Зміст
Ролькаталізу в промисловості і екології.
Визначеннякаталізу.
Селективність.
Загальніуявлення про поняття "механізм хімічної реакції".
Класифікація каталітичних системпо фазах.
Класифікація каталізаторів за типамиреакцій.
Адсорбція.
Основнівимоги до промислових каталізаторів.
Роль каталізу в промисловості і екології
Основним споживачем каталізаторів єнафтопереробка, нафтохімія, хімія і екологія.
Маркет каталізаторів в рік становить близько 700 тисяч тонн. Приблизнополовина - каталізатори каталітичного крекінгу. Потреби хімічноїпромисловості - близько однієї третини, екології - десята частина.
Якщо середня вартість каталізаторів - 4 $ за кілограм, асередня частка в собівартості - 0,3%, то за допомогою каталізаторів виробляютьпродуктів на суму не менше 1000 мільярдів $.
Каталіз дозволяє заощаджувати сировину і енергію, а також незабруднювати навколишнє середовище.
Визначення каталізу
Каталіз - це прискорення одного або декількох можливихнапрямів перетворення хімічних речовин.
Термодинаміка дає відповідь на питання, як далеко може пройтиконкретна хімічна реакція. Ця відповідь не залежить від шляху реакції. Напитання, з якою швидкістю буде досягатися це кінцевий стан, відповідаєкінетика.
Швидкість залежить від шляху реакції!
Наприклад, суміш 1,5% бутану з повітрям при нескінченному почасу їх контакті при температурі 450 0 С перетвориться на сумішдіоксиду вуглецю, води і залишку повітря. В присутності каталізатора,складається із суміші V, P і O, протягом 2-3 секунд приблизно половина бутан окислиться вмалеїновий ангідрид.
Каталізатори прискорюють один або кілька термодинамічноможливих перетворень учасників реакції, створюючи, як правило, новий,енергетично більш вигідний шлях.
СН 3 --- СН 2 --- СН 2 --- СН 3 + 3,5 О 2 ==
HC C == O
O
HC C == O
Новий шлях з'являється за рахунок того, що реагенти утворюютьхімічні (проміжні) з'єднання з каталізатором.
Селективність
Якщо перетворення цих сполук протікає через більш низькіенергетичні бар'єри, то каталітичний шлях може виявитися швидше, ніжнекаталітичного.
Шлях, яким перетворюються або утворюються цікавлятьнас речовини, часто називаю механізмом.
Що значить В«більш низькі енергетичні бар'єриВ»?
Число зіткнень молекул газу між собою при атмосферномутиску в 1 см 3 в 1 сек з кінетичної теорії газів дорівнює приблизно10 30 .
Число ударів молекул газу при атмосферному тиску про 1 см 2 поверхні в 1 сек одно приблизно 10 23 . Якщо зовнішня поверхнягранул каталізатора в 1 см 3 дорівнює 100 см 2 , то для того,щоб каталітичний шлях був більш швидким, необхідно, щоб Е кат було б приблизно на 60 кДж/моль менше, ніж Е нк .
Реакція
Е нк , кДж/моль
Е кат , кДж/моль
Кат-р
2HJ В® H 2 + J 2
2N 2 O В® 2N 2 + O 2
184
245
105
59
121
134
Au
Pt
Au
Pt
Загальні уявлення про поняття В«механізм хімічної реакціїВ»
лімітуючої стадії.
Схеми механізму - хімічна, фізична і кінетична.
Фізико-хімічний механізмреакції окислення бутану в малеїновий ангідрид.
Мікрокінетіческая модельпарової конверсії метану.
Класифікаціякаталітичних систем по фазах.
Каталізатор
реактантов
Гомогенна
газоподібний
рідкий
газоподібні
рідкі
Гетерогенна
рідкий
твердий
твердий
твердий
твердий
газоподібні
рідкі
газоподібні
рідкі + газоподібні
тверді
Класифікаціякаталізаторів за типами реакцій.
Реакції
Каталізатор
Метали
Напівпровідникові оксиди і сульфіди
Ізолятори
Кислоти
Гідрування
Дегидрирование
гидрогенолизом
Алкілування
Окислення
Окислення
Дегидрирование
Гідродесульфірованіе
Дегидрирование
Алкілування
Гідратація
Крекінг
Ni, Cu, Pd, Pt, Fe
Ni, Cu, Pd, Pt
Pd, Pt
Ni, Cu
Cu, Ag
Bi-Mo-O, Fe-Mo-O,
Fe-Sn-O, V-P-O
Cr-O, Fe-Cr-O
Ni-Mo-S, Co-Mo-S
Al-O, Si-O, Mg-O
H 2 SO 4
H 3 PO 4
Цеоліти
Адсорбція
Роль адсорбції вкаталізі. Фізична та хімічна адсорбції. Їх характерні відмінності та загальніриси
В·залежність відприроди адсорбенту,
В·від температури,
В·покриттяповерхні,
В·тепловий ефект,
В·вплив наелектропровідність.
Енергетична діаграмапри хімічній адсорбції.
Теплота і термодинамікаадсорбції.
Ізотерми адсорбції.
Модель ідеальноїповерхні Ленгмюра.
Висновок ізотерми Ленгмюра.
Фізичний змістконстант.
Вид ізотерми приустремлінні Р до нуля або нескінченності.
Зв'язок між енергіямиактивації стадій адсорбції і десорбції і теплотою адсорбції.
Моделі біографічної ііндукованої неоднорідності поверхні.
Висновок ізотерми Тьомкіна.
Фізичний змістконстант.
Вид ізотерми приустремлінні Р до нуля або нескінченності. Область середніх покриттів.
Основні вимоги до промислових каталізаторів
Хімічні вимоги
В·термічнастабільність,
В·стійкість доотруєнню В«отрутамиВ»,
В·легкарегенерованими,
В·високавибірковість,
В·активність придоступних температурах і тисках.
Механічні вимоги
В·міцність,
В·малегідравлічний опір,
В·однорідність,
В·оптимальнапориста структура.
