Химиялық технологияның теориялық негіздері Негізгі технологиялық түсініктер және анықтамалар

Н
2
О (бу) 
СО + О
2
→ 2СО
2
Бұл реакцияға су буының жылдамдату әсері Н*, О*, ОН* белсенді 
бөлшектердің түзілуінде болады және олар тізбекті реакцияны қолдайды: 
Н* + О
2 
→ ОН* + О*, 
ОН* + СО → СО
2
+ Н*, 
О* + СО → СО
2.
Реакцияның жылдамдығы Со концентрациясына және катализаторға 
пропорционал 
1
2
2
2
О
Н
СО
C
C
k
v


=
Гомогенді каталитикалық реакциялардың жылдамдығына көптеген 
факторлар әсер етеді. Олар: катализатордың белсенділігі, температура, реагент 
пен катализатордың концентрациясы, араластыру интенсивтілігі және т.б. Бұл 
процестердің аппаратурасы қарапайым, себебі каталитикалық реакцияларды 
біртекті ортада орындау техникалық қарапайым болады: газды орталар үшін 
колонналар, құбырлы жылуалмастырғыштар, камералар қолданылады, ал 
сұйық орталар үшін әртүрлі араластырғыш құрылғылары бар реакторлар 
қолданылады. 
Гомогенді каталитикалық реакцияның жылдамдығы катализатор 
концентрациясына пропорционал болады. 
Гомогенді катализдің негізгі кемшілігіне соңғы өнімдік қоспадан 
катализаторды бөліп алу болады, осының нәтижесінде катализатордың бір 
бөлігінің қайтымсыз жоғалуы байқалады және өнім катализатормен 
ластанады. 
Гетерогенді катализ гомогенді катализге қарағанда өнеркәсіпте көбірек 
қолданылады. Белгілі өнеркәсіптік гетерогенді каталитикалық процестердің 
басым бөлігі газтәрізді заттардың арасында қатты катализаторларда жүреді. 
Бұндай процестердің кейбір мысалдары 1.9-суретте берілген. 

1.9-сурет – Өнеркәсіптік гетерогенді-каталитикалық процестердің 
мысалдары 
Қатты катализаторлардың жылдамдату әсерін түсіндіретін бірнеше 
теориялар белгілі: 
1) Ленгмюрдің адсорбция теориясы – бұл таза физикалық теория, ол 
газдың көлемінен фазалардың бөліну бетінде (катализатордың бетінде) заттың 
концентрленуі. 
2) Тейлордың белсенді орталықтар теориясы. Ол эксперименталды түрде 
беттің энергетикалық барабарлы емес болатынын анықтайды және беттің 
неғұрлым төмен қаныққан атомдарының каталитикалық белсенділігі жоғары 
болатынын, яғни белсенді орталықтар (криталдардың бұрыштары мен 
қырлары) болып табылатынын жорамалдады. 
3) Баландиннің мультипледті теориясы. Бұл теорияның негізгі идеясы 
бойынша каталитикалық орталық ретінде абсорбциялық орталықтар – 
мультипледтер болады. Олар геометриялық катализденетін молекуламен 
геометриялық сәйкестікте орналасады. Баландин теориясының осы кезге 
дейінгі құндылығы, ол катализатор құрылымы мен әрекеттесетін молекуланың 
геометриялық сәйкестігі жайлы сұрақты бірінші болып көтерді. 
4) 
Кобозевтің 
белсенді 
«ансамбльдер» 
теориясы 
бойынша 
катализатордың әртүрлі бөлімшелері энергетикалық барабарлы емес. 
Барлық аталған теориялар бір-бірін толықтырады және байытады. Барлық 
теориялардан катализатор үшін белсенді орталықтар немесе көтеріңкі 
белсенділікке ие болатын бөлімдер маңызды роль атқаратынын байқауға 
болады. Бұл бөлімдерде химиялық байланыстардың қайта құрылуымен және 
бір заттардың басқа заттарға айналуымен (хемосорбция) бірге жүретін, 
бастапқы заттың молекулаларының белсенді адсорбциясы жүреді. 
Гетерогенді катализ теориялары үшін бірдей болатын, ол қатты 
катализаторлардың бетінде адсорбциялық типті аралық қосылыстардың 
(мультиплеттің, белсенді кешеннің, ансамбльдің немесе орталықтың) түзілуі 
болып табылады. Электрондық теория бойынша бұл қосылыстар 
катализаторлардың еркін электрондарын қолданатын химиялық қосылыстар. 

Осындай аралық қосылыстың қасиеті көбінесе химиялық өзгеріс 
жылдамдығын анықтайды. 
Катализатордың бетінде жүретін гетерогенді-каталитикалық процесс – 
бұл күрделі процесс, ол келесі бірнеше элементарлы сатылар арқылы жүреді: 
1) 
әркеттесетін заттардың ағыннан катализатор бетіне қарай 
диффузиялануы – сыртқы диффузия; 
2) реагенттердің катализатор дәндерінің кеуектерінде диффузиялануы – 
ішкі диффузия; 
3) 
реагенттің 
молекулаларының 
катализатордың 
бетінде 
адсорбциялануы: сол кезде белсенді кешен; реагенттер – катализатор түзіледі; 
4) химиялық реакцияның өзі – атомдардың қайта топтасуымен өнімдер – 
катализатор кешенінің түзілуі; 
5) катализатор бетінен өнімдердің десорбциялануы; 
6) өнімдердің катализатор дәндерінің кеуектерінде диффузиялануы – ішкі 
диффузия; 
7) өнімдердің катализатор дәндерінің бетінен ағынға диффузиялануы. 
Барлық сатылар химиялық реакцияның жалпы жылдамдығына бірдей 
әсер етпейді. Сатылардың біреуі неғұрлым баяу (лимитирлеуші) болады. Ол 
қосынды каталитикалық процестің жалпы жылдамдығын анықтаушы болады. 
Егер бұндай саты диффузиялық сатылардың біреуі болса, онда катализ 
диффузиялық аймақта жүреді. Бұл жағдайда процесті жылдамдатудың небары 
тиімді құралы газ ағынының жылдамдығын арттыру болып табылады. Ішкі 
диффузияны күшейту үшін үлкен кеуектер болуы тиіс, сонымен қатар 
дәндерінің мөлшерлері кішкентай болуы қажет. Температура диффузия 
жылдамдығына аз әсер етеді. 
Егер кинетикалық сатылар неғұрлым баяу болса, онда процесс 
кинетикалық аймақта жүреді. Негізгі технологиялық параметрлерді – қысым, 
температура және концентрация (Р,Т,С) есепке алғанда, кинетикалық
аймақтағы каталитикалық процестің жылдамдығының жалпы теңдеуі келесі 
түрге ие болады (Аррениус теңдеуін қолданумен) 

жүктеу/скачать 0.8 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: