1. Коэффициент скорости процесса

Для воздействия на гетерогенный процесс важно выяснить лимитирующую стадию, т.е. определить область протекания ХТП

Наиболее медленными стадиями, каждая из которых может тормозить весь процесс, являются:

• химическая реакция (vдиф>vхим.р., в кинетической области)

• диффузия (vдиф<vхим.р., в диффузионной области)

- одновременно химическая реакция и диффузия (в переходной (смешанной)области).

Методы установления лимитирующей стадии

1. Определение скорости гетерогенного ХТП в зависимости от температуры опытным путем.

2. Изменение скорости потока

Зависимость V от т:

I – кинетическая область;

II – переходная область;

III– диффузионная область

Зависимость v от скорости потока W:

I – диффузионная область;

II – переходная область;

III – кинетическая область

3. Влияние внутренней диффузии проведением опытов с зернами различного размера

где R – радиус частицы

Если 1/R<1/R1, размер частиц оказывает влияние на скорость процесса, значит область внутридиффузионная

←Зависимость общей скорости процесса v от радиуса частиц твердого реагентаR

• Для кинетической области

К_кин = f (k₁, k₂, k_поб)

где k₁, k₂, k_поб – константы скоростей прямой, обратной и побочных реакции.

• Для диффузионной области

К_диф = ϕ(D₁, D₂ , ..., D₁′ D₂′ , ...)

где D₁, D₂ – коэффициенты диффузии исходных газовых веществ в зону реакции; D₁′D₂′ – коэффициенты

диффузии продуктов реакции из зоны реакции.

• Для переходной области

К_пер =Ф(k₁, k₂ , k_поб , D₁, D₂ , ..., D₁′D₂′ , ...)

11. Катализ в химической промышленности

Каталитические процессы подразделяют на две группы:

1) гомогенные

2) гетерогенные

Гетерогенно-каталитические процессы- процессы, в которых границей раздела фаз является поверхность твердого катализатора, находящегося в контакте с газообразной или жидкой фазой.

Промышленные твёрдые катализаторы представляют собой сложную смесь, которая называется контактной массой (Контактные массы изготовляют в виде сеток, гранул разной формы, таблеток, колец, сетчатых цилиндров):

1.Активатором (промотором) называется вещество, которое повышает активность катализатора и увеличивает срока его действия

2. Носителем (трегером) – пористый материал, на который наносят катализатор с целью увеличения его поверхности, придания массе пористой структуры, повышения ее механической прочности и снижения себестоимости контактной массы (В качестве носителейиспользуют пемзу, асбест, силикагель, кизельгур, пористую керамику и др.)

Контактные массыизготавливаются методами:

— осаждения гидроокисей и карбонатов из растворов солей с последующим формированием и прокаливанием;

— совместным прессованием смеси компонентов с вяжущим веществом;

— сплавлением компонентов;

— пропиткой пористого носителя растворами катализатора и активатора.

Технологические характеристики катализаторов

Активность катализатора (А) -мера ускоряющего воздействия его по отношению к данной химической реакции

Температура зажигания катализатора Т₃ называется минимальная температура, при которой процесс начинает протекать с достаточной для технологических целей скоростью. Чем выше активность катализатора, тем ниже температура его зажигания

Селективность (избирательность) катализатора - его способность ускорять одну целевую реакцию из нескольких возможных

Пористость катализатора характеризует его удельную поверхность и, следовательно, влияет на поверхность контакта катализатора с реагентами.

Механическая прочность – это способность катализатора не разрушаться при загрузке, выгрузке, транспортировке и т.п.

Термостойкость – это устойчивость катализатора к действию высоких температур; его способность не спекаться и не разрушаться при высоких температурах.

Устойчивость к контактным ядам (веществам, под действием которых катализатор полностью или частично теряет свою активность). Контактные яды могут отравлять катализатор обратимо и необратимо.

Теплопроводность, доступность, дешевизна

Важной технологической характеристикой каталитического процесса является время контактирования - время соприкосновения реагирующих веществ с катализатором

где Vkat- объём катализатора (контактной массы), м3;

V- объём реагирующей смеси, проходящей через катализатор за секунду, м3/с.

Элементарные стадии гетерогенного катализа

I. Внешняя диффузия реагентов из ядра потока к поверхности зерен катализатора (через пограничный слой газа);

II. Внутренняя диффузия реагентов в порах зерна катализатора (внутренняя диффузия);

III. Активированная адсорбция реагентов на поверхности катализатора с образованием непрочных хим.соединений (активиров. комплекс)

IV. Перегруппировка атомов с образованием активированных комплексов продукт–катализатор ;

V. Десорбция образовавшихся продуктов реакции с поверхности катализатора;

VI. Внутренняя диффузия продуктов из пор зерна катализатора к внешней поверхности;

VII. Внешняя диффузия продуктов от поверхности зерна катализатора в ядро потока (через пограничный слой газа).

1 – газовый поток; 2 – пограничный слой газа; 3 – внешняя поверхность

катализатора; 4 – поры катализатора; 5 – внутренняя поверхность пор катализатора

По способу организации процессы химической технологии делятся на: периодические, непрерывные и полунепрерывные (комбинированные).

Для периодических процессов все стадии процесса обычно осуществляются в одном аппарате, но вразное время, т.е. присуще единство места протекания отдельных его стадий

Непрерывные процессы характеризуетсяединством временипротекания всех его стадий, непрерывной загрузкой исходных материалов и выгрузкой конечного продукта

Характеристикой процесса, позволяющего отнести его к той или иной группе, является степень непрерывности процесса:

где: τ — продолжительность процесса, то есть время, необходимое для завершения всех стадий процесса, начиная от момента загрузки сырья и кончая выгрузкой готовой продукции, ∆τ — период процесса, то есть время, протекающее от начала загрузки сырья данной партии до начала загрузки сырья следующей партии.

-для периодического процесса ∆τ > 0, следовательно, Х_н<1, для непрерывного процесса ∆τ → 0 следовательно,Х_н → ∞.полунепрерывные процессыХ_н = 1 ÷ ∞.

В зависимости от того, изменяются или не изменяются во времени параметры процессов (скорости движения потока, температуры, давления и т.д.), их подразделяют на

-стационарные (установившиеся) и

-нестационарные (неустановившиеся).