Кинетика гетерогенных реакций и катализ

В первой части книги рассматриваются вопросы формальной кинетики простых реакций (порядок реакции, константа скорости, кинетические уравнения различных порядков), математические характеристики сложных кинетических систем и экспериментальные характеристики простых и сложных кинетических систем. Вторая часть имеет вспомогательный характер — она посвящена статистическим методам, применяемым к системам из большого числа частиц при равновесии. В третьей — рассматриваются вопросы кинетики гомогенных реакций в газах (реакции мономолекулярные, бимолекулярные, тримолекулярные, сложные реакции в газовой фазе взрывные процессы и процессы горения). Четвертая, последняя, часть посвящена реакциям в конденсированной фазе (кислотно-основной катализ, реакции окисления-восстановления, радикальная полимеризация, гетерогенный катализ). [c.4]

Фундаментом прогнозирования активности, селективности и других специфических свойств катализатора должна стать детальная микроскопическая теория гетерогенного катализа, опирающаяся на современные представления квантовой химии и теории твердого тела. Описывая элементарные акты реакций и превращений вещества на поверхности реального катализатора, такая теория в принципе дает возможность не только в полной мере понять механизм, кинетику и термодинамику катализа, но и предсказать каталитическую способность того или иного металла, полупроводника, диэлектрика в конкретной химической реакции. Однако незавершенность теорий катализа не позволяет однозначно предсказывать оптимальный состав промышленных катализаторов и другие их характеристики для действующих и проектируемых производств. До сих пор решение проблемы подбора катализаторов опирается в значительной мере на эмпирические подходы, сопряженные с большими затратами рутинных форм труда. Так, в поисках первого катализатора для синтеза аммиака было исследовано около 20 тыс. различных веществ [1, 2]. В 1973 г. число известных органических соединений оценивалось в 6 млн. Ежегодно только в нашей стране синтезируется более 40 тыс. новых химических соединений. Таким образом, разработка научно обоснованных целенаправленных стратегий поиска катализаторов представляет актуальную проблему современного катализа. Актуальность проблемы подтверждается еще и тем, что коло 90% промышленных химических и нефтехимических производств ведется с применением катализаторов. [c.56]

В последние годы опубликовано несколько монографий по химической кинетике. В Советском Союзе изданы монографии Н. Н. Семенова О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности (1958) и В. Н. Кондратьева Кинетика газовых химических реакций (1958). В русском переводе вышла книга С. Бенсона Основы химической кинетики (1964). Эти обширные монографии дают достаточно полное представление о ряде важнейших направлений научных исследований в области химической кинетики. Однако, поскольку они содержат большое количество специального и зачастую дискуссионного материала, изучение этих монографий требует от читателя знакомства с основами химической кинетики. В то же время учебная литература по химической кинетике все еще немногочисленна. Особенно ощущался недостаток в учебнике по современным основам химической кинетики. По-видимому вследствие этого первое издание настоящего Курса химической кинетики , вышедшее в свет в 1962 г., разошлось очень быстро и возникла необходимость в выпуске второго издания — исправленного и дополненного. В предлагаемом курсе изложены теоретические основы кинетики гомогенных химических реакций. Кинетика гетерогенных реакций в курсе не рассматривается в связи с тем, что она в основном имеет значение для области гетерогенного катализа, которая представляет собой самостоятельный раздел науки. [c.4]

Предлагаемая книга представляет собой попытку сведения воедино основных проблем, лежащих в основе практического применения гетерогенно-каталитических реакций в химической промышленности. В связи с этим материал, рассматриваемый в книге, достаточно разнообразен и охватывает как вопросы научных основ подбора и производства катализатора, так и кинетику гетерогенно-каталитических реакций, расчеты контактных аппаратов, лабораторные методы исследования катализаторов и каталитических реакций. Все эти вопросы авторы старались рассматривать с точки зрения их практического использования на разных стадиях разработки промышленных каталитических процессов. На изложение материала не могли не отразиться личный опыт и личные научные интересы авторов, вследствие чего не все материалы и теоретические положения, затрагиваемые в книге, освещены с одинаковой полнотой. Естественно, что столь обширный материал, как основы технического катализа, не мог быть изложен без заметных упущений. Поэтому авторы будут весьма благодарны всем, кто поможет их устранить. [c.4]

КИНЕТИКА ГЕТЕРОГЕННЫХ РЕАКЦИЙ И КАТАЛИЗ [c.359]

Развитие кинетики гетерогенно-каталитических реакций неразрывно связано с именами А. А. Баландина, С. 3. Рогинского, М. И. Темкина, Г. К. Борескова, А. В. Фроста, Н. И. Кобозева и многих других. Новые идеи этих ученых разрабатывались не только их учениками и сотрудниками в нашей стране, но и рядом зарубежных ученых. Следует отметить, что поворотным пунктом на пути создания современной кинетики гетерогенных реакций послужили первые работы А. А. Баландина (1928—1929) по кинетике таких реакций в потоке. Теория процессов на неоднородных поверхностях разработана С. 3. Рогинским. Кинетика реакций в твердой фазе разрабатывалась у нас в связи с проблемами катализа С. 3. Рогинским, Б. В. Ерофеевым и их сотрудниками. Проблемы макрокинетики в катализе широко представлены в работах [c.8]

Необходимо особо отметить выдающиеся исследования М. И. Темкина (1935—1938 гг.), давшего впервые вывод уравнений абсолютных скоростей процесса адсорбции и гетерогенного катализа. Вывод общего уравнения кинетики гетерогенных реакций в струе газа сделал Г. М. Панченков (1948 г.). [c.6]

Чтобы лучше понять закономерности кинетики гетерогенно-ката-литических процессов, целесообразно рассмотреть специфические особенности катализа на поверхности раздела фаз. В гомогенном катализе катализатор выступает в молекулярной форме, в гетерогенном катализе катализатор выступает в форме совокупности большого числа молекул или атомов, образующих отдельную фазу. Так, например, в коллоидной частице платины сосредоточено 10 10 атомов, из них менее 1 % расположено на поверхности частицы. В скелетном никеле число атомов в частице радиусом 50 мкм равно 10 , из них только несколько процентов находится на поверхности раздела фаз. Следовательно, в гетерогенном катализаторе только незначительная часть атомов или молекул катализатора может непосредственно взаимодействовать с молекулами реагирующих веществ. С увеличением 5уд возрастает доля молекул или атомов, находящихся на поверхности раздела фаз, возрастает и каталитическая активность. Однако диспергирование катализатора до молекулярной степени дисперсности необязательно приведет к максимальной активности катализатора. Активность при этом может проходить через максимум и снижаться до нуля. Активные центры на поверхности катализатора могут включать несколько атомов или атомных групп. Их каталитическая активность может зависеть от атомов и молекул, находящихся во втором, третьем или п-м слоях атомов и молекул. Тогда переход к молекулярной степени дисперсности приведет к разрушению активного центра и к потере активности катализатора. В гомогенно-каталитических реакциях в растворах молекулы катализатора равномерно распределены по всему объему жидкой фазы. В гетерогенном каталитическом процессе молекулы или атомы, принимающие участие в элементарном каталитическом акте, сосредоточены в очень малом объеме, ограниченном поверхностью катализатора и толщиной слоя раствора (газа) Л, равной расстоянию, на котором начинают существенно проявляться силы притяжения между молекулами реагирующих веществ и поверхностью катализатора. Принимая /г 10 м и 5уд 100 м г"1, рассчитаем объем реакционного пространства, в котором протекает элементарный химический акт [c.636]

В настоящем (XV) томе серии Проблемы кинетики и катализа рассматриваются вопросы механизма и кинетики гетерогенных реакций. В первой части сборника обсуждаются теоретические и прикладные аспекты гетерогенного катализа, развитие которого характеризуется в последние годы быстрым накоплением фактических данных, требующих своего осмысливания и обобщения. Вторая часть сборника отведена реакциям твердых тел. Процессы химического превращения твердых тел — их разложение, реакции с газом и друг с другом — занимают важное положение в химической технологии и являются основой производства катализаторов, адсорбентов, полупроводников и других материалов. [c.3]

В основу сборника положены доклады, прочитанные ведущими учеными нашей страны в области гетерогенного катализа и топохимии на симпозиуме Механизм и кинетика гетерогенных реакций , который состоялся 18— 20 марта 1970 г. в Москве в Институте химической физики АН СССР. Работа симпозиума была посвящена памяти выдающегося советского физико-химика члена-корреспондента АН СССР Симона Залмановича Рогинского, скончавшегося 5 февраля 1970 г. [c.3]

Особенности катализа на окиси магния и близких к ней окислах-диэлектриках. Крылов О. В. Сб. Механизм и кинетика гетерогенных реакций . М., Наука , 1973, стр. 85—94. [c.229]

В книге изложены теоретические основы гетерогенного катализа, кинетика каталитических реакций, научные основы подбора катализаторов. Описаны промышленные гетерогенно-каталитические процессы, расчет и устройство каталитических реакторов, синтез катализаторов и методы исследования каталитических реакций. [c.2]

Здесь мы рассмотрим закономерности кинетики гетерогенно-каталитических реакций в отсутствие диффузионного торможения, т. е. три из перечисленных стадий — адсорбцию, собственно реакцию и десорбцию. В обычных кинетических исследованиях эти стадии неразличимы тем не менее гетерогенно-каталитический процесс остается по своей природе сложным. Этим и объясняются характерные для гетерогенного катализа сложные и разнообразные кинетические закономерности. [c.79]

Таким образом, при рассмотрении кинетики гетерогенных каталитических реакций необходимо учитывать воздействие на катализатор реакционной среды. Это касается прежде всего анализа оптимальных условий по кинетическим данным и моделирования реакторов, которое начинается с разработки кинетических моделей конкретных каталитических реакций. Поэтому далее рассмотрим кинетические модели в гетерогенном катализе, их характеристики и практическое значение. [c.80]

Гомогенный и гетерогенный катализ. Если реагенты и катализатор находятся в одной фазе (газовая смесь или раствор), то осуществляется гомогенный катализ. Если реагенты (газ или жидкость) плохо растворимы в жидком катализаторе или жидкий катализатор плохо растворим в жидких реагентах и имеются две фазы, то, хотя реакция осуществляется гомогенно, в одной из соприкасающихся фаз, она является гетерофазной. При определенных условиях кинетика такой реакции определяется массообменом между фазами катализатора и реагентов, и в этом случае протекает гетерогенная реакция. При гетерогенном катализе катализатор— твердое вещество, а реагенты —жидкие или газообразные вещества. Реакция в этом случае протекает на поверхности катализатора. Гетерогенный катализ распространен в нефтеперерабатывающей промышленности значительно больше, чем гомогенный. [c.135]

Берман АуД., Крылов О. В. Особенности кинетики гетерогенных реакций с фазовьь ми прврашениями на поверхности катализатор // Проблемы кинетики и катализа. Нестационарные и неравновесные процессы в гетерогенном катализе. Т. 17. М. Наука, 1978. С. 102-115. [c.284]

Многочисленность и разнообразие гетерогенно-каталитичес-ких процессов, разнохарактерность их стадий в условиях сложности и многообразия механизма реакций требуют четкой классификации имеющегося огромного материала. Рассмотрим основные материалы кинетики гетерогенного катализа на основе его общей стадийной схемы, т. е. в зависимости от того, какая стадия процесса является определяющей (лимитирующей), т. е. узким местом процесса, предопределяющим его кинетические закономерности. [c.307]

Раздельное изучение обеих характеристик уравнения (И) представляет интерес для установления истинного механизма каталитической реакции и является в настоящее время первоочередной задачей кинетики гетерогенного катализа. [c.79]

В общетеоретическую часть включены вопросы строения вещества, энергетики и кинетики химических реакций, растворов, окислительно-восстановительных и электрохимических процессов, а также обзор свойств элементов и их соединений. Рассмотрено строение вещества на атомном, молекулярном и надмолекулярном уровне, а также строение кристаллов. Изложены общие закономерности протекания химических реакций, в том числе основы химической термодинамики и химической кинетики. Большое внимание уделено тепловым эффектам и направленности химических реакций, химическому, фазовому и адсорбционному равновесию. Изложены кинетика гомогенных и гетерогенных реакций, цепных и фотохимических реакций и основы катализа. Освещены дисперсные системы, коллоидные и истинные растворы, большое внимание уделено растворам электролитов. Рассмотрены термодинамика и кинетика окислительно-восстановительных и электрохимических процессов, коррозия и защита металлов. Выполнен обзор свойств химических элементов и их простых соединений, рассмотрены строение и свойства комплексных и органических соединений. [c.3]

Количественные закономерности кинетики гетерогенного каталитического процесса существенно зависят от закономерностей равновесия и кинетики адсорбционных стадий. Это, в первую очередь, обусловлено тем, что в гетерогенном катализе скорость реакции зависит от поверхностных концентраций реагирующих веществ, а не от их объемных концентраций. Поэтому для гетерогенных процессов чрезвычайно важно установить влияние условий процесса на степень заполнения поверхности катализатора реагирующими веществами. [c.37]

Наиболее полно влияние состояния поверхности на кинетику химических реакций было рассмотрено в гетерогенном химическом катализе. Теория каталитических процессов на неоднородных поверхностях была развита в работах М. И. Темкина и С. В. Рогинского. Изучая причины возникновения неоднородности и изменения энергетического состояния поверхности, необходимо учитывать структуру поверхности и взаимодействие поверхностных частиц с примесями или продуктами реакции. Побочные явления могут привести к образованию поверхностных соединений, вероятность возникновения которых зависит от способности катализатора образовывать с реагирующими веществами химические соединения. [c.523]

Кинетику гетерогенного катализа изучать значительно труднее, чем кинетику гомогенного катализа, поскольку концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции в газовой фазе экспериментально определять проще, чем в поверхностной фазе, где непосредственно протекает гетерогенная реакция. По аналогия с гомогенными системами истинная кинетика гетерогенной реакции определяется видом зави.си-мости скорости реакции от поверхностных концентраций. На П рактике, однако, наблюдается лишь кажущаяся кинетика, выражаемая зависи-М Остью. скорости реакции от давления (различных газ.ов. Соотношение между истинной и кажущейся кинетикой определяется адсорбционным равновесием, т. е.. связью между ко.нцентрациями в л.овер Хностн.ой и газовой фазах. В этом разделе ра-осматривается вл.ия,ние адсорбционного равновесия на кинетику гетеро.генного катализа. [c.533]

Важнейшая роль в переходе кинетики гетерогенных реакций, как каталитических, так и топохимических, на атомно-молекулярный уровень в формулировке теорий механизма гетерогенных реакций принадлежит выдающемуся советскому ученому члену-корреспоиденту АН СССР Симону Залмановичу Рогинскому (1900—1970). С. 3. Рогинский принадлежал к поколению ученых, пришедших в науку тотчас же после Великой Октябрьской социалистической революции. Еще на студенческой скамье в Днепропетровском университете С. 3. Рогинский начал заниматься вопросами катализа нод руководством академиков Д. П. Коновалова и Л. Б. Писарн евского. [c.5]

Некоторые особенности кинетики нестационарного гетерогенного катализа. Р о з е iI-тaльlA.Л. б. Механизм и кинетика гетерогенных реакций . М., Наука , 1973, стр. 163—168. [c.231]

ГЛАВА XVIII. КИНЕТИКА ГЕТЕРОГЕННЫХ РЕАКЦИЙ Ж. . И КАТАЛИЗ [c.354]

Учитывая, что исходное сырье представляет собой сложную систему как в химическом, так и в физическом отношении, а все основные и побочные реакции протекают на поверхности полидисперсных катализаторов в условиях нарастающей дезактивации, исследование проблем кинетики процессов каталитического гидрооблагораживання остатков строится на двух уровнях теоретических представлений. На первом уровне не учитывается гетерогенность протекания процесса, т. е. используются формальные подходы гомогенного катализа, основанные на различных эмпирических моделях, описывающих формальную кинетику основных реакций [55]. На втором уровне используются макро-кинетические методы гетерогенного катализа с учетом закономерностей диффузионных процессов, протекающих на зерне и в порах катализатора и использующих математические модели, связьшающие материальные балансы изменения концентраций реагентов с диффузионными характеристиками зерна и сырья, объединенные известными приемами. диффузионной кинетики [27]. [c.70]

Блокировать активную поверхность может продукт реакции или одно из исходных веществ блокирующее вещество может стехиометрически и не участвовать в реакции. Последний случай особенно важен для каталитических реакций в ншдкой фазе. Растворители, в отличие от инертных газов в газофазных процессах, имеют, как правило, достаточно высокие адсорбционные Коэффициенты, и замена одного растворителя другим может привести к резкому изменению кинетики каталитической реакции. Блокирование поверхности исходным веществом может вызвать специфическое для гетерогенного катализа явление самоторможения процесса, когда одно иа исходных веществ, сильно адсорбируясь на поверхности катализатора, затрудняет доступ к ней остальных реагентов и тем самым замедляет каталитическую реакцию. [c.83]

Для изучения влияния на кинетику гетерогенных каталитических процессов макрофакторов третьего вида В.А.Ройтер с сотрудниками предложили экспериментальный метод сравнения кинетических данных, полученных в стационарных условиях на катализаторе, приработанном к реакционной смеси, и в условиях 1фатковременного контакта с реакционной смесью - в нестационарном режиме /107. На необходимость постановки таких опытов при изучении кинетики реакций гетерогенного катализа указывает Г.К.Боресгов [c.91]

Статья об активации молекулярного водорода в гомогенном катализе, написанная Уеллером и Миллсом, представляет собой обзор новой области — гомогенной гидрогенизации. Катализаторами здесь служат растворимые комплексные соли меди, серебра и ртути. Исследование механизма и кинетики зтих реакци может по-новому осветить давно известные реакции гетерогенной каталитической гидрогенизации. [c.3]

Особенно большое промышленное значение имеет гетерогенный катализ. Уже в самом начале исследований кинетики газовых реакций, происходящих на поверхности твердых катализаторов, было установлено, что каталитическая активность обусловлена явлениями адсорбции. Для приближенного рассмотрения кинетики подобных реакций целесообразно использовать уже упоминавшееся уравнение изотермы Лангмюра. Это уравнение устанавливает связь между степенью заполнения (9) поверхности катализатора молекулами реагирующего вещества и парциальным давлением этого веп1ества в газовой фазе р [c.277]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология