Гетерогенный катализ

Лекция №9

Здесь катализатор составляет отдельную фазу. Наиболее часто встречается катализ газофазных реакций на твердом катализаторе. Гетерогенно-каталитические реакции состоят из следующих основных стадий:

1) диффузия исходных веществ к поверхности катализатора;

2) адсорбция исходных веществ на поверхности катализатора;

3) взаимодействие адсорбированных веществ с получением адсорбированных продуктов;

4) десорбция продуктов;

5) диффузия продуктов от поверхности катализатора.

Увеличение скорости реакции при гетерогенном катализе, так же как и при гомогенном катализе,объясняется образованием промежуточных комплексов с участием катализатора, что приводит к снижению энергии активации.

В зависимости от соотношения скоростей реакции и диффузии различают следующие области (режимы) протекания процесса.

1) Диффузионная область. <<

Различают внешнюю и внутреннюю диффузию. Скорость внешней диффузии зависит от скорости перемешивания или от скорости потока газа, скорость внутренней диффузии не зависит.

2) Кинетическая область. <<

3) Переходная область.

Рассмотрим кинетику мономолекулярной (одностадийной) реакции, протекающей на поверхности катализатора в кинетической области. Скоростью гетерогенной каталитической реакции называют величину равную ,

здесь S – площадь поверхности катализатора; dN – количество исходных веществ, вступающих в реакцию за время dt.

Скорость поверхностной мономолекулярной реакции пропорциональна поверхностной концентрации адсорбированного вещества: . Истинный порядок реакции - первый.

Поверхностную концентрацию адсорбированного вещества можно выразить через давление газа в объеме с помощью уравнения изотермы Ленгмюра:

;

тогда зависимость скорости реакции от давления газа в объеме выражается уравнением:

.

В частных случаях:

1) при малых давлениях реакционного газа <<1; ;

кажущийся порядок реакции – первый;

2) при больших давлениях >>1; ;

кажущийся порядок - нулевой.

3) при средних давлениях адсорбцию приближенно можно описать уравнением Фрейндлиха: , кажущийся порядок реакции дробный

(от 0 до 1).

Дата добавления: 2014-01-05