Реакторы каталитических газофазных процессов. Реакторы с неподвижным слоем катализатора – реакторы с катализаторными решетками. Тепловой баланс адиабатического реактора

В тех случаях, когда реакция протекает практически мгновенно, при контакте с поверхностью катализатор удобно использовать реакторы с катализаторными сет­ками. В реакторе этого типа проводят, например, окисле­ние аммиака в азотную кислоту. Конструктивно он вы­полнен весьма просто. В цилиндрической части корпуса аппарата закреп­лена платиновая сетка, служащая в этом про­цессе катализатором. Ре­акционные газы подаются сверху, их температура доведена до необходимой для реакции в специаль­ном теплообменнике. В мо­менты пуска реактора сетка разогревается до температуры реакции гре­ющим электрическим эле­ментом. Большинство химиче­ских реакций, осущест­вленных в промышленно­сти, протекают во времени, поэтому в реакторе необ­ходимо создать такие ус­ловия, при которых реагирующие друг с другом газы находились бы в контакте с катализатором в течение времени, близ­кого к необходимому.

БИЛЕТ №7

Графическое представление изменения состояния системы при химическом превращении. Эндо- и экзотермические реакции. Влияние катализатора на энергетическое состояние химической реакции. Основные законы формальной кинетики: уравнение Аррениуса, закон действующих масс.

1- путь реакции без катализатора

2- путь каталитической реакции

Энергетический уровень: I- исходных веществ

II- продуктов реакции

Пусть протекает одностадийная реакция с Е₀:

А+В→ R

Ход этой реакции на кривой изображен 1. Присутствие катализатора механизм реакции меняется, и она протекает через несколько стадий - 2 стадия.

Первой стадией является образование промежуточного активированного комплекса:

А+К→АК

Затем активированный комплекс взаимодействует со вторым компонентом с образованием комплекса катализатора и продукта

АК+В→RК

Последней стадией является разложение комплекса с образованием продукта R и высвобождением катализатора для нового каталитического комплекса

RК R+К

Каждая из этих последовательных стадий характеризуется своими значениями энергиями актив Е₁, Е₂, Е₃, но высота каждого из этих потенциальных барьеров ниже Е₀. Т.о., в присутствии катализатора реакция протекает энергетически по более выгодному пути, что позволяет её проводить при большей скорости. Однако исходное и конечное состояние системы (I и II) в присутствии катализатора и без него одинаковы. Следовательно, роль катализатора состоит в изменение скорости достижения состояния равновесия.

Чтобы молекулы начали превращаться необходимо определенная энергия для преодоления потенциального барьера.

Конфигурация промежуточных комплексов похожа на конфигурацию веществ в реакционной смеси, к которому он ближе по энергии Гиббса. Для экзотерм. реакции промежуточный комплекс по строению схож с исходными веществами, а для эндот. – с продуктами реакции.

Закон действующих реакций:

скорость простой элементарной реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ в соответствующих степенях, называемых порядком реакции

2А+В→ R

W=k[A]²[B]

Константа скорости реакции, как правило, резко увеличивается с ростом Т.

-уравнение Аррениуса