Technológiai jellemzőit szilárd katalizátorok
Szilárd katalizátorok - van, mint általában, erősen porózus anyagot a fejlett belső felülete, azzal jellemezve, hogy egy bizonyos porozitással és kristályos szerkezetű, tevékenységet Tzazh gyulladási hőmérséklete. szelektivitás # 966; kat és számos egyéb műszaki jellemzőit.
A gyakorlati alkalmazás során, nagyon fontos technológiai jellemzői az ipari katalizátor (aktivitás, a gyulladási hőmérséklet, a termelékenység, a szelektivitás, otravlyaemost, szilárdság, stb ..).
1. A katalizátor aktivitása - hatásának mérésére gyorsulást tekintetében a reakciót:
Az Arrhenius-egyenlet:
Ebből az egyenletből következik, hogy magasabb aktivitással menetek chembolshe csökkentett aktiválási energia EAKT a katalizátor jelenlétében. (Bár meg kell jegyezni, hogy a változások nem csak az aktiválási energia a katalizátor jelenlétében, hanem a pre-exponenciális faktor k0 k0 Kat).
A gyorsító hatása a katalizátor lehet egyértelműen látható a oxidációját kén-dioxid
A reakció a katalizátor nélkül megy végbe rendkívül lassan (420 ° C-on vagy 693 K, az aktiválási energia körülbelül 420.000 J / mol). A reakció végrehajtása a katalizátor vanádium (V2 O5) Ek = 268,000 J / mol K, helyettesítésével ezeket az értékeket az egyenletet, és figyelembe véve, hogy R = 8,3 J / mol K, megkapjuk
azaz A reakció sebessége megnő a több száz milliárd alkalommal.
Annak ellenére, hogy kat magas árat a költségek petrolkémiai termékek (kat ár 0,001-01%) a technológiai és gazdasági előny kat realizált és nem csökkenti kat ár a költségek szerkezetét, és a megtakarítás a nyersanyagok, az energiafogyasztás csökkentése a folyamat.
2. A gyulladási hőmérséklet T # 730; RTA - ez a minimum hőmérséklet, amelyen a folyamat kezdődik, hogy menjen megfelelő sebességgel WR gyakorlati célokra ..
A „gyújtási” azt jelenti, hogy amikor a hőmérséklet emelkedése a határérték feletti, azzal egyenlő T # 730; RTA, van egy éles, hirtelen emelkedése a reakció sebességét. „Ignition” kerülhet sor a nem-katalitikus reakciókat.
Technológiai szempontból jobban használható katalizátorok egy kis gyújtási hőmérsékletű T # 730; RTA, így csökkenti az energiaköltségeket előmelegítésére a reakcióelegyet egyszerűsített reaktor kialakítása válik stabil technológiai rendszer.
Különösen fontos, hogy van egy kis gyújtási hőmérsékletű a katalizátor során az exoterm reverzibilis reakciók (alacsony hőmérséklet a folyamat lehetővé teszi, hogy eltolja a reakció egyensúlyát termékek felé mod-I)
3. A szelektivitás. Kifinomult katalitikus reakció is előfordulhat több irányban termodinamikailag lehetséges, amely a nagy számú különböző termékek. Az uralkodó a reakció során függ az alkalmazott katalizátor, és nem mindig a gyorsított eljárás termodinamikailag a legkényelmesebb több lehetséges.
Szelektivitás, illetve a szelektivitás # 966; Kat. Úgy hívják, hogy a képességét, hogy szelektíven gyorsítani a kívánt reakció jelenlétében számos mellékhatást.
Mennyiségileg a szelektivitást a katalizátor lehet becsülni, mint a szelektivitás a folyamat - szerves # 966; vagy differenciál # 966;”.
Mentése nyersanyagot végezzük c / o Kat szelektivitás növekedését. Modern Kat. Akkor nincs szelektivitás <85%. Чем выше селективность Kat. тем <расход сырья побочные реакции.
Ha ugyanabban az időben csak több párhuzamos reakciók, tudjuk választani a különböző szelektív katalizátorok minden ilyen reakciókat.
Szelektivitás nem csak attól függ a katalizátor típusától, hanem az eljárás körülményeinek, a heterogén katalitikus domén perkolációs módszerrel (kinetikus diffúzió).
Kifinomult párhuzamos reakciók zajlanak séma szerint:
és amely egy V A és C, amelyek jellemzik a sebességi állandók a K1 és K2, és az aktiválási energia E1 és E2, a szelektivitás A irányba definíciója:
Ebből az egyenletből látható, hogy egy adott T hőmérsékleten lehet változtatni módosításával a különbség E2 alkalmas katalizátor - E1 és ezzel lehetőséget teremtenek a kizárólag vagy túlnyomórészt a kívánt terméket.
Egy példa a szelektivitást a katalizátor lehet NH3 oxidáció NO a platina katalizátor
áramló teljesen több mint tíz ezred egy második, azaz, szinte azonnal. Egyidejűleg az említett reakció a két párhuzamos reakciók mennek végbe, amelyek termelnek N2 O és N2
Ezek a reakciók termodinamikai szempontból kedvezőbb, mert kíséri felszabadítása nagy mennyiségű hőt, de gyakorlatilag nem fordul elő, mert a sebesség mérhetetlenül kicsi jelenlétében platina katalizátor.
Különösen erős szelektivitást nyilvánul bonyolult szerves reakciókban. Így például az etil-alkohol, attól függően, hogy milyen típusú katalizátor és az eljárás körülményeinek a katalízis lehet alakítani a következő termékek: etilén -CH2 CH2. dietil-éter CH3 -CH2-O-CH2-CH3. aceton CH 3 COCH 3. butadién CH2 = CH-CH = CH 2 csoport. acetaldehid CH3 CHO és egyéb termékek. Következésképpen, egy alkalmas katalizátort, az ugyanazt a nyersanyagot lehet beszerezni a különböző kívánt termékeket.
4. Egy porózus és kristályos katalizátor szerkezet. Fontos tulajdonsága a katalizátor egy porózus szerkezet, amely jellemzi az a mérete és alakja a pórusok, a porozitás (aránya a hézagtérfogat a teljes térfogat), a fajlagos felülete a katalizátor F (azaz egységnyi térfogata vagy tömege m V).
Amikor kiválasztják szilárd katalizátor szerepet játszik kérhető katalizátor felületén a reakció gázokat. Minél több az egyes katalizátor felületén rendelkezésre álló A reakció gáz, a magasabb az arány a fogyasztás reagensek egységnyi idő ugyanazt a katalizátor mennyiségét.
Ipari katalizátorok mindig van egy kifejlesztett belső felülete nagyon kicsi, gyorsan vetjük alá az adminisztráció, és a katalizátort hamarosan elvesztette a katalizátor aktivitása A. A nagyobb a porozitás és minél kisebb a pórusok átmérője, annál nagyobb a belső felületén. Modern katalizátorok, amelyekre jellemző a nagy értékű felületi területet (akár 10-100 m2 / g).
Katalizátorként próbál használni nagyon porózus, természetes vagy szintetikus adszorbenseket (alumínium-szilikátok, zeolitok, szilikagél, aktív szén, stb) Ezek az anyagok alkalmazhatók hordozóként, amely felületére felvitt aktív komponensek.
Együtt a porózus szerkezet nagy jelentősége katalizátorok kristályos szerkezetű. Különböző kristálymódosulatokról egy és ugyanazon anyag lehet erősen eltérő katalitikus aktivitást. Például, az átmenet # 947; -Al2 O3 a # 945; -Al2 O3 több nagyságrenddel aktivitását csökkenti az anyag, mint a dehidrogénezési katalizátor.
5. A mechanikai szilárdság az érintkezési keveréknek olyannak kell lennie, hogy nem esik össze saját súlya alatt a készülékek egy rögzített katalizátor réteg és a csiszolás berendezés egy mozgó katalizátorágy.
6. Promotion és a mérgezés katalizátorok. Gyakran a bevezetése egy nagyon kis mennyiségű (frakció%) minden adalékanyag idegen hogy a fő katalizátor vezet vagy egy hirtelen megnő a tevékenységét A ↑, vagy fordítva, egy aktivitás-csökkenés A ↓ több megbízás. Az első esetben beszélünk promóció. A második - a katalizátor mérgezést.
A mechanizmus a támogatása szilárd katalizátorok különböző lehet. Az adalékok reagálhatnak a bázikus katalizátor egy kémiai reakció, alkotó felületén a termékek, amelyek nagyobb katalitikus aktivitást. Tudják változtatni a feltételeket a kölcsönhatás a reagenseket a testpotenciál a fő komponens, és promoter, valamint a növelése vagy a diszperzió stabilizálására porózus és kristályos szerkezete a katalizátor, stb
Gyakorlati alkalmazás katalitikus folyamatok gyakran megakadályozza a katalizátoraktivitás csökkenése hatására ismert anyagokra katalizátor mérgező.
Ez azzal magyarázható, az elmélet az aktív helyek, ahol a katalitikus aktivitás látható nem a teljes felülete a katalizátor, de csak bizonyos részei, amelyek egy bizonyos energia és geometriai megfelelő reaktív molekulák - aktív centrumokat. Katalitikus mérgek blokkolnak aktív pontokat, a felület kémiai vegyületek őket alkotó. (HC króm-oxid dehidrogénező katalizátorokat mérgezett víz)
Mérgezés reverzibilis és irreverzibilis. Amikor reverzibilis mérgezés a katalizátor aktivitása fokozatosan helyreáll, ha a reakcióelegy már nem tartalmaz katalizátorméreg. Amikor visszafordíthatatlan mérgezési hatás a friss reakcióelegyhez, a tevékenység nem lehet visszaállítani, akkor ki kell cserélni a katalizátor. Egy és ugyanazon anyagra, és okozhat reverzibilis vagy irreverzíbilis mérgezés, attól függően, hogy annak időtartama, a koncentrációja a reakcióelegyben, az eljárás hőmérséklete.
7. Ellenállás kapcsolatba mérgek egy fontos tulajdonsága a kereskedelmi katalizátorok. Ahhoz, hogy növelte a katalizátor élettartalmát ipari körülmények között feldolgozásra rendszerek révén alapos tisztítása szennyeződést a reagensek, amelyek katalizátormérgek.
Egyes esetekben, a katalizátort mérgezett reakció-melléktermékeket. Így reakciók szerves vegyületek (repedés, dehidrogénezés, izomerizáció) mérgezés katalizátorok gyakran fordul elő, mint eredményeként a kialakulását a magas-polimer film (ún koksz), amely a felszínen a katalizátor. Annak eltávolítását ciklus katalízis alternatív regenerálási ciklust - a katalizátort levegővel átöblítjük magas hőmérsékleten átalakítani koksz CO2. Gyakran a elkészíti folyamata a következő séma szerint: egyetlen reaktor egy kémiai reakció, és a másik pedig a katalizátor regenerálási, amely égő koksz a katalizátor felületéről. Jelenleg, egy és ugyanabban a reaktorban egy reakciózónában, és regenerálási zónában.
Vannak katalizátor mérgek, amelyek maradandó mérgezés a katalizátor, és ezért bizonyos eljárásoknál nagyon fontos a kezelés előtti nyersanyagok.
8. Mivel a legtöbb ipari folyamatokban történő kellően magas hőmérsékleteken is nagy jelentőséggel bír, hogy a tartósság katalizátorok, például durva hőmérséklet és a különbségeket.