1. Podstawy teoretyczne:

Na wstępie warto wyjaśnić co to jest katalizator. Otóż, katalizator to związek chemiczny, w obecności którego reakcje chemiczne przebiegają szybciej, przy czym sam katalizator pozornie nie jest w tych reakcjach reagentem – jego ilość przed i po reakcji pozostaje taka sama. Rozróżnia się katalizę homogeniczną i heterogeniczną. Ta pierwsza zachodzi w fazie grupowej, natomiast ta druga – na granicy fazy stałej gazowej.

Kataliza heterogeniczna (znalazła zastosowanie w procesach spalania oraz w ochronie środowiska), polega na katalizowaniu przebiegu reakcji gazowej na zachodzącej na powierzchni ciała stałego. Adsorpcja (zagęszczenie czynnika gazowego na powierzchni lub w objętości porów ciała stałego) gazów zachodzi na centrach aktywnych, tj. na defektach struktury ciała stałego o strukturze krystalicznej.

Można wyróżnić wiele typów katalizatorów stosowanych w różnych reakcjach chemicznych. Najlepsze właściwości katalityczne mają platynowce, przede wszystkim platyna

Urządzenie techniczne w którym zachodzi kataliza nazywamy reaktorem katalitycznym, a właściwy katalizator naniesiony jest bezpośrednio na nośnik. Najczęściej spotykane nośniki to ceramika (jest po prostu tania). Poza atrakcyjną ceną cechuje się również odpornością na korozję, wysoką temperaturą topnienia, bardzo duża powierzchnia właściwą oraz dużą adhezją substancji czynnej. Wady natomiast to: mała odporność na szybkie zmiany temperatury, kruchość.

Katalizatory znalazły swoje szerokie zastosowanie w:

• Domowych urządzeniach grzewczych opalanych gazem palnym (gaz ziemny, propan – butan);

• Turbinach gazowych;

• Motoryzacji

Można przyjąć że badany przez nas katalizator to katalizator samochodowy. Ćwiczenie przeprowadzone przez nas miało na celu porównanie sprawności przy dopalaniu zanieczyszczeń, tj. tlenku węgla. Naszym zadaniem było mierzenie poziomu CO przed i za katalizatorem, przy zadanych parametrach takich jak: moc silnika oraz strumień dostarczonego powietrza do układu.

1. Schemat stanowiska pomiarowego:

2. Wykaz przyrządów pomiarowych:

• Watomierz

• Termopara

• Rotametr (pomiar strumienia objętości powietrza)

1. Tabele pomiarowe:

	Przed katalizatorem	za katalizatorem
P	Vpow	O2	CO^x
W	$$\frac{l}{h}$$	%	ppm
0	0	2,1	46600
	500	2,98	40140
	1000	4,79	25160
	1500	5,53	23530
800	0	0,58	76840
	1000	2,51	67010
	2000	2,51	67010

Tabela Tabela pomiarowa

P	Vpow	Skuteczność dopalania CO
0	0	0,14
	500	0,5
	1000	0,90
	1500	0,98
800	0	0
	1000	0,36
	2000	0,98

Tabela Skuteczność katalizatora

1. Przykłady obliczeń:

Obliczanie skuteczności dopalania tlenku węgla:

$$\eta_{\text{CO}} = \frac{\text{CO}^{x} - \text{CO}^{\text{xx}}}{\text{CO}^{x}}$$

$$\eta_{\text{CO}} = \frac{46600 - 39930}{46600} = 0,14$$

1. Wykresy

Rysunek Wykres zależności skuteczności katalizatora od ilości powietrza, dla silnika o obciążeniu 0W i 800W

1. Wnioski

W doświadczeniu badaliśmy skuteczność dopalania tlenku węgla w zależności od ilości dostarczonego powietrz oraz w zależności od mocy silnika. Na podstawie wykresu można zaobserwować, że tlenek węgla dopala się bardziej skutecznie w przypadku dostarczenia większej ilości powietrza. Na przykład, dla zerowego strumienia powietrza (obciążenie silnika 0W), skuteczność dopalania CO jest w granicach 0,49, natomiast zwiększając strumień już do 1000l/h skuteczność wzrasta do 0,90. Dla maksymalnego strumienia powietrza (1 500l/h) skuteczność wzrasta do 0,97. Potwierdza to teorię, że powietrze, a ściślej tlen podtrzymuje spalanie. Im więcej dostarczonego jest tlenu d układu, tym spalanie jest bardziej efektywne.

Biorąc jednak pod uwagę obciążenie silnika, zauważamy, że krzywe na wykresie różnią się pod kątem wydajności katalizatora. Podczas gdy obciążyliśmy silnik mocą 800W wydajność katalizatora spadła. Dla porównania, przy strumieniu powietrza 1000l/h wydajność katalizatora w pierwszym przypadku wynosi 0,90 natomiast w drugim – 0,36. Świadczy to o dużej zależności wydajności katalizatora od mocy obciążeniowej silnika.

Ponadto można również zauważyć, że skuteczność katalizatora jest funkcją liniową ilości dostarczonego powietrza.