7. Основные стадии процесса гетерогенно-каталитического взаимодействия. Основные стадии гетерогенного каталитического процесса

Гетерогенно-каталитический процесс включает в себя ряд физических и химических стадий:

1) Диффузия частиц реагирующих веществ к внешней поверхности зёрен (гранул) катализатора (внешняя диффузия);

2) Диффузия частиц реагирующих веществ внутри пор к внутренней поверхности катализатора;

3) Активированная (химическая) адсорбция одного или нескольких реагентов на внутренней поверхности катализатора;

4) Перегруппировка атомов с образованием поверхностных соединений (комплекса) продукт-катализатор (химическая реакция с образованием продукта реакции, адсорбированного на поверхности);

5) Десорбция частиц продукта реакции с внутренней поверхности катализатора;

6) Диффузия частиц продукта реакции внутри пор катализатора и внешней поверхности частиц;

7) Диффузия частиц продукта реакции от внешних поверхностей катализатора в ядро потока.

Каждая из стадий протекает со своей скоростью, не равной скорости других стадий. Общая скорость всего процесса определяется (равна) скорости наиболее медленной стадии процесса. Сама эта стадия наз. лимитирующей.

8. Получение катализаторов методом пропитки.

В технологии катализаторов получили широкое применение методы, основанные на нанесении активного компонента из раствора на носитель. В качестве носителей применяют синтетические (например, активные угли, силикагель, оксид алюминия, алюмосиликаты, оксиды хрома, цинка, магния и др.) и природные вещества (например, глины, пемза, асбест, кизельгур).

Преимуществами этой группы методов являются эффективное использование активного компонента вследствие его высокой дисперсности, меньшее количество вредных отходов и др.

Использование нанесенных катализаторов позволяет увеличить поверхность работающего катализатора, сэкономить дорогостоящие вещества (например, Ag, Pt, Pd и др.), предотвратить рекристаллизацию и спекание активного компонента при высоких температурах, удлинить срок работы катализатора.

9. Влияние температуры на выход продукта в каталитических процессах.

В некоторых каталитических процессах при повышении температуры начинаются побочные реакции, и выход целевого продукта необратимо снижается значительно сильнее, чем по причине обратной реакции. Так происходит, например, при синтезе метанола и высших спиртов.

1 0. Получение смешанных катализаторов.

Катализаторы смешанного типа получают путем смешения компонентов на одной из начальных стадий производства. Различают сухой и мокрый способы смешения.

При производстве мокрым способом смешивают суспензию одних компонентов с раствором других. Далее осадок отжимают от раствора, сушат и формуют. Содержание растворенного компонента в катализаторе определяется концентрацией его в растворе, сорбционной способностью суспензии и остаточной влажностью осадка. Такой метод позволяет получить достаточно однородную массу.

Смешение сухих компонентов (рис. 3.4) производят с одновременным увлажнением образовавшейся смеси, что необходимо при последующей формовке прочных гранул.

Для повышения однородности катализаторной массы перед смешением компоненты измельчают в барабанных, шаровых и вибрационных мельницах.

Смешение измельченных сыпучих материалов проводят в смесителях различной конструкции: барабанных, шнековых, ленточных, лопастных и др. Однородность смешения достигается интенсивностью и временем перемешивания шихты.

Измельчение исходных материалов в значительной степени определяет однородность контактной массы. Процессы измельчения условно подразделяют на дробление (крупное, среднее и мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое).