Формальная кинетика каталитических реакций

Каталитические процессы широко распространены в природе и эффективно используются в различных отраслях промышленности, иауки и техники. Так, в химической промышленности посредством гетерогенных каталитических процессов получают десятки миллионов тонн аммиака из азота воздуха и водорода, азотной кислоты путем окисления аммиака, триоксида серы окислением 50г воздухом и др. В нефтехимической промышленности более половины добываемой нефти посредством каталитических процессов крекинга, рифор-минга и т. п. перерабатывается в более ценные продукты — высококачественное моторное топливо, различного вида мономеры для получения полимерных волокон и пластмасс. К многотоннажным каталитическим процессам относятся процессы получения водорода путем конверсии диоксида углерода и метана, синтез спиртов, формальдегида и многие другие. Можно утверждать, что для любой реакции может быть создан катализатор. Теория катализа должна раскрывать закономерности элементарного каталитического акта, зависимость каталитической активности от строения и свойств катализатора и реагирующих молекул и тем самым создать необходимые предпосылки для предсказания строения и свойств катализатора для конкретной реакции, указать пути его получения. К описанию скорости каталитического процесса можно подходить, используя основные положения формальной кинетики и метод переходного состояния. При этом целесообразно сперва выделить общие закономерности катализа, присущие всем видам каталитических процессов, а затем рассмотреть некоторые специфические особенности отдельных групп каталитических процессов. [c.617]

На основе положений формальной кинетики, метода переходного состояния и законов термодинамики были получены уравнения, описывающие закономерности кинетики простейших реакций. В кинетические уравнения входят константы гетерогенно-каталитических реакций, характеризующие процессы, которые протекают на поверхности, константа равновесия хемосорбционного процесса /Сад и предельное значение адсорбции (Г ), константа скорости химического акта (/гуд), а также константы, характеризующие процессы массопереноса (О, р и р). Теория каталитического процесса, протекающего на поверхности катализатора, должна раскрывать зависимость и куц от строения и свойств катализатора и реагирующих молекул. Проблема эта очень сложная и далеко еще не решенная. [c.654]

Большинство каталитических процессов протекает через ряд последовательных стадий. Часто общая скорость процесса определяется лимитирующей стадией, т. е. стадией, скорость которой является наименьшей. На стадиях, которые не лимитируют процесс, устанавливается квазиравновесное состояние. Можно выделить два принципиальных механизма каталитических реакций слитный и стадийный. Воспользовавшись положениями формальной кинетики, рассмотрим выражения для скорости простейших каталитических процессов, в которых принимает участие катализатор. Слитный механизм многих каталитических реакций может быть представлен схемой бимолекулярной реакции [c.620]

Существенно, в каких целях проводится оценка активности и селективности катализатора. При создании новых катализаторов полная информация получается в виде зависимости активности и селективности от режимных параметров в определенном интервале степеней превращения. Выявление таких зависимостей приближается к исследованию формальной кинетики каталитической реакции. Естественно, что, располагая данными о кинетике, можно рассчитать активность и селективность катализатора при различных режимах и величинах зерна катализатора. Размеры зерна катализатора могут влиять на активность и селективность, так как связаны с процессами внутреннего массопереноса. [c.361]

ФОРМАЛЬНАЯ КИНЕТИКА КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ [c.25]

Как видно из (8.11) и (8.11а), кинетическое уравнение гетерогенной каталитической реакции отличается от формального урав — нения кинетики некаталитической реакции наличием в знаменателе адсорбционного множителя, которое обусловливает изменение кажущегося порядка гетерогенной реакции в зависимости от степени заполнения поверхности от 1 до 0. [c.100]

Современное состояние теории элементарного химического акта и теории катализа позволяет определить лишь направления, по которым следует вести поиски катализаторов и условий процесса. Как правило, еще требуются большие экспериментальные исследования при создании новых высокоэффективных катализаторов и каталитических процессов. Одной из задач химической кинетики является выяснение возможности представления сложного химического процесса в виде стадий и определение скоростей, констант скоростей и энергий активации отдельных стадий. Эта задача частично решается в разделе химической кинетики, который получил название формальной кинетики химических реакций. [c.532]

Предстационарная кинетика ферментативной реакции с участием промежуточных соединений. Формально-кинетический анализ кинетики каталитических реакций с участием промежуточных соединений может быть проведен и в обш,ем виде — для реакции с участием произвольного числа п промежуточных соединений [22]. [c.201]

Статья Уэя и Претера Структура и анализ сложных реакционных систем посвящена важному, но еще мало исследованному вопросу о формальной кинетике сложных реакций. К числу последних относятся каталитические и ферментативные реакции. Авторы описывают способы определения констант скоростей частных реакций исходя из концентраций веществ, принимающих участие в реакции и их изменений во времени. Таким образом, измеренные скорости реакций оказывается возможным выразить через истинные индивидуальные константы скорости реакции реагирующих веществ. Кинетические уравне- [c.5]

При анализе механизмов и кинетики каталитических реакций необходимо учитывать воздействие реакционной среды на катализатор. Изменения в катализаторе под воздействием реакционной среды, влияющие на его активность и селективность, могут протекать без образования или с образованием новой твердой фазы. Формально к воздействию реакционной среды на катализатор можно отнести и давно известные явления отравления и закоксо-вывания катализаторов, хотя, конечно, механизмы изменения активности катализатора в этих случаях совершенно другие, чем при влиянии на него чистой реакционной среды. С некоторой натяжкой к воздействию среды на катализатор можно отнести и его старение. Здесь, правда, основное влияние оказывают темпера-Т5 ра и время, однако и характер реакционной среды может оказать воздействие на этот процесс, например за счет ускорения спекания частиц вследствие повышения концентрации дефектов на поверхности. Таким образом, в реальном гетерогенном катализе наряду с основным процессом — каталитической реакцией превращения субстрата протекают сопутствующие ему процессы изменения катализатора. Это дает основание рассмотреть все эти процессы совместно в одной главе. Хотя процессы регенерации катализаторов не связаны непосредственно с влиянием реакционной среды на катализатор, они обусловлены им косвенно, как следствие отравления или закоксовывания, поэтому эти процессы также будут рассмотрены в данной главе. [c.89]

В настоящей главе рассмотрены некоторые вопросы формальной кинетики гомогенных каталитических и ферментативных реакций. Поскольку кинетике химических и ферментативных реакций посвящено достаточно большое число общедоступных изданий, здесь будут кратко рассмотрены лишь общие вопросы. Большее внимание будет уделено разделам, непосредственно связанным со специфическими проблемами катализа. Теория элементарных актов химических и ферментативных процессов изложена в гл. 6, 8. [c.467]

Математическое описание кинетики реакций, основанное на уравнениях (11.6) — (И. 8), называют формальной кинетикой. Слово формальная введено недаром даже в случае гомогенных реакций условия, при которых уравнения (П. 6) — (И. 8) отражают действительный механизм реакции, осуществляются далеко не всегда. Что же касается гетерогенно-каталитических реакций, протекающих через ряд стадий, механизм которых часто неизвестен, то в применении к ним уравнения (И.6) — (И.8) остаются лишь феноменологическими схемами, удобными при обработке экспериментальных данных и расчетах. [c.86]

Таким образом, было получено множество указаний на необходимость отнесения большего числа ранее изученных реакций в разряд каталитических. Это — несколько неожиданный результат ,— восклицает Хиншельвуд. Он показывает, как в сущности мало оправдывается предположение, что быстрые реакции должны быть гомогенными [5, стр. 74], Отмечая, что истинно газовые реакции являются скорее исключением, чем правилом , Хиншельвуд приводит в то же время доказательства принципиальной возможности таких реакций. Он говорит, что все-таки известен ряд газовых мономолекулярных реакций , и поэтому можно отвергнуть казавшийся одно время вероятным взгляд, что таких реакций вовсе не существует [5, стр. 98]. Интересно заметить, что такой вывод был сделан в момент перестройки или перехода кинетики с формальных позиций на позиции, характеризующиеся включением в объект исследований механизма реакций. В процессе этой перестройки, следовательно, кинетика превращается в науку, которая вынуждена в основном заниматься каталитическими реакциями. [c.369]

В конце 50-х годов даже формальная кинетика гетерогенного каталитического окисления углеводородов была изучена слабо из-за сильной экзотермичности процесса, что приводило к перегревам катализатора и развитию трудно учитываемых побочных реакций [256]. Однако и в конце 60-х годов при обобщении результатов исследований гетерогенного каталитического окисления углеводородов химикам приходилось констатировать, что в литературе только начинают появляться работы по изучению влияния углеводородов на кинетику и механизм реакций [257, стр. 344]. [c.113]

Мы сочли целесообразным ввести также раздел о каталитическом (с формальной точки зрения) влиянии среды (растворителя), так как среди многочисленных задач, стоящих перед исследователями кинетики жидкофазных реакций, одна из важнейших — количественный учет влияния среды на скорость и механизм процессов. От успешного решения этой задачи в значительной мере зависит прогнозирование течения процессов в различных растворителях, что имеет большое научное и практическое значение. [c.6]

В настоящее время изучение цепных радикальных реакций жидкофазного окисления направлено на уточнение механизма элементарных стадий, обнаружение и идентификацию промежуточных продуктов, установление влияния отдельных стадий, на формально-кинетические закономерности реакции в целом. Изучаются процессы, протекающие в реальных сложных системах сопряженное окисление смесей углеводородов окисление, ингибированное смесями ингибиторов каталитические процессы и т. п. В статье приведены данные о некоторых особенностях кинетики окислительных реакций, таких, например, как появление реакции передачи цепи в сопряженном окислении, явление синергизма в ингибированном окислении, критические явления в присутствии ингибиторов. Важная для практики проблема старения и стабилизации полимеров рассмотрена с точки зрения аналогии с механизмами жидкофазного окисления. [c.212]

Процесс слияния предметов кинетики и катализа закономерен. Раньше формальная кинетика изучала одну сторону процессов, связанную со стехиометрическими соотношениями, хотя ее выводы и строились преимущественно на исследовании каталитических реакций гидролиза, этерификации и т. п. Исследования же в области катализа были направлены на выяснение другой стороны процессов, связанной с нарушением стехиометрических соотношений. По мере проникновения кинетики в механизм реакций единство сторон химического процесса неизбежно превращалось в единство предметов кинетики и катализа. [c.400]

Формально влияние катализаторов на кинетику процессов учитывается изменением предэкспоненциального множителя и энергии активации, входящих в уравнение Аррениуса. Рассмотрим мономолекулярную гомогенно-каталитическую реакцию (К — катализатор) [c.63]

Идеи Берцелиуса и Либиха так и остались гениальными предвидениями, не опиравшимися на надежный фундамент представлений о динамике процесса. Только после разработки первых теорий формальной кинетики в 80-х годах XIX в. начали интенсивно развиваться теории катализа (контактные представления Вант-Гоффа и Оствальда). Новые успехи в развитии кинетики в XX в. (коллизионные представления, теории разветвленных цепных реакций и абсолютных скоростей реакций) порождали дальнейшее совершенствование представлений о катализе в это время теория промежуточной хемосорбции, цепная и электронная теория катализа, химическая концепция активной поверхности, теории кислотно-основного катализа и активных ансамблей. Специфика каталитических теорий обусловлена как самим характером соотнесения кинетики и катализа, так и важным промышленным значением последнего Недаром объектами кинетического исследования оказывались главным образом хорошо известные химикам [c.317]

Формальная кинетика для каталитических реакций развита преимущественно для стационарного случая. Основы теории стационарных каталитических реакций были заложены в50-60-е гг. Хориути [489,491] и Темкиным [379,381. [c.28]

Программа курса Кинетика и катализ охватывает 1) теорию ки-нетики гомогенных процессов (формальная кинетика, за некоторыми специальными исключениями, предполагается достаточно из вестноп из общего курса физической химии), включая разбор механизма элементар ных актов, теории столкновений и активного комплекса, разбор моно- и тримолекулярных реакций и некаталитических реакций в растворах 2) гомогенный катализ, сопря женные реакции и окислительные процессы, теорию промежуточных соединений в гомогенном катализе, кислот но -основной катализ цепные реакции, фотохимические реакции, газовоэлектрохимические реакции (последние в очень небольшом масштабе в связи с читаемым в IX семестре для части студентов специальным курсом Газовая электрохимия ) 3) кинетику гетерогенных каталитических процессов (теория Лэнгмюра, влияние неоднородности поверхности на гетерогенный каталитический процесс, кинетика реакции в потоке, элементы макрокинетики) и 4) теорию активных центров в гетерогенном катализе (первоначальные теории активных центров, теории мультиплетов и активных ансамблей, современные электронные представления в катализе). [c.220]

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]

Хотя уравнению изотермы Лэнгмюра (III.6) вряд ли точно под чиняются многие системы, оно оказывается весьма полезным при определении формально-кинетического порядка каталитических реакций. Принципом, лежащим в основе метода определения порядка каталитических реакций, является пропорциональность скорости реакции значениям 0 адсорбированных частиц или выполнение закона действующих поверхностей. В качестве примера использования изотерм для описания кинетики каталитических реакций можно рассмотреть реакцию гидрирования ацетилена в этилен на никелевом катализаторе [c.62]

В книге рассмотрены формальная кинетика химических реакций в статических условиях и в потоке, общие закономерности распада и образования молекул, основы теории столкновений и переходного состояния, теории моно- и тримолеку-лярных реакций, кинетика реакций в растворах, теория цепных и фотохимических реакций, кинетика, химических реакций под действием излучений высокой энергии, современные теории гомогенных и гетерогенных каталитических реакций, кинетика ферментативных реакций и реакций образования высокомолекулярных соединений. Достаточно подробно дан вывод всех формул. [c.2]

В присутствии катализатора обычно снижается порядок реакции, причем, чем активнее катализатор, тем этот эффект сказывается сильнее, т. е. тем ниже порядок реакции, В связи с этим, кинетика каталитических реакций обычно описывается уравнениями, лайденными эмпирически, и формальный порядок таких каталитических реакций будет выражаться как в виде целого, так и дробного числа. [c.98]

При протекании каталитической реакции через промежуточные комплексы влияние растворителя будет обусловлено его снособ-ностью образовывать комплексы с активными атомами поверхности катализатора. Если растворитель обладает высокой электронной донорно-акцепторной способностью или высокой л-электронной плотностью, то он сам будет входить в сферу лигандов комплекса и может понижать активность катализатора. Наоборот, достаточно инертные, неполярные растворптелп типа парафинов и циклопарафинов будут мало влиять на механизм комплексообразованпя. На кинетике процесса все это будет отражаться в виде ускорения или замедления скорости реакции при замене растворителя или усложнения формального уравнения кинетики вследствие изменения концентрации пли характера растворителя по ходу реакции. [c.50]

Отметим, что исследование кинетики сложных каталитических реакций чаще всего может дать основания лишь для неоднозначных соображений о ее механизме, но, не будучи связано с более детальными физическими и физико-химическими исследованиями, не может выявить характера элементарных стадий процесса. С другой стороны, знание кинетики реакций, какой бы механизм ни лежал в их основе, является необходимой предпосылкой всех расчетов промышленных процессов. Для расчетных целей безразлично, ootBOT TByeT ли форма кинетических уравнений детальному механизму каталитического процесса. Зависимость скорости реакций от концентраций реагентов и температуры часто представляют (в некоторой ограниченной области) выражениями типа (П.6) — (П.8) с эмпирическими коэффициентами при этом в формулу (II.8) должны также входить концентрации веществ, тормозящих реакцию, с отрицательными порядками a . Для приближенного формального описания кинетики реакций в широком интервале изменения значений переменных более пригодны уравнения лангмюровского типа. [c.96]

По Фросту р всегда должно быть меньше 1 и может равняться ей лишь в предельном случае, когда сумма значений адсорбционных коэффициентов продуктов реакции намного выше величины адсорбционного коэффициента реагирующего вещества. В то же время, согласно данным [15], величина р достигла 1,08 1,12. Позднее А. Я. Розовским было доказано [24, 25], что уравнение Фроста формально описывает кинетику гетерогенных каталитических реакций первого порядка, протекающих не только в кинетической области, но и в диффузионной и адсорбционной областях. При этом меняются физический смысл и величина коэффициентов уравнения 1в зависимости от области протекания реакции. [c.93]

Бели принять 5<онцентрацию 02 = сопз1 и расс1матривать переменной сорбцию 50г, характер уравнения (4.8) остался бы без изменений, т. е. реакция формально второго порядка по ЗОа при каталитическом протекании становится реакцией первого по.рядка. В этом случае уравнение (4.2) формальной кинетики принципиально не применимо. [c.96]

Общее уравнение кинетики гетерогенной каталитической реакции позволяет рассчитывать скорость процесса, если величина будет задана как функция концентрации реаги эующих веществ в соответствии с механизмом нротекання процесса. Так как в подавляющем большинстве случаев детальный механизм реакции не известен, то мы до последнего времепи вынуждены пользоваться при определении поверхности, занятой реагирующим веществом, адсорбционной теорией Лангмюра, несмотря на ее недостатки. Эта теория во многих случаях позволяет получить кинетические уравнения, согласующиеся с опытом. Это можно объяснить тем, что уравнения кинетики, полученные из рассмотрения скоростей процесса образоватшя и разрушения поверхностных соединений, формально похожи на уравнения, полученные при помощи изотермы Лангмюра, как это было показано одним из нас на примере регенерации алюмосиликатных катализаторов [4, 5, 6]. [c.43]

Приведенная выше формальная схема гомогенно-каталитическоЭ реакции подтверждается на опыте в том смысле, что в определенном интервале концентраций скорость гомогенно-каталитических реакций часто оказывается пропорциональной концентрации катализатора. Так например, Хиншельвуд, Клузйус и Хадмэн [957] нашли, что пары уксусного альдегида СНдСНО с заметной скоростью разлагаются только при температурах выше 500° С, причем реакция следует бимолекулярному закону. В присутствии паров иода — гомогенного катализатора — уже при 400° С идет быстрая каталитическая реакция, кинетика которой выражается уравнением [c.35]

Другая важнейшая особенность заключается в том, что существует множество катализаторов, способных активировать данную реакцию каждый из этих катализаторов обусловливает различную формальную кинетику процесса и имеет специфическую селективность. Кроме того, каталитическое хлорирование, которое протекает путем образования полярных или псев-доионных форм, будет сильно зависеть от полярности среды. [c.29]

Наличие побочных реакций, в результате которых происходит образование труднодесорбируемых веществ, может сильно влиять на формальную кинетику основного гетерогенно-каталитического процесса. Рассмотрим достаточно часто встречающийся при проведении органических реакций случай, когда степень торможения реакции формально определяется скоростью ее протекания. [c.55]

РОЛЬ диффузии в порах при протекании гетерогенной каталитической газовой реакции обсуждалась рядом авторов [1] для реакций первого порядка и для двух последовательных реакций с изолируемым промежуточцым веществом, Неоколько лет назад нам удалось показать [2], что реакция изомеризации трех я-бутенов происходит обратимо между какой-либо парой из них на алюмосиликатных катализаторах (катализаторах крекинга), а также при соответствующих условиях па окиси алюминия. При этом было замечено, что признаки влияния диффузии в порах становятся более заметными при повышенных температурах, в области более высоких скоростей реакций и при использовании более крупных зерен катализатора. В последующей работе [3] этот последний эффект был проанализирован математически на основе формальной треугольной (Л) схемы реакции. Эта схема, так же как и схемы, рассмотренные в упомянутых выше работах, хотя и справедлива для описания формальной кинетики, определенно не отражает истинного механизма реакции, так как она не содержит каких-либо данных в отношении переходного комплекса на поверхности катализатора, через образование которого происходят каталитические превращения. В связи [c.238]