Каталітичні процеси (стр. 2 из 2)
,
де 
- збільшення кількості продукту в часі;
k0 – передекспонент у рівнянні Ареніусу;
V – насипний об'єм каталізатора;
ΔС – рушійна сила процесу при атмосферному тиску;
Р1 – безрозмірний тиск, тобто відношення дійсного тиску до атмосферного;
n – порядок реакції.
У кінетичній області протікають процеси на малоактивних каталізаторах із дрібними розмірами зерен і великих пір при турбулентному режимі потоку реагентів і невисоких температурах.
Якщо процес йде у зовнішньодифузійній області, то швидкість визначається коефіцієнтом дифузії реагентів і продуктів реакції. За законом Фіка
,
де Dэ – ефективний коефіцієнт дифузії;
S – вільна поверхня зерен каталізатора;
Z – напрямок, перпендикулярний поверхні.
У зовнішньодифузійній області проходять процеси на активних каталізаторах. Для прискорення процесу застосовують високі швидкості потоку.
У внутрідифузійній області загальна швидкість каталітичного процесу лімітується швидкістю дифузії реагентів і продуктів реакції в порах зерен каталізатору. Каталітичні процеси у внутрідифузійній області можна прискорити зменшенням зерен каталізатора і збільшенням радіуса пір, але при цьому скорочується їхня кількість і відповідно поверхня.
3.Найважливіші технологічні характеристики каталізаторів
Найважливішими технологічними характеристиками каталізаторів є:
1.Температура запалювання – мінімальна температура реагуючої суміші, при якій процес починає протікати з достатньою для практичних цілей швидкістю. Чим активніше каталізатор, тим нижче температура запалювання. Це дуже важливо при проведенні екзотермічних оборотних реакцій типу
A = R + Q,
тому що можна підвищити рівноважну і фактичну ступінь перетворення.
Час контактування – час зіткнення реагуючих речовин з каталізатором. Визначається
,
де Vсв – вільний об'єм каталізатору, м3;
Vсм – об'єм реагуючої суміші, що проходить через каталізатор, м3/с.
Найчастіше користаються фіктивним часом контактування
,
де Vкат – об'єм каталізатора, м3.
Величина, зворотна часу контакту, називається об'ємною швидкістю – об'єм реакційної суміші, що проходить через одиницю часу.
, 
При збільшенні об'ємної швидкості звичайно знижується ступінь перетворення, однак при цьому зростає інтенсивність роботи апарата, тобто збільшується кількість цільового продукту, одержуваного з одиниці об'єму каталізатора в одиницю часу. Це пояснюється тим, що при збільшенні швидкості потоку реакційна суміш знаходиться далеко від стану рівноваги і рушійна сила ΔС велика.
Як приклад приведемо дані про вплив об'ємної швидкості на інтенсивність каталітичного процесу синтезу аміаку
N2 + 3H2 = 2NH3.
| S, с-1 | % NH3 у газовій суміші | Інтенсивність каталізатора |
| 0 (рівновага) | 45 | ------ |
| 10000 | 25 | 1950 |
| 30000 | 18 | 4280 |
| 50000 | 16 | 5640 |
З цих даних випливає, що при збільшенні швидкості в 5 разів зміст аміаку падає в 1,5 рази, а інтенсивність процесу зростає в 3 рази.
Інтенсивність каталізатора виражають у вигляді рівняння
,
де G – продуктивність каталізатора, кг год-1 м-3;
z – мольна частка цільового продукту в газовій суміші;
S – об'ємна швидкість, г-1;
ρ – щільність реагенту при нормальних умовах, кг/м3.
каталітичний процес каталізатор
Важкість розрахунків каталітичних процесів пов’язана з їх стохастичною природою. Річ в тому, що в ході експлуатації каталізатори втрачають свої активні властивості.
Отруєння каталізатора – це часткова втрата активності в результаті дії невеликої кількості речовин, називаних контактними отрутами. Воно викликається в результаті хімічної взаємодії отрути з каталізатором з утворенням каталітично неактивних сполук.
Отруєння може бути оборотним і необоротним. При оборотному отруєнні активність каталізатора знижується лише під час присутності отрути в суміші, що надходить. При надходженні чистої суміші сполуки отрути з каталізатором розкладаються, адсорбована отрута вилучається і відганяється разом із продуктами реакції.
Необоротне отруєння є постійним. Отруєний каталізатор необхідно заміняти новим, або ж регенерувати старий. Найбільш чуттєві до отрут металеві каталізатори, особливо шляхетні метали. Для платинового каталізатору, застосовуваного в процесах окислювання, отрутами є H2S, сполуки миш'яку, іони металів Pb, Cu, Sn, Fe. До отрут каталізаторів гідрування відносяться H2S, PH3, NH3, O2.
Активність каталізатору може падати при спіканні (зменшується поверхня), при відкладенні на їхнє поверхні домішок, наприклад коксу.
Промислові тверді каталізатори звичайно не є індивідуальними речовинами. Вони являють собою, як правило, складну суміш, що називається контактною масою. До складу контактної маси входять три складові частини: каталізатор, активатори і носії.
Висновки
У процесі виконання роботи ми ознайомилися з:
- історією, поняттям та суттю каталітичних процесів;
- гомогенним і гетерогенним каталізом;
- найважливішими технологічними характеристиками каталізаторів та ін.
Література
1.Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1991.-С. 110-113
2.Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.-С. 88-95