47. Кинетическая область гетерогенного катализа

Кинетические модели гетерогенных реакций могут быть построены только на базе эксперимента, проведенного в кинетической области. Требования к кинетическим моделям в принципе отвечают требованиям, предъявляемым к моделям гомогенных реакций, однако часть из них применялась к последним «по умолчанию», тогда как в более сложных случаях они должны быть сформулированы в явном виде. Итак, кинетические модели гетерогенных реакций должны обладать полнотой, однозначностью и автономностью. Сущность этих требований:

Полнота - модель должна описывать скорость реакции во всей области изменения параметров процесса в промышленном реакторе.

Однозначность - в модели должны отсутствовать закоррелированные параметры. Для этого параметры модели должны определяться в широком интервале начальных условий проведения процесса.

Автономность - параметры модели не должны зависеть от текущего состояния катализатора (отравления, блокировки, других изменений активности). Для создания автономной модели состояние катализатора должно быть описано в зависимости не от текущего времени, а от параметров процесса (концентрации реагентов, давления и температуры в аппарате и т.п.).

Все реакции гетерогенного катализа являются многостадийными. Их теория базируется на принципе стационарности. Для элементарных стадий обычно принимают закон, аналогичный закону действующих масс для гомогенных процессов, - закон действующих поверхностей (поверхностных концентраций). Исходные вещества могут превращаться в продукты реакции различными путями, проходящими через разные элементарные стадии. Каждый такой путь называется маршрутом реакции. Совокупность всех возможных маршрутов - базис маршрутов. Правильность выбора маршрута определяется соответствием кинетической модели, полученной на его основе, эксперименту. Число возможных независимых маршрутов часто определяют с помощью правила Хориути: число независимых маршрутов (N) равно разности числа стадий реакции (Np) и числа независимых промежуточных соединений (Ns).

N=Np-Ns.