19. Основные стадии и кинетические особенности гетерогенно-каталитических процессов

Гетерогенно-каталитическая реакция на поверхности твердого ката­лизатора — это сложный многостадийный процесс. Наблюдаемая общая скорость каталитической реакции зависит от относительных ско­ростей нескольких различных по своей физической и химической при роде стадий.

1-я стадия. Сначала происходит диффузия газообразного реагента из основного потока к внешней поверхности зерна катализатора через газовую плен­ку, в которой концентрация реагента ниже, а концентрация продукта выше, чем в основном потоке. Эту стадию можно назвать стадией внешней диффузии.

2-я стадия. Основная часть молекул газообразного реагента диф­фундирует внутри пор катализатора (стадия внутренней диффузии).

3-я стадия. Молекулы реагента адсорби­руются на поверхности катализатора. Адсорбция заключается в некото­ром уплотнении газа на поверхности твер­дого тела.

4-я стадия. Вслед за адсорбцией происходит собственно поверх­ностная химическая реакция, которая заключается в перегруппировке активированного комплекса адсорбции или во взаимодействии одного адсорбированного реагента с молекулами другого реагента. Механизм этой реакции может быть различным; от него зависит и вид кинетического уравнения. В результате поверхно­стной реакции образуется адсорбированный продукт

5-я стадия. Десорбция продукта с поверхности катализатора. На этом этапе также проявля­ются специфические свойства катализатора: энергия связи адсорбиро­ванного продукта и адсорбента должна быть такой, чтобы десорбция в объем не вызывала затруднений.

6-я стадия. Десорбированные газообразные продукты диффунди­руют из пор к внешней поверхности катализатора.

7-я стадия. Газообразные продукты диффундируют от поверхно­сти катализатора в газовый поток через пограничную пленку, окру­жающую зерно катализатора.

20. Способы интенсификации гетерогенно-каталитического процесса в системе твердый катализатор – газообразные реагенты.

Температура оказывает существенное влияние на каталитические процессы, т.к. при повышении температуры увеличивается const скорости реакции и одновременно изменяется const равновесия. Для процессов, проходящих в кинетической области, повышение температуры всегда способствует приближению процесса к состоянию равновесия. Время контакта или сопротивления реагирующих веществ с катализатором также является важной технологической характеристикой каталитического процесса, т.к. оно определяет его интенсивность. Интенсивность катализатора выражают в виде: G=pzs

G – производительность катализатора кг*ч^-1 *м^-3

P – плотность реагента при нормальных условиях кг*м^-3

Z – мольная доля целевого продукта в газовой смеси

S – объёмная скорость, ч^-1

21.Обратимые химические реакции. Равновесие обр. Хим-ких реакций. Константа равновесия обратимой химической реакции. Смещение равновесия.

Обратимые реакции - химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях.

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (V₁) равна скорости обратной реакции (V₂). При химическом равновесии концентрации веществ остаются неизменными. Химическое равновесие имеет динамический характер: прямая и обратная реакции при равновесии не прекращаются.

Состояние химического равновесия количественно характеризуется константой равновесия, представляющей собой отношение констант прямой (K₁) и обратной (K₂) реакций.

Для реакции mA + nB = pC + dD константа равновесия равна

 

K = K₁ / K₂ = ([C]^p • [D]^d) / ([A]^m • [B]ⁿ)

 Константа равновесия зависит от температуры и природы реагирующих веществ. Чем больше константа равновесия, тем больше равновесие сдвинуто в сторону образования продуктов прямой реакции.