Экспериментальные методы изучения кинетики каталитических реакций

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ КИНЕТИКИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ [c.508]

Мы кратко рассмотрели основные особенности экспериментальных методов изучения кинетики каталитических реакций. [c.560]

В монографии излагаются общие вопросы кинетики гетерогенных каталитических реакций, ее особенности и взаимосвязь кинетики и термодинамики процесса, обсуждаются закономерности отдельных стадий каталитических процессов, соотношение кинетики прямой и обратной реакций, кинетические уравнения процессов в идеальных и реальных адсорбированных слоях, рассматриваются вопросы об оптимальных условиях реакций и об оптимальном катализаторе. В заключение дается анализ особенностей различных экспериментальных методов изучения кинетики и проводится их сопоставление. Изложение дается в основном [c.3]

Основная область научных работ — теория катализа. Положил начало (1920-е) изучению кинетики каталитических реакций, происходящих на поверхности раздела жидкость — газ. Предложил (1928) один из методов определения удельной поверхности твердых тел. Установил условия активированной адсорбции и величины энергии активации для разных адсорбентов и адсорбатов. Экспериментально проверяя теорию поверхностных активных центров катализаторов, выдвинутую X. С. Тэйлором, нашел (1930-е) случаи как широкой неоднородности поверхности, так и каталитически однородной. [c.428]

Экспериментальное изучение кинетики каталитических реакций— один из основных способов раскрытия физико-химического механизма конкретных реакций и, следовательно, получения исходной информации для сознательного управления этими реакциями при их практической реализации. Поскольку наблюдаемая кинетика реакции, как это следует из предыдущего изложения, может являться следствием наложения друг на друга ряда химических и физических факторов, постановка исследований должна обеспечить возможность строгого разграничения этих факторов. Таким образом, возникают задачи экспериментального изучения собственно химической кинетики, кинетики физических явлений, связанных с протеканием химических реакций, и, если это необходимо, физического моделирования процессов в их реальных условиях. Первым двум задачам и посвящены последующие разделы настоящей главы. Надо только отдавать себе отчет в том, что одних кинетических исследований недостаточно для однозначного раскрытия механизма реакции. Они должны быть дополнены физическими методами исследования процессов на поверхности катализатора. [c.187]

Для изучения кинетики каталитических реакций служат два метода — проточный и проточно-циркуляционный. Проточный метод позволяет проводить реакцию в стационарных условиях. Однако прн этом принимается допущение, что движение газа в слое катализатора отвечает режиму идеального вытеснения. Это допущение приближенно выполняется только при малой скорости газового потока и высоте слоя катализатора, во много превышающей размер зерен. Поэтому при сопоставлении с экспериментальными данными кинетическое уравнение должно быть проинтегрировано по времени контакта, объему или высоте слоя катализатора. Проточный метод удобен и щироко распространен для массовых испытаний катализаторов, предварительной оценки их активности и получения кинетических характеристик в одинаковых условиях, когда важны прежде всего сравнительные, а не абсолютные величины. [c.277]

Детальное экспериментальное изучение химических реакций, лежащих в основе разрабатываемого процесса, — необходимое условие для получения его надежной кинетической модели. В случае быстро протекающих реакций (время полупревращения порядка от долей секунды до нескольких минут), которые реализуются в промышленности в виде непрерывных процессов, проходящих в проточных реакторах, метод исследования кинетики в периодически действующих изотермических реакторах, кратко изложенный в этой главе, непригоден. Изучение кинетики таких реакций, к которым относятся подавляющее большинство каталитических и все газовые реакции, проводят в специальных установках проточного типа. [c.35]

Существование критических явлений воспламенения и потухания при осуществлении гетерогенных реакций с выделением большого количества тепла было теоретически обосновано Д. А Франк-Каменецким (5] и подтверждено экспериментально Н. Я. Бубеном [6—7] на реакциях каталитического окисления водорода и аммиака на платиновой нити. По Франк-Каменецкому [8], измерение критических температур поверхности, отвечающих срыву стационарного теплового режима, может служить методом изучения кинетики сильно экзотермичных гетерогенных реакций, идущих с заметной скоростью только в диффузионной области. [c.139]

Однако в большинстве случаев ферментативный процесс представляет собой комплекс ряда таких реакций, протекающих последовательно (а частью может быть и параллельно). Детальное изучение кинетики таких реакций потребовало разработки новых экспериментальных методов исследования. - Результаты работ И. В. Березина и других показали, что кинетическое изучение многостадийной каталитической реакции дает возможность глубже раскрыть механизм ферментативного процесса [c.671]

Основы теории макроскопической кинетики химических реакций, протекающих на пористых телах, достаточно полно рассмотрены отечественными и зарубежными учеными [16—27]. Экспериментальное изучение макрокинетических закономерностей каталитических процессов стало практически возможным после разработки оригинальных методов — метода диафрагм [28] и метода отдельных гранул или разного зернения [29, 30], которые находят признание [31] и широкое применение. Так, с помощью метода отдельных гранул впервые раскрыты и детально изучены роль и значение процессов переноса в аммиачном катализе. Было показано, что на отдельных гранулах и в [c.26]

Подобно обычным стехиометрическим реакциям, гомогенные каталитические реакции протекают в растворе. И в том и в другом случае одним из наиболее полезных и важных экспериментальных методов исследования является изучение кинетических характеристик процесса. Изучение кинетики включает измерение скоростей реакции при различных условиях, таких, как температура и концентрация реагентов и катализаторов. Скорость реакции может быть измерена либо по нарастанию конечного продукта (или продуктов) реакции, либо по убыли одного или более исходных вешеств. Для получения надежных кинетических данных необходимо, чтобы исследуемая реакция была хорошо воспроизводимой и давала строго определенные продукты. При измерении скоростей обычно используют два метода дифференциальный (изменение концентрации в единицу времени) или интегральный (изменение конверсии или расходования реагента за период от начала реакции). Полученные данные обрабатываются математически по уравнениям скоростей реакций. Уравнения скоростей достаточно разнообразны, однако мы ограничимся рассмотрением лишь нескольких простых типов. [c.24]

Переходя к общей оценке состояния теории подбора катализаторов, надо прежде всего отметить чрезвычайную сложность задачи предвидения каталитического действия. Это отчетливо вытекает из того, что химическая кинетика до сих пор бессильна предсказать скорость даже самых простых, некаталитических реакций. Всякий же каталитический процесс всегда сложнее, так как в этом случае в состав активного комплекса наряду с реагирующими веществами обязательно входит и катализатор. Тем не менее мы можем оптимистично оценивать перспективы развития теории предвидения каталитического действия. Основанием для этого является ясность, достигнутая теорией в трактовке сущности каталитического действия, а также быстрый прогресс методов прямого экспериментального изучения промежуточного поверхностного взаимодействия реагирующих веществ с катализатором. Интенсивное накопление этих экспериментальных данных позволит создавать обобщения, первоначально узкие, но постепенно охватывающие все более широкие области гетерогенного катализа, и предсказывать наиболее плодотворные направления поисков новых катализаторов. [c.19]

Итак, мы рассмотрели основные принципы разных экспериментальных методов изучения кинетики гетерогенных каталитических реакций. Каждый метод имеет свою специфику, ограничивающую его применимость и показывающую, какие особенности его должны быть учтены при п р актич е с ком использовании. [c.541]

В настоящей работе предпринята попытка применения метода математического планирования эксперимента к изучению кинетики каталитического взаимодействия метана с водяным паром в сопоставлении с ранее полученными экспериментальными данными. В качестве катализатора использовали спеченный пористый никель с оптимальной добавкой никеля Ренея, хорошо зарекомендовавший себя в этой реакции. [c.109]

Значение хроматографии для подбора. Чем сложнее процесс и чем больше требования к полифункциональности и селективности катализаторов, применяющихся для его осуществления, тем меньшую помощь в подборе способна оказывать теория катализа в ее современном состоянии. Поэтому, наряду с работами над дальнейшей разработкой теории, большое значение приобретает усовершенствование экспериментальных методов изучения каталитических св011ств и закономерностей подбора, необходимых для получения более полной и быстрой информации. С этой точки зрения следует особенно подчеркнуть большие возможности хроматографии газов и паров. Она позволяет обнаруживать и исследовать каталитические явления при очень малых степенях превращения быстро устанавливать полный состав продуктов реакций получать исходные ве-)цества в особо чистом состоянии изучать адсорбцию компонентов реакций на катализаторах во время реакций и, наконец, проводить экспрессное изучение кинетики каталитических процессов, удельных поверхностей и других важных характеристик процесса и катализатора [7]. В изучении механизма сложных контактных реакций особенно эффективна радиохроматография [8]. Очень перспективно исследование реакций в хроматографическом режиме [9], позволяющее обходить термодинамические запреты, и т. д. [c.16]

В дальнейшем этот метод изучения кинетики гетерогенных каталитических реакций по условиям воспламенения был применен М. Г. Слинь-ко [9] и Ю. Б. Каганом с сотрудниками для реакций нулевого [10] и высших порядков [11 — 12]. Ими предложены методы нахождения критических условий воспламенения и определения кинетических параметров процесса по минимальной температуре газа в ядре потока, при которой происходит воспламенение. Все необходимые для расчета параметры легко определяются экспериментально на проточной установке. [c.139]

Использование импульсного метода позволило экспериментально установить механизм протекания реакций и определить с достаточно высокой точностью кинетические константы отдельных реакций, составляющих суммарный каталитический процесс. Отличигельная особенность импульсного метода от традиционных проточных и проточно-циркуляционных заключается в том, что ставится прямой эксперимент по изучению кинетики реакции взаимодействия одного из компонентов реакционной смеси с восстановленным катализатором [c.108]

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]

Проточные реакторы. При скоростях реакции, когда применение пери- одических реакторов невозможно, кинетику изучали в проточных реакторах. Однако в случае гомогенной реакции термического разложения экспериментальные трудности оказываются значительно больше, чем при изучении гомогенной реакции двух или большего числа реагентов или реакций, протекающих в присутствии твердого катализатора. При каталитических реакциях реакция протекает только в слое катализатора обычно во время предварительного нагрева сырья и охлаждения образовавшихся продуктов реакция практически не идет. В случае двух реагентов преждевременную реакцию удается предотвратить раздельным их нагревом и быстрым смешением. Однако термическое разложение продуктов в проточном реакторе сравнительно интенсивно протекает и во время предварительного нагрева и в начале последующего охлаждения. Продолжительность предварительного нагрева сырья гложно сократить различными способами. Специально разработанный метод в реакторе с ударной волной (проточного типа) позволяет почти мгновенно достигнуть условий, требуемых для протекания реакции. Можно также подавать сырье в реак- [c.55]

Все катализаторы крекинга подвержены деактивации, происходящей тем быстрее, чем выше активность катализатора. Потеря активности сопровождается превращениями, которые не рассматриваются в классической кинетике и катализе. Эти превращения хорошо описываются теорией ВПП с ее помощью удалось объяснить особенности каталитического крекинга, за исключением различий в селективности, при использовании экспериментальных реакторов с неподвижным слоем катализатора и промышленных аппаратов с движущимся или псевдоожиженным слоем. Теория ВПП позволяет установить схему первичных реакций при крекинге индивидуальных углеводородов, а также оцепить поведение свежего незакоксованного катализатора в начальной стадии процесса. Это открывает возможность дл изучения природы активных центров кинетическими методами. [c.116]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология