Активность катализатора

ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Гетерогенно-каталитические процессы. Гетерогенный катализ на твердом катализаторе. Внешняя и внутренняя поверхность катализатора. Пути развития поверхности катализатора (применение пористых носителей для каталитически активных веществ, целенаправленное получения пористой структуры катализаторов). Классификация пор в структуре адсорбентов и катализаторов. Степень использования внутренней поверхности. Контактные массы и их состав. Технологические характеристики и требования к промышленным катализаторам.

Стадии гетерогенно-каталитических процессов и области их протекания. Микрокинетика гетерогенно-каталитических процессов. Адсорбция на поверхности катализатора. Скорость химического превращения на поверхности катализатора.

Макрокинетика гетерогенно-каталитических процессов. Внешняя и внутренняя диффузия как лимитирующая стадия процесса. Оптимальные форма, размер зерен катализатора и пористая структура катализатора.

Выбор оптимального режима гетерогенно-каталитических процессов: температуры, давления, объемной скорости. Пути интенсификации гетерогенно-каталитических процессов.

Каждая из этих последовательных стадий характеризуется своими значениями энергии активации Е1, Е2, Е3, но высота каждого из этих потенциальных барьеров ниже энергии активации Е0. Поэтому в присутствии катализатора реакция протекает по энергетически более выгодному пути, что позволяет проводить процесс с большей скоростью.

Исходное и конечное энергетические состояния реакционной системы, в том числе свободная энергия Гиббса, в присутствии катализатора и без него остаются одинаковы. Это связано с тем, что катализатор восстанавливает свой состав. поэтому, катализатор не изменяет состояние химического равновесия, т.к. оно не зависит от пути реакции. Роль катализатора состоит лишь в изменении скорости достижения состояния равновесия. Катализатор может увеличивать скорость только тех процессов, которые разрешены термодинамически, но не может инициировать термодинамически невозможные реакции.

Каталитические процессы можно классифицировать по различным признакам. Наиболее простая классификация основана на фазовом состоянии участников процесса и включает гомогенные, гетерогенные и микрогетерогенные каталитические реакции.

Активность катализатора.

Температура зажигания. На ряду с активностью важной технологической характеристикой является температура зажигания Тзаж.

Температура зажигания – это минимальная температура, при которой процесс начинает идти с достаточной для практических целей скоростью.

Температура зажигания определяется активностью катализатора, природой и концентрацией исходных реагентов. В процессе старения температура зажигания возрастает.

С технологической точки зрения лучше использовать катализаторы с низкой температурой зажигания, что позволяет снизить энергетические затраты на предварительный нагрев реакционной смеси.

Для экзотермических реакций температуру зажигания можно рассчитать количественно путем совместного решения уравнений теплового и материального балансов. При некоторой минимальной температуре скорость выделения тепла будет равна скорости его отвода (расход теплоты на нагрев исходной смеси и вынос теплоты с продуктами).

Таким образом, для экзотермических реакций температура зажигания – это такая температура, при которой процесс можно проводить в автотермических услових, без подвода теплоты извне.

особенно важно иметь невысокую температуру зажигания катализатора при проведении обратимых экзотермических процессов, т.к. невысокие температуры позволяют сместить равновесие реакции и увеличить выход продуктов.

Избирательность (селективность). Сложные каталитические реакции могут протекать по нескольким термодинамически возможным направлениям с образованием большого числа различных продуктов.