 (для  каждой температуры), где V_t - объем газа в данный момент времени; V_¥ - конечный объем выделившегося газа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Методика кинетической  обработки результатов опыта.

2.3.1 Первый опыт

Таблица 1 – Экспериментальные  температуры и давления

Tн.у., °С	Pн.у., мм рт. ст.	Tкомн., °С	Pкомн., мм рт. ст.	Pн.п. воды, мм рт. ст.	Tоп., °С
273,2	760	20	766	17,5	330

 

Таблица 2 – Экспериментальные  и расчетные данные

τ, с	, с	VT,P, мл	Vн.у., мл	, моль	, моль	моль/с	г	r,
0	0	0	0	0	0	-	0,3811	-
208	208	0,5	0,459	2,048E-05	2,048E-05	9,848E-08	0,3798	1,296E-07
278	70	1	0,918	4,097E-05	2,048E-05	2,926E-07	0,3786	3,865E-07
342	64	1,5	1,377	6,145E-05	2,048E-05	3,201E-07	0,3773	4,242E-07
388	46	2	1,835	8,194E-05	2,048E-05	4,453E-07	0,3760	5,921E-07
412	24	2,5	2,294	1,024E-04	2,048E-05	8,535E-07	0,3747	1,139E-06
421	9	3	2,753	1,229E-04	2,048E-05	2,276E-06	0,3735	3,047E-06
429	8	3,5	3,212	1,434E-04	2,048E-05	2,561E-06	0,3722	3,44E-06
438	9	4	3,671	1,639E-04	2,048E-05	2,276E-06	0,3709	3,068E-06
454	16	4,5	4,130	1,844E-04	2,048E-05	1,280E-06	0,3697	1,732E-06
500	46	5	4,588	2,048E-04	2,048E-05	4,453E-07	0,3684	6,044E-07
550	50	5,5	5,047	2,253E-04	2,048E-05	4,097E-07	0,3671	5,58E-07
600	50	5,7	5,231	2,335E-04	8,194E-06	1,639E-07	0,3666	2,235E-07