Каталитические процессы
2.5. Каталитические процессы. Технологические характеристики твердых катализаторов, требования, предъявляемые к ним. Каталитические особенности.
Катализатор-вещества, которые многократно вступают в промежуточные взаимодействия с участниками реакции изменяют ее механизм и увеличивают скорость реакции. При этом они восстанавливают свой химический состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.
95% всех процессов-каталитические.
Катализ-ускорение химических превращений, химическое равновесие при этом не сдвигается ,так как ускоряются как прямая, так и обратная реакция.
Использование катализатора меняет механизм реакции. Она протекает через ряд последовательных стадий. При этом высокий потенциальный барьер делиться на несколько мелких барьеров, то есть реакция идет по более энергетически выгодному пути.
Катализатор снижает энергию активации!и позволяет проводить процесс при более низких температурах, это особенно важно для обратимых экзотермических реакции.
Необходимыми стадиями каталитического гетерогенного процесса являются
) диффузия газообразных (или жидких) реагентов из потока через
пограничный газовый (или жидкий) слой к внешней поверхности
Рекомендуемые материалы
катализатора (внешняя диффузия);
2) внутренняя диффузия газообразных (или жидких) реагентов в
порах твердого вещества катализатора к внутренней поверхности;
3) химическая реакция на поверхности;(адсорбция вещества на поверхности катализатора с образование комплекса реагент-катализатор,перегруппировка атомов с образованием комплекса продукт-катализатор,десорбция продукта с поверхности –внутрь зерна катализатора)
4) внутренняя диффузия газообразных (или жидких) продуктов
реакции в обратном направлении;
5) внешняя диффузия газообразных (или жидких) продуктов через
пограничный слой в поток.
Любая стадия может быть лимитирующей.
Изменение энергии активации зависит от природы катализатора:
ü без катализатора-250
ü Fe2O3-160
ü V2O5-92,
ü Pt-68
Катализаторы не бывают индивидуальные вещества,они представляют собой сложную контактную массу,в которой одни вещества являются собственно катализаторами,а другие активаторами или носителями.
Активаторы-вещества повышают активность основного катализатора.(для серы V2O5*K2S2O7)
Активация может происходить вследствии химических взаимодействий добавок с каталитическими веществами с образование продуктов имеющих большую каталитическую активность. Активатор может увеличивать термостойкость и защищает от действия каталитических ядов.
Носители-термостойкие, пористые вещества ,на которые осаждают из растворов или другим способом наносят катализатор.
В качестве носителей используют, глинозем, силико-гель ,алюмосиликаты, различные соли, активный уголь.
Активность катализатора зависит не только от состава, но и от физических величин
ü Величина зерен
ü Пористость
ü Размер пор
ü Характер их поверхностей
ü Активность катализатора зависит от его способа приготовления.
Основные методы приготовления кат:
1)осаждение гидроксидов из раствора их солей, совместно с носителями или без них. С последующим формирование и прокаливанием контактн.массы. Массу формируют в виде таблеток, зерен и гранул.
2)Смешение и совместное прессование порошков=смешанные кат
3)пропитка пористого носителя раствором содержащим кат и активатор.С последующей сушкой и прокалкой .К кат такого вида относятся –метал.,оксиные,солевые,кислотные,основные.
4)сплавление нескольких веществ(ме или оксид) с послед.восстановлением ме из оксидов водородом
Иногда кат выполняют в виде сетки.
Требования предъявляемые к катализатору.
1)Активность-мера ускоряющая действие катализатора по отношению к данной реакции.A=eE-Ek/RT
2)Низкая температура зажигания-это температура ,при которой процесс начинает идти с достаточной для промышленной цели скоростью. Чем ниже температура зажигания, тем лучше, так как расширяется рабочий интервал, уменьшаются энергозатраты и становится более устойчивым технологический режим. Это особенно важно для экзотермических реакции.
3)Селективность-возможное ускорение основной реакции при наличии побочных взаимодействий.
4)устойчивость к ядам-частичное или полное потеря его активности в результате действия некоторых примесей. Если после вывода из системы каталитического яда, активность восстанавливается-обратимое отравление, если не восстанавливается-не обратимое
Причины потери активности
1.Перегрев-приводит к процессам рекристализации ,плавления, спекания, в результате чего уменьшается активность катализатора
2.Экранирование нового катализатора механическими примесями-пылью, маслами.
32 Ноотропные лекарственные средства - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
3.В органических производствах образовываются высокоуглеродистые пленки, которые покрывают поверхность катализатора
Требования: активность, селективность, низкая температура зажигания, устойчивость к кат.ядам, термостойкость, механическая прочность, большая теплопроводность, доступность и дешевизна
Гомогенный катализ
Катализ является гомогенным, если катализатор образует с компонентами одну фазу. Реакции такого типа происходит в жидких и газообразных средах.
Увеличение скорости реакции обусловлено снижением энергии активации за счет применения
Скорость гомогенного катализа пропорционально концентрации катализатора в системе, а ее зависимость т основных параметров определяется закономерностями кинетики гомогенных реакции. Интенсивность в гомогенном катализе выше чем в гетерогенном. Основной недостаток –трудность разделения продукта и катализатора, при этом теряется катализатор и загрязняется продукт.
