Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Каталізаторами в розчинах є кислоти, основи, іони металів, а також речовини, що сприяють утворенню вільних радикалів. Активність каталізаторів у кислотно-основній взаємодії зростає із зростанням константи дисоціації кислот та основ.
Швидкість гомогенного каталітичного процесу залежить від концентрації реагуючих компонентів, концентрації каталізатора, температури, тиску та інтенсивності перемішування. Основний недолік гомогенного каталізу полягає в труднощах виділенні каталізяторя~
№тдщсо_дродуКтУ. через ШО ЗабрУДНЮЄТЬСЯ продукт І втрячяртьгя
чагт-иня кятялізятода^
Гетерм^тпти"Й каталіз— застосовується в промисловості набагато частгше7 ніж гомогенний. При гетерогенному каталізі газова або рід-ка~реакційна суміш легко відділяється від твердого каталізатора, а проміжні сполуки виникають на поверхні каталізатора і не утворюють окремих фаз.
Гетерогенно-каталітичні процеси також поділяються на два основних класи. До першого класу — електронного каталізу — нале-
жать окислювально-відновні реякттп. ле каталізаторами є провід-Никй"електричного струму — метали, напівпровідники (оксиди і суль-фіди металів); " " —
~~ЛР^ "ДРУго"Го класу — кислотно-основного, або іоннпгп, — нале-жать реакції гідратації, дегідратації, аміцувдння^-ізомеризаішУ алкілування і т. п. Каталізаторами для цих реакцій є тверді кислоти або основи^ які мають лише іонну провТднІстьТ~Ик показують досліди, найбільшу каталітичну активність і різноманітність каталітичної дії мають перехідні метали, такі як Cu, Ag, Cr, Mo, W, U, Fe, Co, Ni, Pt, Pd. Оскільки у цих металів заповнена d-оболонка, вони мають спільні характерні властивості — змінну валентність, схильність до комплексоутворення, невисоку роботу виходу електрону тощо, що сприяє/ їх каталітичній активності. \ —
Ак-т*»ггтсть напівпровідникового каталізатора тим вища, чим більше активних центрів хемосорбції (вільних електронів і дірок) є на його поверхні.
Каталітична активність каталізатора визначається не тільки хімічною природою, а й способом його виготовлення. На активність каталізатора значно впливає величина і характер його робочої поверхні^ пористість його зерен.
Процес каталізу на поверхні твердого пористого каталізатора відбувається в кілька елементарних стадій: дифузія реагуючих речовин з газового об'єму до поверхні зерен каталізатора' дифузія реагентів у порах зерен каталізатора, активована адсорбція (хемосорбція) на поверхні каталізатора з утворенням активованих комплексів (реагент — каталізатор), перегрупування атомів з утворенням поверхневих комплексів (продукт — каталізатор), десорбція продукту з поверхні, дифузія продукту в порах зерен каталізатора, дифузія продукту від поверхні зерен каталізатора в газовий об'єм.
Загальна швидкість гетерогенного каталітичного процесу визначається відносними швидкостями окремих стадій і обмежується най-повільнішою з них. При застосуванні каталізатора з певною активністю найбільше практичне значення має температурний режим каталітичного процесу.
Підвищення концентрації реагуючих компонентів і тиску змінює не тільки справжній, а й рівноважний вихід, а також температуру запалювання.
Тиск стає вирішальним фактором, коли активність каталізатора і рівноважний вихід продукту малі, як, наприклад, у процесах син-TesyNH^iXH^QH^-
""Дуже важливою характеристикою каталізатора є час контактування реагуючих компонентів з каталізатором, що має зв'язок з розрахунками реакційних апаратів. Час контактуваіщя^^ібо_^зб^шна швидкість — величина, обернена до часу контактування) є однотипним для багатьох каталітичних реакцій. Зі збільшенням часу контактування вихід продукту оборотної каталітичної реакції зростає і інтенсивність роботи контактного апарата знижується.
Найважливішим фактором технологічного режиму, специфічним для гетерогенних каталітичних процесів, є чистота вихідних речовин,.
тобто відсутність в них домішок, які можуть бути отрутами для каталітичної маси.
. Отруєння .каталізатора—.- це часткова або повна втрата активності внаслідок дії невеликої кількості домішок — речовин, які здатні паралізувати активні центри: механічно вкрити поверхню каталізатора або ж утворювати з ним неактивні хімічні сполуки. Ці речовини називаються контактними отрутами. Механізм отруєння специфічний для цієї отрути і каталізатора.
Отруєння може бути зворотним і незворотним. При зворотному отруєнні активність каталізатора знижується тільки при наявності отрути в реагуючій суміші, при надходженні нової порції чистої суміші активність каталізатора відновлюється.
Незворотне отруєння є сталим, і тому, щоб повернути активність, отруєний каталізатор вивантажують з апарата і регенерують відповідними засобами.
Пошуки нових каталізаторів, що не зазнають дії каталітичних отрут,— одне з найважливіших завдань технічного прогресу.
Промислові тверді каталізатори (їх називають контактами), як правило, являють собою складну суміш, яка називається контактною масою. В контактній масі одні речовини є справді каталізаторами, інші активаторами і носіями. Активаторами, або промоторами, називають речовини, що підвищують активність каталізатора. Так, у ванадієвій контактній масі, яку застосовують у виробництві H2SO4, активуючими добавками до основного компонента V2O8 є оксиди лужних металів.
