Слайд 1ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О КАТАЛИЗЕ
И КАТАЛИЗАТОРАХ
Слайд 2ПЛАН ЛЕКЦИИ
1 Краткая теория катализа
2 Требования, предъявляемые к катализаторам
3 Стадии
каталитических реакций
4 Краткая характеристика каталитических реакций
Слайд 3КРАТКАЯ ТЕОРИЯ КАТАЛИЗА
Катализ – многостадийный физико-химический процесс избирательного механизма и
скорости термодинамически возможных химических реакций веществом-катализатором, образующим с участниками реакций
промежуточные химические соединения
Слайд 4КРАТКАЯ ТЕОРИЯ КАТАЛИЗА
Различают
1 Положительный катализ – увеличение скорости реакции под
влиянием катализатора.
2 Отрицательный катализ – уменьшение скорости химического превращения
(ингибирование).
Под катализом подразумевают преимущественно только положительный катализ
Слайд 5КРАТКАЯ ТЕОРИЯ КАТАЛИЗА
Особенности катализа
Слайд 6КРАТКАЯ ТЕОРИЯ КАТАЛИЗА
По характеру химического взаимодействия катализатора с реагирующими веществами
-
Кислотно-основный (промежуточные активные частицы - ионы, катализатор инициирует их за
счет передачи протонов (кислоты, основания)
- Окислительно-восстановительный (промежуточные частицы радикалоподобные нейтральные образования, связанные с активными центрами катализатора полярными связями, взаимодействие – переход электронов от молекулы катализатора к молекуле вещества (металлы и полупроводники – оксиды, сульфиды, комплексные соединения)
Классификация по агрегатному состоянию
- Гомогенный катализ (катализатор и реагенты в одной фазе)
- Гетерогенный катализ (катализатор и реагент включают несколько фаз)
Слайд 7КРАТКАЯ ТЕОРИЯ КАТАЛИЗА
По природе промежуточного взаимодействия реагирующих веществ и катализаторов
1 Гомолитический катализ - по гомолитическому механизму, когда каждый атом
получает по одному электрону, из общей пары образуются сходные по электронному строению частицы, каждая из которых имеет неспаренный электрон. Такие частицы называются свободными радикалами.
2 Гетеролитический катализ – по гетеролитическому механизму, когда при разрыве связи общая электронная пара остается у одного атома. В результате образуются разноименно заряженные ионы - катион и анион. Если заряд иона сосредоточен на атоме углерода, то катион называют карбокатионом, а анион - карбанионом.
3 Бифункциональный катализ – включает оба типа химического взаимодействия
Слайд 8СВОЙСТВА И Требования, предъявляемые к катализаторам
Высокая каталитическая активность (разность скоростей
химических реакций с и без катализатора с учетом доли объема
реакционного пространства)
2) Достаточно большая селективность (избирательность) в отношении целевой реакции (определяется количеством исходного вещества превращенного в целевой продукт (Gц.п.) и вступившего в побочные реакции (Gп.р.))
3) Высокая механическая прочность к сжатию, удару и истиранию
4) Достаточная стабильность всех свойств катализатора на протяжении его службы и способность к их восстановлению при том или ином методе регенерации
Слайд 9СВОЙСТВА И Требования, предъявляемые к катализаторам
5) Простота получения, обеспечивающая воспроизводимость
всех свойств катализатора
6) Оптимальные форма и геометрические размеры, обусловливающие гидродинамические
характеристики реактора
7) Невысокие затраты на производство катализатора
8) В обратимых реакциях катализаторы ускоряют достижение равновесия, но не смещают его
9) Ускоряющее действие катализатора проявляется в уменьшении энергии активации химической реакции (изменяет реакционный путь или инициирование цепного механизма химической реакции)
Слайд 10ДЕЗАКТИВАЦИЯ катализаторов
Физическая дезактивация (спекание) катализатора происходит под воздействием высокой температуры
и водяного пара и при его транспортировке и циркуляции. Этот
процесс сопровождается снижением удельной поверхности как носителя (матрицы) катализатора, так и активного компонента .
- Химическая дезактивация катализатора обусловливается:
1) отравлением его активных центров некоторыми содержащимися в сырье примесями, называемыми ядами;
2) блокировкой его активных центров углистыми отложениями (коксом) или металлоорганическими соединениями, содержащимися в нефтяном сырье.
Слайд 11ДЕЗАКТИВАЦИЯ катализаторов
Под отравлением катализатора понимают снижение или полное подавление его
активности в присутствии некоторых веществ
Каталитические яды:
Для катализаторов каталитического крекинга –
тяжелые металлы
Для катализаторов каталитического риформинга – соединения серы
Обратимое отравление – если возможно восстановление свойств катализатора (регенерация катализатора)
Необратимое отравление – невозможность восстановления свойств катализатора
Слайд 12ПРОМОТИРОВАНИЕ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ
Изменение свойств катализатора под действием различных веществ
Промоторы
- каталитически неактивные вещества, но повышающие его активность
Модификаторы – если
при малых добавках вещества в катализаторе его активность растет, достигает максимума, а затем уменьшается
Критерий модифицирования
wо –скорость реакции на катализаторе без добавки
Δwо – прибавка к скорости в результате действия добавки
Слайд 13Стадии каталитических реакций
1 Эффективная внешняя диффузия реактантов из ядра потока
к поверхности зёрен катализатора (внешняя диффузия);
2 Диффузия реактантов в поры
катализатора (внутренняя диффузия);
3 Хемосорбированная адсорбция одного или нескольких компонентов реакционной смеси на поверхности катализатора;
Слайд 14Стадии каталитических реакций
4 Химическая реакция на поверхности катализатора
5 Десорбция продуктов
катализа (и регенерация активного центра катализатора).
6 Диффузия продуктов катализа в
порах катализатора.
7 Диффузия продуктов катализа от внешней поверхности катализатора в газовый (жидкостной) поток.
Слайд 15КРаткая характеристика каталитических реакций