Активации энергия в последовательных реакциях и теплота реакции

Несмотря на широкое применение уравнений изотермы Лангмюра в практике кинетических исследований, полученные с их помощью уравнения скоростей реакций далеко не всегда приводят к однозначным результатам, особенно при значительных изменениях кинетических параметров процесса. Это объясняется тем, что ранее принятые допущения об однородности адсорбционной поверхности и отсутствии взаимодействия друг с другом хемосорбированных молекул в действительности не выполняются. Неоднородность поверхности здесь понимается в том смысле, что различные участки ее характеризуются разными теплотами хемосорбции и адсорбционными коэффициентами. При этом заполнение поверхности идет последовательно от участков с максимальными теплотами адсорбции к участкам с меньшими величинами. В соответствии с этим и теплота адсорбции также будет изменяться в зависимости от доли заполнения участков с различной теплотой адсорбции на поверхности катализатора. Очевидно, что в этих условиях значение величины А, будет зависеть от изменения температуры и концентрации реагирующих веществ. Поэтому и кажущаяся энергия активации оказывается пригодной лишь для аппроксимации кинетического уравнения в некоторой ограниченной области изменения параметров процесса. [c.80]

Основой математического моделирования промышленных процессов гетерогенного катализа является математическое описание гетерогенного каталитического процесса на отдельном зерне катализатора. Анализ процессов тепло- и массопереноса в единичном зерне катализатора важен еще и потому, что позволяет наметить пути выбора или синтеза оптимальных промышленных катализаторов, поскольку от интенсивности процесса переноса в зерне катализатора зависит не только удельная каталитическая активность катализатора, но и такая важная характеристика катализатора, как избирательность. Объемная активность катализатора — функция удельной каталитической активности. активной поверхности и, кроме того, средней скорости внутреннего массопереноса. Если процесс химических превращений на катализаторе складывается из последовательных реакций, а полезный продукт промежуточный, то уменьшение скорости внутреннего массопереноса всегда приводит к снижению избирательности. В том случае, когда выход полезного продукта определяется интенсивностью побочной реакции, избирательность катализатора зависит как от соотношения между константами и порядками основной и побочной реакций, так и от скорости массопереноса. Интенсивность процесса переноса теплоты в катализаторе может существенно влиять на его промышленную эффективность. Для катализаторов, используемых для проведения простых экзотермических реакций, выгодна малая величина эффективной теплопроводности, так как перегрев увеличивает скорость процесса. Простые эндотермические реакции и сложные реакции, для которых энергия активации основной реакции меньше энергии активации побочных реакций, целесообразно проводить на катализаторах с увеличенной эффективной теплопроводностью. Таким образом, качественный и количественный анализ процесса связанного тепло- и массопереноса в единичном зерне катализатора является не только основой расчета промышленного процесса, но и служит необходимым условием выбора оптимального катализатора. [c.67]

Этот раздел посвящен рассмотрению экспериментальных данных с целью получения определенных выводов о состоянии адсорбированного слоя. В уравнениях (ба) и (66) проводится различие между такими состояниями атомов, когда они неподвижно закреплены на поверхности и когда они свободно перемещаются. Последний случай хорошо описывается статистически. Хотя часто считают [II —13], что он правильно описывает действительное состояние поверхностного слоя во время реакции, тем не менее возникают серьезные сомнения в реальности модели, предусматривающей такую подвижность атомов. Свободное перемещение частиц на поверхности требует, чтобы энергия активации поверхностной диффузии была гораздо меньше НТ, и хотя их высокая подвижность при рассматриваемых здесь температурах не вызывает сомнения, условие С-/ 7 не выполняется. Так, для водорода на вольфраме 10< < 16 ккал/моль [27, 28], для водорода на никеле = 7 ккал/моль [29] и для кислорода на вольфраме = = 30 ккал/моль [30], в то время как при 1500° К ЯТ=3 ккал/моль. Хотя величины для водорода и кислорода на платине неизвестны, вполне вероятно, что они сравнимы с указанными. Даже для водорода на золоте теплота адсорбции атомов и энергия активации их диффузии не являются пренебрежимо малыми величинами [31, 32]. Следовательно, даже при самых высоких температурах, используемых при атомизации, движение адсорбированных атомов должно осуществляться в виде последовательных скачков с одного места на соседнее. Не исключено, что адсорбированные атомы проводят большую часть времени, занимая определенное место на поверхности, и вероятность нахождения их в состояния перехода с одного места на близлежащее ничтожно мала. В таком случае справедливо уравнение (6а) для константы равновесия [c.310]

Однако расчет энергии активации сам по себе еще не решает проблемы предсказания каталитической активности и избирательности, поскольку необходимо учитывать энтропию активации. К сожалению, эта вторая сторона термодинамического подхода в обсуждаемом докладе практически не рассматривается. Между тем, учет энтропии активации может внести существенные коррективы в предсказываемую последовательность реакций и в корреляции, связывающие величину активности катализатора и, например, теплоту хемосорбции кислорода. [c.385]

В промышленности реализована альтернативная схема синтеза 1,3-бутадиена одностадийным дегидрированием н-бутана. При одностадийном процессе указанные реакции одновременно протекают на катализаторе, который довольно быстро дезактивируется откладываемыми на его поверхности углистыми отложениями. Активация (регенерация) катализатора возможна путем выжига отложений. Дегидрирование осуществляют под вакуумом (0,05—0,06 МПа) при температуре 580—600 °С в адиабатических реакторах регенеративного типа, в которых циклы дегидрирования и регенерации катализатора чередуются. Соответственно, дегидрирование проходит последовательно в разных реакторах. Схема процесса показана на рис. 5.38, б. Рабочий цикл катализатора короткий (несколько минут). Теплота, выделяемая при регенерации катализатора, аккумулируется в нем и используется в цикле дегидрирования. Это экономит теплоту при выходе на рабочий цикл и его поддержание. Условием эффективной работы реакторов подобного типа является сбалансированность теплот реакции и регенерации. В зависимости от мощности производства число циклически работающих реакторов в установке составляет 5-8 аппаратов. Более короткая технологическая схема и сбалансированность теплот отдельньгх стадий процесса значительно сокращает затраты теплоты и энергии. [c.310]

Для эффективности действия катализатора требуется, чтобы образование соответствующего типа поверхностного химического соединения шло легко и быстро. При принятии бренстедтовской симбатности энергий активации с теплотой образования это означает желательность высоких теплот образования соответствующих переходных комплексов. Поэтому, в зависимости от положения контролирующего этапа в последовательности стадий, в каталитическом отношении должны выделяться вещества, сильно и специфично реагирующие с исходной (исходными) молекулой, либо вещества, резко связывающие молекулы продукта реакции. В этом скрыта вероятная причина смущавшего многих параллелизма между гигроскопичностью ряда минеральных соединений и их каталитическим действием на распад спиртов, между склонностью твердых тел к образованию нитридов и их способностью катализировать аммиачный синтез и т. д. Здесь нельзя ожидать полного соответствия, но далеко идущий параллелизм двух явлений возможен. В то же время становится понятным значение исследования кинетики, статики и термохимии активированной адсорбции исходных веществ и продуктов реакции. [c.26]

Осуществление реакции через ряд последовательных стадий влияет на энергию активации суммарного процесса. Образование в результате межмолекулярного взаимодействия нестойких, вероятно, сильно сольватированных экзотермических молекулярных комплексов, близких по своей структуре к переходному состоянию, уменьшает, согласно теории абсолютных скоростей реакций, эффективную величину энергии активации на величину теплоты сольватации активированного комплекса. В случае существования ас-социатов этот эффект будет весьма значительным и может сильно [c.128]

В общем случае при окислении необходима активация молекул кислорода и субстрата независимо от того, происходит ли реакция по стадийному механизму с последовательным взаимодействием субстрата и кислорода с катализатором или же по ассоциативному — при одновременном вступлении реактантов в активный комплекс с катализатором [434, 435]. Процесс активации реагентов заключается в их координации, вероятно, главным образом с катионом окисного катализатора. Влияние сернистых соединений на окислительные процессы мало изучено, но все же имеются сведения о дезактивации катализаторов в присутствии некоторых соединений серы (см. табл. 10). Механизм отравляющего действия сернистых ядов на катализаторы окисления мало исследован. Можно предположить, что сернистые соединения из-за особенностей их строения преимущественно хемосорбируются на окисном катализаторе, образуя с ним более прочные связи, чем несернистые субстраты, что приводит к вытеснению последних с поверхности или изменению энергии их связи с контактом. В работе [436] определено, что в присутствии сероводорода изменяется теплота хемосорбции кислорода на серебряном катализаторе окисления этилена в окись этилена. Возможно химическое взаимодействие сернистых соединений с кислородом окисла. Так, после пропускания тиофена при 450—700°С через окислы меди, марганца, никеля, кобальта уменьшается содержание в них активного кислорода, так как происходит взаимодействие тиофена с кислородом окисла [632]. [c.83]

Однородность поверхности по теплотам адсорбции может скрывать за собой неоднородность, не проявляющуюся при таком методе исследования (последовательный пуск порций адсорбата на свободную поверхность) из-за очень низких энергий активации адсорбции. Однако приведенные выше данные по независимости времен реакции и Tg адсорбированного спирта на MgO от заполнения и от нагревания (см. таблицу) показывают, что мы имеем в данном случае истинную однородность. [c.90]

До сих пор мы рассматривали особенности кинетики каталитических реакций, обусловленные наличием последовательных стадий. Однако для гетерогенного катализа очень характерны параллельные реакции. Мы затрагивали этот вопрос без вывода соответствующих уравнений, разбирая селективность каталитических реакций (см. стр. 31). В более общем виде, с концентрацией внимания на различиях в количественных характеристиках адсорбционных и химических стадий, этот вопрос рассматривается в статистической теории процессов на неоднородных поверхностях [8]. Как указывалось в первом параграфе этой главы, при изучении равновесий и кинетики поверхностных процессов целесообразно исходить из вида распределения р х) активных участков по — теплотам адсорбции, характера образования различных поверхностных и промежуточных форм и соответствующих энергий активации Е. Из этих р (Q) и р (Е) легко получить р ( ) и р (к) распределение по константам равновесия и константам скоростей. Из-за вхождения в уравнения для К як энергетических множителей в виде показательных функций ехр (QIRT) и ехр —E/RT) в большинстве случаев особенности процессов и равновесий определяются расположением сравнительно узких (— 3RT) контролирующих полос и чувствительностью этого расположения к внешним параметрам (t, и т. д.). Применим эти представления к процессам с разными типами контролирующих стадий, предпослав рассмотрению катализа ознакомление с адсорбционными равновесиями и кинетикой адсорбции на широко неоднородных поверхностях. [c.70]

Последовательное замещение атомов водорода в этилене на метильные группы приводит к уменьшению энергии активации реакции гидрирования, что может быть обусловлено двумя конкурирующими факторами 1) теплота адсорбции олефина уменьшается но мере увеличения числа замещающих метильных групп вследствие стабилизации я-связи благодаря эффекту гиперконъюгации 2) число центров, на которых может адсорбироваться водород, постепенно возрастает с увеличением числа замещающих метильных групп, так как усиливающиеся пространственные затруднения могут привести к тому, что более значительная часть новерхности будет подвергаться действию водорода. Таким образом, вполне возможно, что оба эти фактора влияют на истинную энергию активации. Однако трудно определить степень влияния каждого из этих факторов но отдельности и оценить их сравнительное значение. При изучении процессов гидрирования олефинов прежде всего стремятся выяснить характер зависимости энергии активации от температуры. При температурах, превышающих приблизительно 100°, энергия активации непрерывно понижается, при 150° она становится равной нулю, а далее ее величина делается отрицательной. Скорость реакции поэтому возрастает до максимума, отвечающего некоторой определенной температуре Гщах, а затем ностеиенно уменьшается [63—65]. Величина Гщах также уменьшается при снижении парциального давления олефина, поэтому Цур-Штрассен [66] предположил, что теплота адсорбции олефина входит в экспериментально определяемую величину энергии активации. [c.334]