Селективность.
Активные центры катализатора.
Поверхность любого твердого тела неоднородно (Тэйлор). На поверхности есть места, которые химически или координационно ненасыщенны. На поверхности катализатора имеются активные центры, адсорбция и катализ протекают преимущественно на активных центрах катализатора.
Селективность (С) называют отношение скорости данной реакции к сумме скоростей всех реакций, протекающих на данном катализаторе в тех же условиях с участием реагентов:
С = r/∑ri (9)
Величины r должны быть выражены в одних и тех же единицах размерности. Селективность измеряется в процентах по отношению к суммарному превращению.
Одной из важнейших характеристик протекания химической реакции является степень превращения, или конверсия (Х). Конверсия выражает долю (в %) образующегося продукта реакции по отношению к исходному веществу (реагент).
В технологических и в практических работах часто применяют понятие «выход» (В).
Выходом (в %) называют количество целевого продукта, образующегося в результате всей суммы операций в реакторе и отнесенное к количеству поступающего сырья (реагента).
|
|
В большинстве случаев В = ХС и меньше 100 %.
В некоторых случаях (в нефтепереработке) принято измерять не массу, а объем продуктов. Поэтому, если плотность продуктов меньше плотности реагентов, выход продуктов может формально превышать 100 %.
Селективность используется для управления ходом каталитической реакции. Из одних и тех же веществ появляется возможность получить различные вещества:
СО + 2Н2 → СН3ОН в присутствии ZnO –Сr2O3 катализатора
4СО + 6Н2 → С4Н9ОН + Н2О в присутствии ZnO –Сr2O3 – щелочь катализатора.
СО + 3Н2 → СН4 + Н2О на Ni – катализаторе.
СО + nН2 → СnH2n+2 + H2O на цеолитном катализаторе.
Иногда селективность является более важным свойством, чем каталитическая активность.
Так, например, при горении аммиака образуются азот, окислы азота и вода:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O - горение
4NH3 + 4O2 → 2N2O + 6H2O - окисление
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O - окисление
Различают селективность - дифференциальную:
Дифференциальной селективностью (Сдиф.) называют отношение скорости образования целевого продукта к сумме скоростей всех реакций, протекающих на данном катализаторе в тех же условиях исходного вещества по всем направлениям:
Сдиф. = r/∑ri (10)
Интегральной селективностью (Синт..) называют отношение количества исходного вещества, пошедшего на образование продукта к сумме израсходванного вещества по всем направлениям:
Синт. = nисх.вещ. / ∑nизрасх.вещ. (11)
Объемная скорость (ч-1) – отношение объема исходного вещества в единицу времени (см3/ч) к объему катализатора (см3):
|
|
О.С. = Vисх.вещ./Vкат (12)
Время контакта (τ, с) – время в течение которого вещества находятся в соприкосновении с катализатором:
τ = 3600/О.С. (с) (13)