Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Ноября 2014 в 08:27, реферат
Гетерогенный катализ (контактный катализ) - это изменение скорости химической реакции при воздействии катализаторов, образующих самостоятельную фазу и отделенных от реагирующих веществ границей раздела наиболее распространен случай, когда твердый катализ (контакт) ускоряет реакцию между газообразными реагентами или реакцию в растворе. Каталитическая реакция протекает обычно на поверхности твердого катализа и обусловлена активацией молекулярных реагентов при взаимодействии с поверхностью. Поэтому для осуществления гетерогенного катализа необходима адсорбция компонентов реакции смеси из объемной фазы на поверхности катализатора.
1 Введение………………………………………………………………...1
2 Стадии гетерогенного катализа……………………………………….3
2.1 Диффузия……………………………………………………………...3
2.2 Адсорбция……………………………………………………………..6
2.3 Каталитическое превращение на поверхности……………………..8
2.4 Десорбция……………………………………………………………..9
3 Основные типы гетерогенного катализа……………………………..10
4 Катализаторы-полупроводники………………………………………11
4.1 Катализаторы-металлы………………………………………………12
4.2 Катализ на твердых кислотах и основаниях……………………….14
4.3 Смешанные катализаторы…………………………………………...14
4.4 Полифункциональные катализаторы……………………………….15
4.5 Гетерогенизированные металлокомплексные катализаторы……..16
5. Технологические особенности процессов …………………………..16
6. Заключение…………………………………………………………….18
7. Литература……………………………………………………………..20
Технологические особенности процессов
В промышленности наиболее распространены реакторы с неподвижным слоем катализатора, в которых через слой гранулированного или таблетированного катализа пропускается (обычно сверху вниз) поток газовых, иногда жидких, реагентов. Катализаторы, используемые в этих реакторах, кроме необходимой активности и селективности, должны обладать достаточной прочностью к истиранию, так как истирание увеличивает гидравлическое сопротивление слоя. Высокая поверхность и пористость катализатора повышают его общую активность, однако способствуют диффузионному торможению реакции. Диффузионные процессы особенно вредны в случае последовательной каталитической реакций, когда в результате диффузионных затруднений с отводом продукта последний может претерпевать нежелательные дальнейшие превращения. Например, при окислении этилена в этиленоксид на пористом катализатора. селективность может ухудшаться в результате доокисления С2Н4О. Для ликвидации диффузионных осложнений применяют непористые носители или дробят зерна катализатора.
Жидкофазный гетерогенный катализ проводят в реакторах смешения, в которых мелко зернистый катализатор суспендируют в среде реагентов или растворителя. Такие реакторы используют как в периодическом, так и в непрерывном режимах. Для устранения внешне-диффузионных осложнений смесь обычно интенсивно перемешивают. По окончании реакции катализатор необходимо отделить от реагентов.
Применяют также реакторы с кипящим, или псевдоожиженным, слоем катализатора, в которых пылевидный катализатор поднимается восходящим потоком жидкости или газа. Преимущества гетерогенного катализа в псевдоожиженном слое - возможность использования мелкодисперсных непористых частиц, что снижает влияние внутриней диффузии, непрерывное удаление отработанного катализатора и возможность его замены, высокий коэффициент теплопередачи, позволяющий поддерживать постоянную температуру по всему объему кипящего слоя. Псевдоожиженный слой используют для реакций с интенсивным тепловыделением, направлении при каталитическом окислении. К его недостаткам относятся повышенная истираемость катализатора и вынос частиц катализатора из реактора, которые затем необходимо улавливать.
В некоторых процессах, например риформинге, применяют реакторы с движущимся слоем гранулированого катализатора, в который постоянно подается свежий катализатор, а отработанный катализатор идет на регенерацию.
Для конструирования реакторов гетерогенного катализа необходимо разработать кинетическую модель процесса, которая позволяет определить требуемое количество катализатора и объем реактора, обеспечивающий максимальную скорость реакции и выход продукта. Расчеты реакторов должны учитывать также явления тепло- и массопереноса. При осуществлении экзотермической реакций часто используют проточно-циркуляционые схемы, включающие теплообменники между слоями катализатора. Расчеты промышленых реакторов основываются на методах макрокинетики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Научные исследования гетерогенного катализа начались в концу 19-началу 20 вв. с работ по дегидратации спиртов на глинах и по разложению аммиака и пероксида водорода на различных твердых телах. В 19 в. открыты многие гетеро.-каталитические процессы, с 20 в. началось активное изучение механизма гетерогенного катализа. Это определялось потребностями развития химические технологии, прежде всего процессов получения минер. кислот и аммиака, а затем и потребностями нефтепереработки и нефтесинтеза. Пониманию природы гетерогенного катализа способствовало применение физических и кинетических методов к исследованию гетерог.-каталитических систем.
Наиболее плодотворной для создания современных представлений о гетерогенном катализе явилась идея Д. Менделеева (позднее развитая Н. Д. Зелинским) о совместном воздействии фиических. и химических свойств поверхности катализатора на превращаемые молекулы. Еще в середине 19 в. А. И. Ходневым было выдвинуто представление об образовании промежуточных поверхностных соединениях, роль которых наиболее последовательно рассмотрена в концу 19-началу 20 вв. П. Сабатье. Важную роль в развитии теоретической представлений сыграло выдвинутое Г. Тейлором в 1925-26 предположение, связывающее каталитическую активность твердых тел с расположением атомов на их поверхности и наличием активных центров. Мультиплетная теория гетерогенного катализа (А. А. Баландин, первые публикации 1929) придает решающее значение соответствию расстояний между атомами молекул реагентов и параметров кристаллической структуры катализатора (металла). В дальнейшем теория дополнена представлением о необходимости определенного соответствия энергий связей, разрывающихся и образующихся в результате реакции, и энергий связи реагентов с катализатором при промежуточном взаимодействии. Каталитическое действие полупроводников объясняли на основе электронной теории, согласно которой взаимодействие реагентов с катализатором осуществляется при участии электронов проводимости и потому зависит от расположения энергетич. зон и локальных уровней, концентрации носителей тока, работы выхода электрона и т.п. Широкое распространение получило предположение, согласно которому особыми активными местами на поверхности твердых катализаторов являются кристаллографические ребра и углы, а также выходы на поверхность дислокаций, то есть нарушения кристаллической структуры. Для нанесенных катализаторов были развиты представления об особых свойствах отдельно расположенных, локализованных на поверхности атомов или совокупностей атомов-ансамблей (теория активных ансамблей Н.И. Кобозева, 1939). С 60-х гг. промежуточные химические взаимодействия рассматривается преимущественно как локальное, определяемое электронной структурой отдельных атомов или ионов активного компонента катализатора с учетом влияния окружения. При этом используются квантовохимические теории кристаллического поля и поля лигандов, успешно применяемые в химии комплексных соединениях Современные теории гетерогенного катализа основаны на квантовохимических расчетах структуры и реакционной способности образующихся на поверхности комплексов и экспериментальном исследовании кинетики элементарных стадий.
ЛИТЕРАТУРА: