Catalizatorii solizi - este, de regulă, un material foarte poroase, cu o suprafață interioară dezvoltată, caracterizată printr-o anumită porozitate și structură cristalină, activitatea A Tzazh Temperatura de aprindere. selectivitate # 966; kat și o serie de alte caracteristici tehnice.
În practică, este caracteristicile tehnologice foarte importante de catalizator industrial (activitate, temperatura de aprindere, productivitate, selectivitate, otravlyaemost, puterea, etc ..).
1. Activitatea catalizatorului - măsoară accelerația de impact în ceea ce privește reacția:
Din ecuația Arrhenius:
Din această ecuație rezultă că activitatea superioară Ață A chembolshe redus EAKT energie de activare în prezența unui catalizator. (Deși trebuie amintit că modificările nu numai energia de activare în prezența unui catalizator, dar, de asemenea, pre-exponențială factor k0 k0 Kat).
Efectul de accelerare al catalizatorului poate fi văzut clar în oxidarea dioxidului de sulf
Reacția în absența unui catalizator are loc extrem de lent (la 420 ° C sau 693 K, energia de activare a aproximativ 420.000 J / mol). La efectuarea acestei reacții în vanadiu catalizator (V2 O5) Ek = 268,000 J / mol K, înlocuind aceste valori în ecuația, și având în vedere că R = J 8,3 / mol K, obținem
și anume crește viteza de reacție în sute de miliarde de ori.
În ciuda faptului că kat au un preț ridicat în costul de produse petrochimice (preț kat este 0,001-0,1%) tehnologic și economic avantaj kat nu realizat prin reducerea prețurilor kat în structura costurilor, și prin economisirea materiilor prime, reduce consumul de energie al procesului.
2. T Temperatura de aprindere # 730; RTA - aceasta este temperatura minimă la care procesul începe să meargă cu scopuri practice viteză suficiente .. WR
Termenul „aprindere“ înseamnă că, atunci când temperatura crește peste limita, egal cu T # 730; RTA, există o creștere bruscă, bruscă a vitezei de reacție. „Aprindere“ poate avea loc în reacțiile non-catalitice.
Din punct de vedere tehnologic mai bine să se utilizeze catalizatori cu un T temperatură scăzută de aprindere # 730; RTA, reducând astfel costurile de energie pentru preîncălzirea proiectarea reactorului simplificat amestecul de reacție devine regim tehnologic stabil.
Este deosebit de important să aibă o temperatură de aprindere scăzută a catalizatorului în timpul reacțiilor reversibile exoterme (temperaturi scăzute ale procesului permit trecerea echilibrul de reacție către produsele mod-I)
3. Selectivitatea. reacție catalitică sofisticată poate avea loc în mai multe direcții termodinamic posibil să se formeze un număr mare de produse diferite. Predominarea în timpul reacției depinde de catalizatorul folosit, și nu este accelerată întotdeauna proces este termodinamic cel mai convenabil de mai multe posibile.
Selectivitatea sau catalizator de selectivitate # 966; Kat. Ei au capacitatea de a accelera selectiv reacția dorită în prezența unui număr de latură suna.
Cantitativ, selectivitatea catalizatorului poate fi estimată ca selectivitatea procesului - o integrală # 966; sau diferențială # 966;“.
Salvarea materiei prime se face c / o Kat crește selectivitatea. Modern Kat. Ar trebui să aveți nici o selectivitate <85%. Чем выше селективность Kat. тем <расход сырья побочные реакции.
Dacă în același timp durează câteva reacții paralele, putem alege diferiți catalizatori selectivi pentru fiecare dintre aceste reacții.
Selectivitatea depinde nu numai catalizatorul ales, ci și pe condițiile de proces, procesul catalitic eterogen domeniu percolare (difuziune cinetică).
Pentru reacțiile paralele sofisticate au loc în conformitate cu schema:
și care constă din A V A și C, care sunt caracterizate prin k1 constante de viteză și k2, iar E1 energie de activare și E2, selectivitate în direcția A este definită ca:
Din această ecuație, se observă că, la o anumită temperatură T poate fi modificat prin ajustarea diferenței E2 catalizator adecvat - E1 și, astfel, să creeze oportunități pentru numai sau în principal produsul dorit.
Un exemplu de selectivitatea catalizatorului poate fi oxidarea NH3 la NO pe catalizator de platină
curge complet peste zece miimi de secundă, adică, aproape instantaneu. Concomitent cu reacția menționată a două reacții paralele apar care produc N2 O și N2
Aceste reacții sunt termodinamic mai favorabile, deoarece acestea sunt însoțite de eliberarea unei cantități mari de căldură, dar, practic, nu apar din cauza viteza lor este incomensurabil mică, în prezența unui catalizator de platină.
Deosebit selectivitate puternică se manifestă în reacții organice complicate. Astfel, de exemplu, alcool etilic, în funcție de tipul de catalizator și de condițiile de prelucrare catalizei pot fi convertite în următoarele produse: etilen-CH2-CH2. dietil eter CH3-CH2-O-CH2-CH3. acetonă CH3 COCH3. butadienă CH2 = CH-CH = CH2. acetaldehida CH3 CHO și alte produse. Prin urmare, folosind un catalizator adecvat, din aceeași materie primă se pot obține diverse produse dorite.
4. O structură poroasă și cristalină a catalizatorului. O proprietate importantă a catalizatorului este o structură poroasă, care se caracterizează prin mărimea și forma porilor, porozitatea (raportul dintre volumul porilor gol la volumul total), suprafața specifică a catalizatorului f (adică, per unitate de volum sau de masă m V).
La alegerea catalizatorului solid joacă un rol de catalizator de suprafață accesibil important pentru gazele de reacție. Cu cât pentru fiecare dintre suprafața catalizatorului disponibilă pentru gazul de reacție, cea mai mare rata de consum de reactivi pe unitatea de timp, folosind aceeași cantitate de catalizator.
Catalizatori industriale au întotdeauna o suprafață interioară dezvoltată este foarte mică, repede supus administrării, iar catalizatorul s-ar pierde în curând activitatea catalizatorului A. Cu cât porozitatea și, cu cât diametrul porilor, cu atât mai mare a suprafeței interioare. Catalizatorii moderni sunt caracterizate prin valori ridicate ale suprafeței (până la 10-100 m2 / g).
Ca catalizatori încercați să utilizați adsorbanți foarte poroase naturale sau sintetice (aluminosilicați, zeoliți, silicagel, carbon activat, etc.) Aceste substanțe sunt utilizate ca purtători, care se aplică pe suprafața componentelor active.
Odata cu structura poroasa este structurii cristaline mari de catalizatori importanță. Diferite modificări cristaline ale uneia și aceleiași substanțe pot avea diferite puternic activitatea catalitică. De exemplu, tranziția # 947; -Al2 O3 în # 945; -Al2 O3 câteva ordine de mărime reduce activitatea acestei substanțe drept catalizator de dehidrogenare.
5. Rezistența mecanică a amestecului de contact trebuie să fie astfel încât să nu se prăbușească sub propria greutate în dispozitive cu un strat fix de catalizator și un aparat cu un pat abraziunea catalizator în mișcare.
6. Promovarea și otrăvirea catalizatorilor. Adesea introducerea unei cantități foarte mici (fracție%) orice aditiv străine la catalizatorul principal conduce fie la o creștere puternică a activității sale A ↑ sau, invers, o scădere a activității A ↓ mai multe ordine. În primul caz vorbim de promovare. în al doilea - pe otrăvirea catalizatorului.
Mecanismul de promovare a catalizatorilor solizi pot fi diferite. Aditivii pot reacționa cu catalizatorul bazic într-o reacție chimică, formând pe suprafața produselor cu activitate catalitică mai ridicată. Ele se pot schimba condițiile de interacțiune cu reactivii în terminalul de masă al componentului principal și promotor, precum și pentru a crește sau a stabiliza dispersia structurii poroase și cristaline a catalizatorului, etc.
Utilizarea practică a proceselor catalitice împiedică adesea o scădere a activității catalizatorului, atunci când sunt expuse la substanțe cunoscute ca otrăvuri.
Acest lucru se explică prin teoria situsuri active, prin care activitatea catalitică este prezentată nu întreaga suprafață a catalizatorului, ci doar o parte din părțile sale, având o anumită energie și de potrivire geometrică molecule reactive - centre active ale. otrăvuri catalitice bloca situsuri active, compușii chimici de suprafață care formează ei. (HC catalizatorii de oxid de crom dehidrogenare sunt otrăvite de apă)
Intoxicații este reversibil și ireversibil. Când otrăvire reversibilă a activității catalizatorului este restabilită treptat dacă în amestecul de reacție nu mai conține o otravă de catalizator. Când efectul otrăvire ireversibilă a amestecului de reacție în stare proaspătă, activitatea nu se poate recupera, se impune înlocuirea catalizatorului. Una și aceeași substanță și poate provoca otrăvire reversibil sau ireversibil, în funcție de durata, concentrația în amestecul de reacție, temperatura de proces.
7. Rezistența la otrăvuri de contact este o proprietate importantă de catalizatori comerciali. Pentru a prelungi durata de viață a catalizatorului în condiții industriale pentru sistemele de prelucrare a oferi curățarea completă a impurităților din reactanți care sunt otrăvuri.
În unele cazuri, catalizatorul este otrăvit produși secundari de reacție. Astfel, în reacția compușilor organici (cracare, dehidrogenare, izomerizare) otrăvirea catalizatorilor apare adesea ca rezultat al formării de înaltă polimer de film (așa-numitul cocs) care acoperă suprafața catalizatorului. Pentru cataliză alternativ ciclul său ciclu de îndepărtare regenerare - catalizatorul este purjat cu aer la temperatură ridicată pentru a transforma cocs în CO2. Adesea desenați sus procesul de următoarea schemă: într-un singur reactor este o reacție chimică, iar celălalt este regenerarea catalizatorului, care constă în arderea cocs de pe suprafața catalizatorului. În prezent, într-unul și același reactor este o zonă zonă de reacție și de regenerare.
Există otrăvuri, care provoacă otrăvire ireversibilă a catalizatorului și, prin urmare, pentru unele procese este foarte importanta pretratarea materiilor prime.
8. Deoarece majoritatea proceselor industriale realizate la temperaturi suficient de ridicate, este de mare importanță pentru durabilitatea catalizatorilor astfel de temperaturi aspre și diferențele lor.