Основные требования, предъявляемые к промышленным катализаторам
. Свойства
Катализатор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции.
требования
* Катализатор должен быть высокоактивным. Производительность катализатора для многотоннажных процессов обычно должна быть выше 20 г/л*ч, в противном случае потребовались бы аппараты слишком большого объема или в слишком большом количестве. Наряду с химическим составом для активного катализатора необходимы высокая удельная поверхность и оптимальная пористая структура.
* Катализатор должен быть высокоселективным. В противном случае возрастают расходы на очистку и выделение конечных продуктов. Желательна 100%-я селективность, но она труднодостижима. При этом для получения высокоселективного катализатора высокая удельная поверхность необязательна. Требуемая величина селективности для разных процессов различна; она определяется экономическими соображениями исходя из доли стоимости сырья в цене конечного продукта.
* Катализатор должен обладать достаточной устойчивостью к отравлению каталитическими ядами. В том числе желательно минимизировать отложение кокса на поверхности катализатора в органических реакциях, максимально удлинить период работы катализатора до регенерации.
* Катализатор не должен быть чересчур чувствительным к перегревам в экзотермических реакциях. Важно, чтобы перегрев на 50-100°С выше регламентированной температуры процесса не приводил к необратимой потере активности.
* Приготовление катализатора должно быть хорошо воспроизводимым. По составу и структуре вся масса катализатора и каждая гранула в отдельности, должны быть однородными.
* Катализатор должен быть механически прочным. Катализаторы не должны раздавливаться под тяжестью своего слоя и разрушаться при свободном падении с высоты, несколько превышающей высоту контактного аппарата. При точечном характере нагрузки на зерно в высоком контактном слое последняя может достигать значительных величин и носить, скорее, раскалывающий, чем раздавливающий характер.
* Катализатор должен иметь высокую механическую прочность на истирание. Особенно высокие требования к прочности на истирание предъявляются к катализатору, работающему в условиях подвижного слоя с циркуляцией или в кипящем слое.
Классификация реакций алкилирования
... Правила ориентации при алкилировании в общем подобны другим реакциям электрофильного замещения в ароматическое ядро, но строение продукта может существенно изменяться в зависимости от катализаторов и условий реакции. Так,электронодонорные заместители ...
* Катализатор не должен терять активность, селективность или механическую прочность под влиянием процессов, протекающих на его поверхности.
* Продолжительность работы катализатора, независимо от причин, ее определяющих, не должна быть слишком малой. При нормальной промышленной эксплуатации катализатор не должен перегружаться чаще, чем один раз в месяц.
Свойства катализаторов
Одним из самых важных свойств является селективность. Селективность — это способность, протекания химической реакции в определённом направлении, то есть свойство получать те продукты реакции, на которые направлена химическая реакция.
Основное свойство катализаторов состоит в том, что после участия в реакции они остаются, как правило, химически неизменными. Подтверждением этого может служить, например, синтез аммиака из азота и водорода. Если смешать азот и водород, то никакими усилиями — ли повышением давления до 1000 ат, ни применением высоких температур — не удается получить заметного количества аммиака. Но этот процесс стал возможным благодаря использованию в качестве катализатора обычного железа с небольшими добавками окислов калия, алюминия, кальция, кремния, называемых промоторами или активаторами.
Основным свойством катализатора является его активность, которая в процессе реакции понижается вследствие воздействия на катализатор вредных примесей. К ним относятся сероводород, диоксид и оксид углерода, сероксид углерода, пары воды и масла.
Важными свойствами являются каталитическая, падение давления, твердость, устойчивость к истиранию и дроблению, срок службы, химический состав, устойчивость к отравлению, размер и форма таблеток, масса единицы объема, пористость, удельная поверхность и термостойкость. Следует подчеркнуть, что основным свойством катализаторов является способность вызывать реакции, не протекающие с заметной скоростью без их участия.
2. Общие факторы, определяющие активность катализатора
Каталитическая активность, активность катализатора, свойство катализатора ускорять химическую реакцию.
Количественно активность определяют как скорость реакции в данных условиях за вычетом скорости той же реакции в отсутствие катализатора. Значение активности используют в технологических расчетах, для сравнит. оценки катализаторов при их подборе, для характеристики качества катализатора. В технологических расчетах активность обычно выражают через скорость реакции, отнесенную к единице объема или массы катализатора.
Для сравнительной характеристики катализаторов, в гомологическом катализе используют также скорость реакции, отнесенную к единице концентрации катализатора. В гетерогенном — к единице поверхности катализатора (так называемую удельную активность катализатора).
Часто с этой же целью скорость реакции относят к одному активному центру катализатора; в гетерогенном катализе эта величина наз. числом оборотов реакции.
Для сравнения ряда катализаторов используют также значения констант скорости реакции или энергию активации реакции (если не меняется предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса).
Химическая реакция
... субстрата. Понятия «субстрат» и «реагент» условны и во многих случаях их можно поменять местами. Классификация реагентов представлена в табл. 9. В реакциях, сопровождающихся гетеролитическим разрывом связи, реагент ... реакция протекает на поверхности раздела фаз, образуемой катализатором и реагентом. Гомогенный катализ - процесс, в котором катализатор находится в молекулярно-дисперсном состоянии и ... 2 О ...
Иногда сопоставляют степени превращения реакционной смеси заданного состава при одинаковых условиях реакции, однако такой способ оценки активности является приближенным, его погрешность возрастает с увеличением измеряемой степени превращения; для реакций, тормозящихся образующимся продуктом, этот способ неприемлем.
3. Состав контактных масс. Носители, активаторы, их роль
Промышленные твердые катализаторы обычно представляют собой сложные смеси, называемые контактными массами. В состав контактных масс входят прежде всего вещества, являющиеся собственно катализаторами, а также носители и активаторы.
Активаторы — такие вещества, которые сами по себе могут быть неактивными для данной реакции, но значительно улучшают свойства катализатора, поэтому деление на сложные и активированные катализаторы носит лишь ориентировочный характер.
Носители — прочные пористые термостойкие материалы, на которые осаждением, пропитыванием или другими методами наносят катализатор. При нанесении каталитических веществ на пористый носитель достигается их тонкое диспергирование, создаются большие удельные поверхности при размерах пор, близких к оптимальным, и увеличивается термостойкость катализатора, поскольку затруднено спекание его кристалликов, разобщенных на поверхности носителя. При таком методе нанесения достигается экономия дорогих катализаторов, например платины, палладия, серебра. Носитель, как правило, влияет на активность катализатора, таким образом, нет точной границы между понятием активатор и носитель. Наиболее часто в качестве носителей применяют оксид алюминия, силикагель, синтетические алюмосиликаты, каолин, пемзу, асбест, различные соли, уголь.
4. Контактные яды. Механизм отравления
Каталитические яды, или контактные яды — вещества, вызывающие «отравление» катализатора, т. е. снижающие его каталитическую активность или полностью прекращающие каталитическое действие.
Причина отравления заключается в адсорбции каталитического яда на поверхности катализатора. Различают следующие виды каталитического отравления:
— Каталитический яд может адсорбироваться на активном центре катализатора, препятствуя взаимодействию реагентов с этим активным центром. В данном случае наблюдается линейная зависимость снижения каталитической активности от количества введенного в систему яда.
Пример: действие хинолина на алюмосиликатные катализаторы при крекинге.
- Экранирование — яд может сильно отравить поверхность катализатора, что приведет к резкому снижению каталитической активности. В этом случае введение дополнительных доз яда будет снижать активность медленно.
Пример: разложение пероксида водорода на платиновом катализаторе при адсорбции яда — дихлорида ртути.
Случается, что в микродозах некоторый каталитический яд может служить и промотором, когда в больших количествах начинает действовать как яд. Данный вид действия принято называть модифицированием катализатора. В случае сложных каталитических реакций каталитические яды могут действовать избирательно — подавлять каталитическую активность в одних катализаторах и не влиять на другие. В некоторых случаях одни и те же вещества могут быть каталитическими ядами по отношению к одним реакциям и не влиять на другие.
Каталитические процессы в нефтепереработке
... факторов, существенно влияющих на протекание каталитических реакций. Оценка каталитических свойств катализатора в отношении определенной реакции характеризуется следующими показателями: Каталитическая активность, определяемая количеством вещества, реагирующим в единице объема катализатора в единицу времени в заданных условиях. Селективность, характеризуемая отношением ...
каталитический реакция катализатор хинолин
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/smennyie-kataliticheskie-neytralizatoryi/
1. Вольхин, В.В. Общая химия. Основной курс / В.В. Вольхин. М.: Краснодар, 2008 г. C. 153-173.
2. Девятых, Г. Г. Введение в теорию катализа / Г.Г. Девятых, Ю.Е. Еллиев М.: Наука, 1981 г. 320 с.
3. Кравченко, А. И. Эффективность катализаторов/ А.И. Кравченко, 2010 г. Т. 46. № 1. С. 99—101.
4. Карпов, Ю.А.. Введение в химическую технологию / Ю.А. Карпов, А.П. Савостин. М.: Бином, 2003. С. 240-243.
