Каталитические процессы

Катализом называется давление, увеличения скорости или возбуждения химических реакций под действием веществ – катализаторов которые вступают в химическое взаимодействие с реагентами но восстанавливают свой химический состав по окончании процесса катализа. Катализаторы это вещества многократно вступающие в промежуточное взаимодействие и восстанавливающие свой химический состав, катализаторы как правило изменяют путь химической реакции и уменьшают энергию активации процесса d в присутсивии катализатора

1. Взаимодействие с катализатором с образованием промежуточного комплекса E1

2. С взаимодействием промежуточного комплекса со 2-м реагентом с образованием интермедианта внутри которого происходит перераспределение связей с получением комплекса продуктов реакции E2

3. Разрушение комплекса продуктов реакции с выделением катализатора и продуктов E3

Е2≤Е

Вывод: 1) действие катализатора основано на уменьшении энергетического барьера реакции, активность и мера ускоряющего действия катализаторов определяется

2) поскольку не зависит от пути реакции, то катализатор не влияет на положение равновесия, и одинаково ускоряет одну и обратную реакцию. 3) для экзотермических обратимых реакций катализатор позволяет создать процесс при более низких температурах тем самым получить более высокий выход продукта. Примерно 80% промышленных процессов являются каталитическими.

Виды катализа:

1. Биохимический катализ под действием ферментов (читай биохимию)

2. Кислотно-основный катализ протекает под действием протонов и анионов, это процесс гидротации, эутерификации, дегидротации, алкоголиза, гидролиза, аминолиза. Кислоты и основания могут быть представлены как в виде кислот Льюиса или кислот Бранстепа.

3. Окислительно-восстановительный катализ протекает под действием ионов переходных металлов (D, F элементы) в каталитическом акте участвуют свободные или частично заполненные электронами D и F орбитали металлов орбитали выполняют роль проводников электронов при разрыве связей в молекулах сырья и образованием новых связей продуктов реакций. Главную роль играют частицы с неспаренными электронами – радикалы, по радикальному механизму протекают реакции окисления, хлорирование сульфирование (не точно)

4. По агрегатному состоянию катализатора можно выделить А) гомогенный катализ протекающий в жидкой или газовой фазе, катализаторы: свободные радикалы, гидротированные ионы металлов протоны, гидроксиланионы и так далее. Б) гетерогенный катализ катализатор выступает в твердой фазе. В) относительно новый вид катализа – псевдо-гомогенный в котором размеры каталитических частиц сопоставимы с размерами реагентов или продуктов в частности это калойдно-дисперстные катализаторы и нано-катализаторы размер частиц которых составляет 10-100 анстрем.

Гетерогенный катализ широко применяется в промышленности ,на поверхности твердого катализатора расположены энергетически неоднородные центры способные катализировать процесс – активные центры, не вся поверхность катализатора активна, именно на этих участках образуются промежуточные соединения и протекают каталитические реакции. Промежуточные соединения как правило не обнаруживаются химическими методами анализа, иногда удается определить наличие промежуточных соединений методами ЯМР при температурах -150-180 по механизму гетерогенный катализ может быть А) радикальным, когда активный центр содержит неспаренные электроны Б) кислотно-основных катализаторы имеют поверхностные кислотно-основные группы обладающие кислотной функцией, или ионы с пониженной электронной плотностью проявляясь в свойствах кислот Льюиса В) ионный катализ активными центрами являются оины переходных металлов , этот вид катализа встречается в производстве.

Стадии гетерогенного катализа – гетерогенный катализ напоминает гетерогенный некаталитический процесс:

1. Стадия диффузия реагента через пограничный слой частицу катализатора внешняя диффузия

2. Стадия диффузия реагента внутри пор катализатора к активным центрам – внутренняя диффуция, скорость внутренней диффузии зависит от размера пор если то коэффициент внутренней жиффузии равен коэффициенту внешней диффузии, в противном случае наблюдается внутреннее диффузионное торможение.

Лекция

В) технологические потоки нельзя разделять, однако если разделение необходимо, то разделяемые части потока рассматривают как отдельные потоки

Г) синтезируемая технологическая схема должна иметь минимальные затраты на реализацию

Д) при теплообмене выбирается пара потоков не достигнуты, а стоимость использования вспомогательных теплоносителей для доведения температуры потоко до заданных значений является минимальной

Е) если до нагрева потоков невозможно или не выгодно использовать другие потоки, то могут быть использованы внешние теплоносители