Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тема 2. Каталитические ХТП




Контрольные вопросы к теме I

«Основные закономерности ХТП»

1. Дайте определение понятия «химико-технологический процесс».

2. Что называется технологическим режимом и параметрами этого

режима?

3. По каким признакам классифицируются реакции, лежащие в ос­нове ХТП?

4. Какие явления протекают в химическом реакторе?

5. Что такое движущая сила процесса? Приведите выражения для движущей силы в случае обратимых и необратимых реакций.

6. Чем определяется общая скорость химического процесса в реакторе?

7. Какие факторы влияют на скорость и равновесие химической реакции?

8. Что такое кинетическая и диффузионная области скорости процесса?

9. Что характеризует равновесная степень превращения в хим. процессе?

 

Катализ гомогенный и гетерогенный. Типы важнейших каталитических процессов. Механизм гомогенного и гетерогенного катализа. Активность и отравляемость катализаторов. Промышленные катализаторы. Активаторы. Носители (трегеры). Оптимальные технологические параметры каталитических процессов. Аппаратурное оформление гомогенных и гетерогенных каталитических процессов.

Катализ - наиболее эффективное средство ускорения большин­ства химических реакций. С помощью катализаторов не только повышается производительность аппаратуры, но и повышается качество продукции. Катализаторы ускоряют основные реакции (вследствие избирательности) и уменьшают скорость параллельных и побочных процессов. Экономические показатели каталитических процессов значительно выше за счет снижения энергетических затрат (снижа­ется температура процесса).

Катализ применяется при получении водорода, аммиака, серной и азотной кислот в основной химии, а также в производстве спиртов кислот, альдегидов, синтетических смол, топлив и др. Наиболее часто применяемые катализаторы: Pt, Fe, Ni, Co, их окислы и другие.

Катализом называется изменение скорости химических реакций под воздействием катализаторов. Сами катализаторы участвуют в промежуточных реакциях, но восстанавливают свой состав с окон­чанием акта катализа.

По принципу фазового состояния реагентов и катализатора каталитические процессы различают гомогенные и гетерогенные.

Катализатор может ускорять либо замедлять химическую реакцию, поэтому различают катализ положительный и отрицательный.

Сущность ускоряющего действия катализаторов состоит в пони­жении энергии активации Е химической реакции в результате из­менения реакционного пути.

Катализаторы не смещают равновесия в системе, т.к. увели­чивают скорость прямой и обратной реакций в одинаковой мере. Но так как прямая и обратная реакции ускоряются, равновесие достигается значительно быстрее.

На катализаторах помимо основных реакций протекают и по­бочные, поэтому со временам катализатор теряет свою активность. Активность катализатора есть мера ускоряющего действия его на данную реакцию. Активность, можно выразить величиной Е, разностью скоростей каталитической и некаталитической реакций. Наиболее часто активность катализатора выражают как отношение константы скорости реакции каталитической к константе скорости некатали­тической реакции при одинаковых параметрах технологического режима. (С, Р, Т и др.).

Минимальная температура реакционной смеси, при которой ка­талитический процесс протекает с достаточной скоростью, называется температурой зажигания. Наиболее желательны процессы с низкой t◦ зажигания, что зависит от активности катализатора.

Важным свойством катализаторов является их отравляемость, т.е. потеря активности под действием посторонних примесей в реакционной смеси, называемых каталитическими ядами. К наиболее типичным ядам относятся соединения серы: H2S, СS2, меркаптаны и другие, окись, углерода, соединения мышьяка, свинца и др.

Катализатор отравляется вследствие сорбции яда на его по­верхности. Если сорбция необратима, то и отравляемость катали­затора необратима. При обратимой отравляемости катализатора при подаче свежей газовой смеси, лишенной яда, активность его через определенное время восстанавливается.

Катализатор может терять свою активность и из-за спекания своей поверхности, а также в результате осаждения твердых продуктов реакции и пыли.

Некоторые катализаторы обладают избирательностью (селективностью действия), т.е. из нескольких возможных реакций ускоряют только нужную.

В некоторых реакциях катализаторами являются продукты реак­ции. Такие реакции называются автокаталитическими.

В некоторых реакциях как катализатор действует световая энергия. Это так называемые фотохимические реакции.

 

ГОМОГЕННЫЙ И ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ

 

При гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в единой фазе (газе или жидкости).

Ускорение процессов при катализе происходит за счет снижения энергии активации в результате образования промежуточного продукта по сравнению с энергией активации образования некаталитического активного комплекса.

 

Пусть некаталитическая реакция протекает по схеме:

А + В → (А•В)* → D +…

активн.

компл.

 

В присутствии катализатора реакция будет протекать в три стадии:

1) образование промежуточного продукта АК

2) образование активного комплекса в результате взаимодействия продукта АК с компонентом В

3) образование конечных продуктов и восстановление катализатора


 

 

Катализ с участием ионов водорода или гидроксила назы­вается кислотно-основным. Он заключается в переходе протона от катализаторе к реагирующему веществу или наоборот. К этой группе катализа относятся реакции окисления, гидрирования, де­гидрирования и др.

Скорость гомогенных каталитических реакций зависит от:

- активности катализатора

- температуры

- концентрации катализатора и реагентов

- интенсивности перемешивания и т.д.

Влияние температуры, концентрации реагирующих компонентов и перемешивания подчиняется общим законам кинетики.

Влияние концентрации катализатора (С кат) на скорость реакции определяется тем, что при малых Скат выход продукта х за данный период времени пропорционален Скат, но в дальнейшем повышением Скат кривая переходит в затухающую.

Аппаратура газофазного гомогенного катализа колонны, камеры и т.д.

Жидкостные гомогенные каталитические процессы осущест­вляются в реакторах с перемешивающими устройствами.

Гетерогенный катализ более широко распространен в хими­ческой технологии, чем гомогенный. Большинство: гетерогенных каталитических процессов основано на реакциях между газообраз­ными веществами на твердом катализаторе. Механизм ускоряющего действия основан на том, что твердые катализаторы имеют активные центры, т.е. участки поверхности, обладающие повы­шенной активностью. На этих участках поверхности образуются промежуточные продукты адсорбционного типа. Свойства таких промежуточных продуктов (активных комплексов) влияют на ско­рость химического превращения, уровень активности катализа­тора и др. каталитические характеристики.

Катализаторы представляют собой тела с высокоразвитой поверхностью (пористые). Подобный процесс протекает в несколько стадий:

1) диффузия веществ к катализатору;

2) хемосорбция на поверхности катализатора с обрезов ан нем
промежуточных продуктов типа "реагент- катализатор";

3) перегруппировка атомов с образованием промежуточного продукта типа «продукт – катализатор»;

4) десорбция продукта из катализатора;

5) диффузия (отвод) продукта.

Общая скорость лимитируется наиболее медленной частью (стадией). Если наиболее медленные - диффузионные стадии, то процесс протекает в диффузионной области. Если наиболее мед­ленны стадии 2, 3, 4, то процесс протекает в кинетической области.

Важным этапом любого каталитического процесса является активированная адсорбция (хемосорбция). Хемосорбция обусловлена валентными связями. С повышением температуры хемосорбция растет.

Ввиду того, что механизм каталитического действия полностью не установлен, подбор катализаторов проводится опытным путем.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2013-12-11; Просмотров: 1368; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.