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
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 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.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 896; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |