Катализатор гетерогенных реакций

Гомогенной химической реакцией называется процесс, протекающий в одной фазе. Гетерогенной реакцией называется процесс, протекающий на поверхности раздела фаз. Любая реакция в растворе или реакция горения природного газа на воздухе будет гомогенной реакцией, реакция окисления в ЗОз на твердом катализаторе — гетерогенной реакцией. [c.309]

Гетерогенные реакции. Реакции, протекающие в реакционном объеме в соответствии с рассмотренными выше соотношениями, начинают давать существенные отклонения от этих соотношений, если они идут на поверхности твердого катализатора (гетерогенные реакции). Эти отступления, выражающиеся, между прочим, в возникновении дробных и да- [c.57]

Гомогенная реакция протекает в одной фазе, а гетерогенная реакция—более чем в одной фазе, например в газовой фазе и на поверхности твердого катализатора. Гетерогенные реакции проводятся в больщих масштабах в химической промышленности. Усовершенствование катализаторов особенно важно для проведения медленных реакций, сопровождающихся выделением теплоты. Хотя в этом случае константа равновесия может обеспечивать высокий выход продукта при комнатной температуре, скорость реакции часто оказывается настолько низкой, что реакцию нельзя использовать в практических целях. При повышении температуры скорость реакции возрастает, но при высоких температурах равновесие может сдвинуться в сторону уменьшения выхода продукта, как это непосредственно следует из принципа Ле Шателье. К такому типу относится реакция [c.324]

Из приведенного материала следует, что опыты, посвященные активации водорода посредством продувания его над металлами, не привели к положительному решению вопроса о возможности гомогенного продолжения начавшейся на поверхности катализатора гетерогенной реакции. [c.320]

Таблица 4-1- Некоторые типичные катализаторы гетерогенных реакций

Металлы группы платины, особенно платину и палладий, широко используют в качестве катализаторов гетерогенных реакций окисления (стр. 320, 419) и гидрирования (стр. 298). [c.674]

Каталитическое гидрирование окиси углерода для получения парафинов в основном нормального строения и олефинов является гетерогенной реакцией. Последняя проводится преимущественно над кобальтовыми или над железными -катализаторам-и с использованием возможно более чистых смесей окиси углерода и водорода. [c.66]

Для гетерогенных реакций действительны аналогичные отношения, только в качестве определяющего размера в них подставляется диаметр зерна катализатора вместо линейной скорости потока — пространственная скорость или ее обратная величина t. По уравнению (11-20, в) среднее время пребывания равно [c.232]

В случае использования гетерогенного катализатора, скорость реакции, кроме указанных факторов, естественно, будет зависеть ещё от объёма и поверхности гетерогенного катализатора. При таком многообразии влияющих на процесс факторов имитировать производственный процесс в лабораторных условиях становится невозможно или очень трудно, поэтому важное значение имеют производственные испытания на существующем оборудовании. [c.26]

Подробный анализ режимов экзотермической реакции показывает, что реакция на различных участках поверхности может протекать в разных режимах даже в том случае, когда поверхность равнодоступна. В работе [21 ] была показана возможность существования асимметричных режимов гетерогенной реакции, при которых одна сторона пластины катализатора работает в кинетическом, а противоположная — во внешнедиффузионном режиме. Интересно, что при определенных условиях режим процесса на одной из граней пластины, являясь неустойчивым, стабилизируется под влиянием теплового потока через катализатор. [c.121]

Результаты, полученные для простых гомогенных реакций, нетрудно распространить на гетерогенные реакции, а также процессы, включающие произвольное число реакций первого порядка. В случае гетерогенной реакции эффективной константой скорости к будет произведение константы скорости гетерогенной реакции, отнесенной к единице активной поверхности, на площадь активной поверхности в единице объема ячейки. Для этой величины останутся справедливыми все выделенные выше соотношения. Реакция на пористой частице катализатора может рассматриваться как гомогенная реакция, протекающая только в застойных зонах, но не в проточной части ячейки. Степень превращения, достигаемая в результате такой реакции, по-прежнему определяется формулой (VI.58), но функция А к) в этом случае должна быть связана с функцией распределения времени пребывания только в застойных зонах, а не во всем объеме ячейки. Эта видоизмененная функция А (к), в отличие от (VI.59), будет иметь вид [c.233]

Более сложен механизм гетерогенного катализа. В этом случае существенную роль играет поглощение поверхностью катализатора реагирующих частиц. Процесс также протекает в несколько стадий. Начальными стадиями являются диффузия частиц исходных реагентов к катализатору и поглощение частиц его поверхностью (активированная адсорбция). Последний процесс вызывает сближение молекул и повышение их химической активности, прн этом под влиянием силового поля поверхностных атомов катализатора изменяется структура электронных оболочек молекул н, как следствие, понижается активационный барьер. В результате на катализаторе происходит реакция. Затем продукты взаимодействия покидают катализатор и, наконец, в результате диффузии переходят в объем. Таким образом, в гетерогенном катализе образуются промежуточные поверхностные соединения. [c.225]

Это выражение эквивалентно уравнению (П,9), причем объем реактора можно рассчитать но и плотности катализатора. Так как рассматривается гетерогенная реакция, / JJ может в общем случае зависеть не только от состава смесп и температуры, но и от природы, размера таблеток катализатора п скорости потока смеси <см. стр. 174). [c.44]

Другим примером является гетерогенная реакция, протекающая на границе двух фаз (т. е. на поверхности катализатора). Реагенты подходят к реакционной поверхности за счет диффузии в этом случае массопередача к реакционной поверхности может значительно повлиять на общую скорость превращения. Следовательно, химиче- [c.152]

Гомогенная реакция в одной и более фазах Гетерогенная реакция на границе раздела двух фаз Гомогенная реакция с удалением продукта (например, экстракция жидкости жидкостью, стр. 157) Реакция на поверхности твердого катализатора (стр. 171) Массопередача с химической реакцией(например, химическая абсорбция газа, стр. 160) Реакции в слое псевдо-ожиженного твердого тела (например, сжигание углерода, стр. 181) [c.153]

Если кинетика процесса достаточно проста, она до.тжна быть разработана целиком и полностью. Однако во многих случаях получить законченную кинетическую картину невозможно ввиду наличия сложной лоследовательности реакций, которые нельзя обособить и изучать в отдельности. Сплошь и рядом реакция может носить гетерогенный характер, что опять-таки ставит перед кинетиком весьма трудные проблемы. Скорость процесса может ограничиваться факторами, влияющими на скорость диффузии, скажем размером нор катализатора гетерогенной реакции, протекающей в паровой фазе это тоже связано со сложными кинетическими проблемами. Тем не менее и в подобных ситуациях измерение скорости всего процесса или тех его частей, которые поддаются отдельному изучению, имеет неоценимое значение. Такие измерения иногда называют кинетикой процесса. [c.199]

Хорошо известно, что когда палладий (или его сплавы, например, с Ag и Ли) достаточно хорошо насыщен водородом, в системе Р(1—Н образуется новая фаза, называемая 3-Р(1-гидридом, с параметром решетки на 3,5% больше, чем у самого металла. Водород в ( -гидриде играет ту же роль, что и металлы 1Б подгруппы в сплавах, заполняя свободные места в -зоне переходного металла. В соответствии с электронной теорией катализа найдено, что при переходе в соответствующие -гидриды палладий и его сплавы с золотом снижают свою высокую каталитическую активность в реакциях рекомбинации Н-атомов [12] и орто-пара-превращения водорода [13]. Пальчевска и Фронцкиевич [14] использовали р-К1-гидрид в качестве катализатора гетерогенной реакции рекомбинации Н-атомов. Полученные результаты позволили сделать вывод об отравляющем влиянии водорода, присутствующего в виде -гидрида в никелевой фольге. [c.100]

Реакции могут быть гомогенные (однофазные) и гетерогеину.ю (многофазные). Примером гомогенной реакции являотся пиролиз газообразных углеводородов. Все нарофазные реакции на твердых катализаторах являются гетерогенными реакциями. [c.262]

Количественно скорость реагирования А, — го вещества в слож — ной 1 омогенной (гетерогенной) реакции выражается как количество вещества А , расходуемого или образующегося в результате химических взаимодействий в единицу времени на единице объема реактора (объема или поверхности катализатора или твердого вещества). [c.19]

В предыдущих рассуждениях теплопроводность не принималась во внимание, так как ею можно было пренебречь. Однако в некоторых случаях поток теплоты за счет теплопроводности div к grad Т) в изотермических реакторах может иметь очень важное значение. Например, при гетерогенных реакциях, когда теплота образуется на поверхности катализатора, отвод ее с конвективным потоком тормозится. [c.228]

Важно отметить, что при инициировании цепных реакций поверхностью катализатора концентрация радикалов никогда не может быть выше равновесной. Поверхность может только свести на нет так называемый период индукции цепной реакции (см. разд. 111.10 и ХП1.6). Такие периоды лндукции могут быть зачастую очень большими, а в некоторых случаях могут привести к тому, что реакция не будет развиваться, несмотря на то, что скорость самой реакции (продолжения цепи) может быть очень велика. В сравнении с гомогенной реакцией гетерогенная реакция имеет значительный недостаток, связанный с тем, что она ограничена поверхностью. В этом нетрудно убедиться, если сравнить частоты соударений молекулы со стенкой и с другой молекулой М в газовой фазе. Отношение частот соударений равно <см. разд. VIII.6 и VIII.8) [c.535]

Для реакции Вгг [см. уравнения (XVII.2.1) и (XVII.2.2)] это отношение увеличивается за счет того, что стерический множитель реакции 1 приблизительно равен 10 , тогда как для реакции 1 он равен 10 . Таким образом, реакция на поверхности не имеет существенного значения до тех пор, нока отношение поверхность/объем по порядку величины меньше 10 (обычно это отношение близко к 1 для большинства реакционных сосудов) или энергия активации на поверхности на 15 ккал и более (при 300° К) не достигает энергии активации гомогенной реакции при уменьшении давления роль реакции на поверхности возрастает. Такие чисто практические вычисления, как будет показано, вообще пригодны для сравнения скоростей гомогенных и гетерогенных реакций. Заметим в связи с этим, что эффективные поверхности большинства тонко измельченных промышленных катализаторов составляют 10—200 м г, или около 10 см 1г. Такая относительно большая поверхность катализатора увеличивает соотношение частот соударений. [c.535]

Превращение циклогексана в бензол над платиновым или палладиевым катализатором было открыто Зелинским [48] в 1911 г. и с того времени эта реакция является объектом многочисленных исследований. Многие работы посвящены механизму реакции, в частности, с точки зрения геометрии каталитических структур. В этом отношении представляют интерес работы А. А. Баландина [2, 3] не только потому, что они объясняют гетерогенные реакции в геометрическом выражении, но и тем, что-они стимулировали развитие многих дальнейших исследований. Обсуждение этих работ не входит в задачу данной главы, однако, можно сослаться на очень хороший критический обзор Трапнеля Вклад Баландина в изучение гетерогенного катализа [45]. [c.172]

Инертные материалы, пропитанные солями, могут, вероятно, действовать как поверхностные катализаторы в гетерогенной реакции, а также промотировать гомогенное хлорирование в газовой фазе. Реакция пропана и хлора в присутствии хлорной меди (СиСЛа), нанесенной на силикагель, описана Рейерсоном и Юстером [29]. При этой реакции происходит раз-, ложение хлорной меди с образованием атомов хлора и СиС1. При 324° реакция хлорирования сопровождается полихлорированием и дегидро--хлорированием. [c.62]

Условия реакции. Ароматические углеводороды можно окислять кислородом или воздухом в газовой фазе в присутствии катализаторов (гетерогенный или гомогенный катализ) и без них в системе газ — жидкость — тйердая фаза на катализаторе и с агентами окисления (HNOз, хромовая кислота, бихроматы, перманганаты) в гомогенной жидкой фазе в системах жидкость—жидкость и жидкость—твердая фаза. В промышленности чаще всего используют окисление в газовой фазе на твердом катализаторе (гетерогенный катализ). [c.170]

Для гетерогенной реакции в кинетической области ее протекания, как изнсстно, количество реагирующего вещества в единицу времени на единицу площади катализатора прямо пропорционально долям этой площади, занятым реагирующими веществами в степенях, равных порядкам реакции. Поэтому для необратимых реакций, имеющих порядок V,- по каждому веществу [c.325]

В результате крекинга углеводородов, кроме газа и легко кипящих продуктов, образуются высокомолекулярные соединения и так называемый кокс, который является смесью бедных водородом высокомолекулярных углеводородов Эти высокомолекулярные соединения сильно адсорбируются на поверхности катализатора. Поэтому реакцию каталитического крекинга можно рассматривать как гетерогенную химическую реакцию первого порядка, для которой характерна слабая адсорбция исходных веществ и сильная адсорбция некоторых продуктов реакции. Скорость каталитического крекинга подчиняется уравнению (XII, 139), но в 2(/( v ) входят величины, характери-аующие только те вещества, которые тормозят процесс. Обозначим эту [c.328]

Приведенные примеры относятся к гомогенным реакциям, которые осуществляют в реакторах вытеснения, представляющих собой трубу, заполненную лишь реагирующей средой. Реакторы вытеснения также широко используют для проведения гетерогенных каталитических реакций. В этом случае их заполняют частицами твердого катализатора, вследствие чего такие аппараты часто называют реакторами с неподвижным слоем твердых частиц. Эти реакторы используют для синтеза аммиака, метанола и для осуществления большого числа других важных гетерогенных реакций. Сам реактор обычно состоит из многих десятков или даже сотен трубок, соединенных параллельно и закрепленных между двумя трубными решетками, как это имеет место в кожухотрубном теплообменнике. Диаметр трубок, как правило, равен нескольким сантиметрам, а их длина достигает нескольких метров. На рис. 1 показана несколько устаревшая конструкция реактора для синтеза аммиакаСмесь азота и водорода поступает в реактор сверху, затем проходит вниз, внутрь стального кованого корпуса. Это сделано для предотвращения перегрева металла. Затем газ поднимается по пучку трубок, в которых его температура повышается за счет теплообмена с катализатором. В рассматриваемом реакторе катализатор укладывают на решетку в межтрубном пространстве. Газ, выходящий из трубок, сверху направляется вниз через слой катализатора, нагревается за счет тепла реакции и выходит из аппарата. [c.13]

Принцип ЛССЭ особенно хорошо соблюдается для гетерогенных кислотных и основных катализаторов [22—25]. Экспериментальная проверка метода линейных корреляций показала, что их применение выходит далеко за пределы кислотного катализа. Известны результаты по расчету активности оксидного никелевого катализатора в реакции разложения перекиси водорода [23]. [c.65]

Весьма примечательно, что наилучшего понимания каталитических реакций удалось добиться в тех случаях, когда промежуточные стадии или соединения были идентифицированы химическими методами такова, например, большая область реакций карбониевого типа, протекающих на кислотных катализаторах, а также гомогенные реакции, катализируемые комплексами, число которых непрерывно возрастает. Механизм гомогенных реакций можно экстраполировать на гетерогенные реакции, и успехи, достигнутые в области химии неорганических комплексов и в теории кристаллического поля, создали теоретические предпосылки, доказывающие правильность такой экстраполяции. И все же такой чисто химический подход неудовлетворителен, в особенности в области гетерогенного катализа, в котором физические явления (обусловленные влиянием поверхности) иногда накладываются на химическое явление (эффекты, связанные с переносом вещества или [c.7]

Для последующих опытов все катализаторы были изготовлены путем нанесения фталоцианинов кобальта ич О %-ного водного раствора едкого натра на активированные угли. Для выбора марки угля, наиболее полно удовлетворяющего требованиям технологии по адсорбционной способности и активности в реакции окисления меркаптанов, были проведены исследования процесса насыщения ИВКАЗом и по.чифталоцианином кобальта различных углей. На рис.3.6 приведены кинетические кривые насын ения фталоцианином кобальта различных углей. В таблице 3.7 представлены результаты исследования каталитической активности гетерогенных катализаторов в реакции окисления н-додецилмеркаптана молекулярным кислородом. [c.67]

Гетерогенные реакции сопровождаются транспортными явлениями внутри фаз и между ними. Это реакции в системах газ— жидкость, жидкость—жидкость, газ—твердое тело, жидкость— твердое тело, газ—жидкость—твердое тело (катализатор), причем они могут протекать в сплошной, дисперсной фазе или одновременно в обеих фазах. Совокупность факторов, которые необходимо учитывать при проектировании гетерогенных реакторов, весьма обширна и разнообразна в зависимости от фазового состояния реагентов и продуктов реакции, их аппаратурного оформления. Поскольку химическому превращению предшествует стадия транспортирования вещества из фазы в зону реакции и отвод продуктов реакции, скорость протекания собственно химического взаимодействия будет определяться соотношением скоростей химического превращения и массоиереноса, и в зависимости от превалирования одной из составляющих она будет протекать или в диффузионной, или в кинетической области. Отсюда следует важность обеспечения необходимых условий массоиереноса за счет гидродинамических факторов, т. е. состояния фаз, а также за счет аг-J)eгaтнoгo состояния реагентов (например, распределения частиц -ПО размерам в случае реакций с твердой фазой). [c.82]

Реакция разложения аммиака 2МНз N3 + ЗН2 без катализатора тротекает с энергией активации Е . = 326 кДж/моль, а при той е температуре на катализаторах Мо, Ре, Оз с энергиями активации = 163 кДж/моль, Ема= 121,3 кДж/моль, Ере = = 125,1) кДж/моль и о5 = 197 кДж/моль. Покажите, как связана истинная энергия активации гетерогенной реакции с теплотой адсорбции исходных веществ и чему равна теплота адсорбции активированного комплекса на катализаторе. [c.424]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология