Содержание
- 2. Вопросы для самостоятельного изучения Промышленные катализаторы гидрогенизационых процессов в нефтепереработке и нефтехимии. Дезактивация катализаторов в каталитических
- 3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 1. Крылов О.В. Гетерогенный катализ М.: ИКЦ «Академкнига», 2004,-679 с. 2. Боресков Г.К.
- 4. Лекция 1 Краткий исторический очерк. Основные этапы развития катализа. Феноменология катализа. Роль катализа в современной химической
- 5. Основные определения КАТАЛИЗ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами.
- 6. Краткий исторический очерк И. Берцелиус (1837): «Известные вещества оказывают при соприкосновении с другими веществами такое влияние
- 7. Виды катализа В зависимости от того, находится катализатор в той же фазе, что и реагирующие вещества,
- 8. Механизм гетерогенного катализа Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они обратимы. 1. Диффузия реагирующих
- 9. Сопутствующие материалы Промоторы (или активаторы) - вещества, повышающие активность катализатора. При этом промоторы могут сами и
- 10. Энергетический барьер Все каталитические реакции - самопроизвольный процесс, т.е. протекают в направлении убыли энергии Гиббса -
- 11. Нахождение величины энергии активации Е Чтобы найти величину энергии активации Е, изучают скорость реакции при разной
- 12. Энергетическая диаграмма реакции Энергетическая диаграмма реакции типа А : В; а - без катализатора, б -
- 13. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ГЕТЕРОГЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ В гетерогенном катализе (Г.к.) как и в др. областях катализа, выделяют два
- 14. КАТАЛИЗАТОРЫ-ПОЛУПРОВОДНИКИ Согласно электронной теории Г. к., каталитическая активность полупроводников связана с объемной концентрацией носителей тока (электронов
- 15. Основные полупроводниковые катализаторы - соединения элементов VI гр. Периодической системы (О, S, Se, Те) с переходными
- 16. ИЗМЕНЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В РЕАКЦИИ ОБМЕНА КАТАЛИЗАТОРЫ-ПОЛУПРОВОДНИКИ
- 17. КАТАЛИЗАТОРЫ-МЕТАЛЛЫ Металлы обычно значительно активнее оксидов и обладают более универсальным каталитическим действием, хотя, как правило, менее
- 18. Металлы, находящиеся в конце переходных периодов, имеют в d-оболочке дырки (отсутствие электронов), что облегчает их участие
- 19. В реакциях с участием Н2 наиболее активны металлы, на поверхности которых происходит его хемосорбция с диссоциацией
- 20. КАТАЛИЗ НА ТВЕРДЫХ КИСЛОТАХ И ОСНОВАНИЯХ Для катализаторов кислотно-основного типа специфика твердого тела не выражена так
- 21. Смешанные катализаторы В реакциях кислотно-основного типа (крекинг, дегидратация, изомеризация и др.) высокой активностью обладают катализаторы, состоящие
- 23. Скачать презентацию
Вопросы для самостоятельного изучения
Промышленные катализаторы гидрогенизационых процессов в нефтепереработке и
Вопросы для самостоятельного изучения
Промышленные катализаторы гидрогенизационых процессов в нефтепереработке и
Дезактивация катализаторов в каталитических реакторах.
Методы исследования состава и структуры поверхности катализаторов.
Структура механических катализаторов. Кластеры.
Закономерности подбора катализаторов для разных реакций.
Синтез Фишера – Тропша, конструкция реакторных устройств.
Реакторы синтеза метанола и получение из него бензина.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
1. Крылов О.В. Гетерогенный катализ М.: ИКЦ «Академкнига»,
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
1. Крылов О.В. Гетерогенный катализ М.: ИКЦ «Академкнига»,
2. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ М.: Наука 1984.-520 с.
3. Саттерфилд Н. Практический курс гетерогенного катализа М.: Мир,1984.-520 с.
4. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа.: Гилем, 2002.-671 с.
5. Стефогло Е.Ф. Газожидкостные реакторы с суспендированным катализатором. Новосибирск: Наука, 1990,-232 с.
6. Дидушинский А.Я. Основы проектирования каталитических реакторов. М.: Химия, 1972,-376 с.
7. Радченко Е.Д., Нефедов Б.К., Алиев Р.Р. Катализаторы процессов углубленной переработки нефти. М.: Химия, 1992.-207 с.
8. Вольтер Б.В., Сальников И.Б. Устойчивость режимов работы химических реакторов. М.: Химия, 1981.-200 с.
9. Соколов В.Н., Бушков М.Д. Химические реакторы. Л.: 1980.-60 с.
10. Сороко В.Е., Масленникова И.С., Луцко Ф.Н. Основы химической технологии: Управление химико-технологическими процессами. СПб. 2004.214с.
11. Капустин В.М., Сюняев З.И. Дисперсные состояния в каталитических системах нефтепереработки. М.: Химия 1992.-151 с
12. Радченко Е.Д., Чукин Г.Д.. Алиев Р.Р. Цеолитсодержащие катализаторы в нефтепереработке. М.: Химия 1993.-278 с
Лекция 1
Краткий исторический очерк.
Основные этапы развития катализа.
Феноменология катализа.
Роль
Лекция 1
Краткий исторический очерк.
Основные этапы развития катализа.
Феноменология катализа.
Роль
Важнейшие понятия и термины катализа.
Гетерогенный и гомогенный катализ.
Роль гетерогенного катализа в процессах нефтехимии и нефтепереработки.
Основные определения
КАТАЛИЗ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в
Основные определения
КАТАЛИЗ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в
Катализаторы - вещества, изменяющие скорость химической реакции, которые могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными.
Каталитические реакции - реакции, протекающие в присутствии катализаторов.
Положительным называют катализ, при котором скорость реакции возрастает, отрицательным (ингибированием) - при котором она убывает. Примером положительного катализа может служить процесс окисления аммиака на платине при получении азотной кислоты. Примером отрицательного - снижение скорости коррозии при введении в жидкость, в которой эксплуатируется металл, нитрита натрия, хромата и дихромата калия.
Катализаторы, замедляющие химическую реакцию, называются ингибиторами.
Краткий исторический очерк
И. Берцелиус (1837): «Известные вещества оказывают при соприкосновении с
Краткий исторический очерк
И. Берцелиус (1837): «Известные вещества оказывают при соприкосновении с
М. Фарадей (1840). «Каталитические явления можно объяснить известными свойствами материи, не снабжая ее при этом никакой новой силой».
П. Рашиг (1906): «Катализ представляет вызываемое внешними причинами изменение строения молекулы, имеющее следствием изменение химических свойств».
Э. Абель (1913): «Я пришел к выводу, что катализ осуществляется в результате реакции, а не простого присутствия вещества».
Л. Гурвич (1916): «Каталитически действующие тела, притягивая к себе движущиеся молекулы гораздо сильнее, чем тела, лишенные каталитического действия, тем самым увеличивают силу удара, попадающих на их поверхность молекул».
Г. К. Боресков (1968): «Когда-то катализ рассматривался как особое, немного таинственное явление, со специфическими законами, раскрытие которых должно было сразу в общей форме решить задачу подбора. Сейчас мы знаем, что это не так. Катализ по своей сущности - химическое явление. Изменение скорости реакции при каталитическом воздействии обусловлено промежуточным химическим взаимодействием реагирующих веществ с катализатором».
Виды катализа
В зависимости от того, находится катализатор в той же фазе,
Виды катализа
В зависимости от того, находится катализатор в той же фазе,
Примером гомогенного катализа является разложение пероксида водорода в присутствии ионов йода. Реакция протекает в две стадии:
Н О + I = H O + IO
Н O + IO = Н O + O + I
При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации.
При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела - катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель. Механизм гетерогенного катализа сложнее, чем у гомогенного.
Механизм гетерогенного катализа
Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они
Механизм гетерогенного катализа
Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они
1. Диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества.
2. Физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реагирующих молекул и затем хемосорбция их.
3. Химическая реакция между реагирующими молекулами.
4. Десорбция продуктов с поверхности катализатора.
5. Диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток.
Примером гетерогенного катализа является окисление SO2 в SO3 на катализаторе V2O5 при производстве серной кислоты (контактный метод).
Сопутствующие материалы
Промоторы (или активаторы) - вещества, повышающие активность катализатора. При этом
Сопутствующие материалы
Промоторы (или активаторы) - вещества, повышающие активность катализатора. При этом
Каталитические яды - посторонние примеси в реакционной смеси, приводящие к частичной или полной потере активности катализатора. Так, следы мышьяка, фосфора вызывают быструю потерю катализатором V2O5 активности (контактный метод производства H2SO4 ).
Энергетический барьер
Все каталитические реакции - самопроизвольный процесс, т.е. протекают в
Энергетический барьер
Все каталитические реакции - самопроизвольный процесс, т.е. протекают в
Известно, что молекулы неионогены вступают в реакцию гораздо реже, чем сталкиваются друг с другом. Аррениус объяснил этот факт, предположив, что молекулы могут реагировать лишь в том случае, если в момент столкновения они обладают запасом энергии не ниже некоторой критической величины. В этом случае они называются «активными молекулами».
А. Резчик, 1945 г. « Для описания каталитических реакций существует теория абсолютных скоростей реакций, начало которой было положено теоретическими исследованиями Поляни в 1931 г.».
Закон химической кинетики, известный под названием закона Аррениуса (1889). Закон связывает константу скорости реакции с некоторой характерной для данной реакции энергетической характеристикой, называемой энергией активации Е.
где k0 - константа, или предэкспоненциальный множитель;
R - газовая постоянная, равная 1,987 кал/град*моль
(8,31 Дж/град*моль)', Т - температура в градусах шкалы Кельвина;
е - основание натуральных логарифмов.
(1)
Нахождение величины энергии активации Е
Чтобы найти величину энергии активации Е, изучают
Нахождение величины энергии активации Е
Чтобы найти величину энергии активации Е, изучают
(2)
строят график зависимости Ln(k) от 1/Т и определяют угловой коэффициент, который равен Е/R. Обычно используют не натуральные, а десятичные логарифмы .
(3)
(Последнее число - модуль перевода натуральных логарифмов в десятичные, умноженный на величину R = l.987.)
Энергетическая диаграмма реакции
Энергетическая диаграмма реакции типа А : В;
а -
Энергетическая диаграмма реакции
Энергетическая диаграмма реакции типа А : В;
а -
1 - при стадийном механизме,
2 - при ассоциативном механизме катализа: E1, E2, E4, E4 потенциальные барьеры, разделяющие исходное и конечное состояния системы,
Q - тепловой эффект реакции.
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ГЕТЕРОГЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
В гетерогенном катализе (Г.к.) как и в
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ГЕТЕРОГЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
В гетерогенном катализе (Г.к.) как и в
окислительно-восстановительные, при которых роль катализатора сводится к участию в переносе неспаренных электронов, и кислотно-основные, при которых взаимодействие катализатора с реагирующими веществами сопровождается переходом протона или электронных пар. Окислительно-восстановительный катализ происходит на поверхности металлов или полупроводников, т.е. веществ, способных передавать или принимать неспаренные электроны от реагирующих молекул.
Кислотно-основные реакции протекают на поверхности твердых кислот или оснований, способных передавать или принимать протон от реагентов или же способных к химическому взаимдействию с реагентами без разделения пары электронов.
КАТАЛИЗАТОРЫ-ПОЛУПРОВОДНИКИ
Согласно электронной теории Г. к., каталитическая активность полупроводников связана с объемной
КАТАЛИЗАТОРЫ-ПОЛУПРОВОДНИКИ
Согласно электронной теории Г. к., каталитическая активность полупроводников связана с объемной
где : е-электрон катализатора, - свободная дырка.
Поскольку объемная концентрация носителей тока зависит от положения уровня Ферми и изменяется при всяком сдвиге последнего, предполагалась возможность регулирования каталитической активности полупроводника смещением уровня Ферми. Дальнейшие исследования, однако, не подтвердили существования электронного равновесия между поверхностью и объемом катализатора-полупроводника в условиях Г. к. Экспериментально установлен ряд корреляций каталитической активности полупроводников с проводимостью п- или р-типа с их свойствами. В частности, известна корреляция константы скорости Г. к. с шириной запрещенной зоны :
где а и b- эмпирии, постоянные.
4
Основные полупроводниковые катализаторы - соединения элементов VI гр. Периодической системы (О,
Основные полупроводниковые катализаторы - соединения элементов VI гр. Периодической системы (О,
Напр., Мо в оксидах может иметь степени окисления Мо2 + , Мо3 + , Мо4 + , Мо5+ и Мо6+, поэтому он легко окисляется и восстанавливается в условиях Г. к., обеспечивая тем самым каталитический цикл. Важно также наличие у поверхностных атомов переходных металлов низкоэнергетических d-орбиталей разной симметрии. Это позволяет связать каталитическую активность их оксидов и сульфидов с электронной конфигурацией орбиталей, а также с возможностью образования промежуточных поверхностных соединений типа комплексных.
КАТАЛИЗАТОРЫ-ПОЛУПРОВОДНИКИ
ИЗМЕНЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В РЕАКЦИИ ОБМЕНА
КАТАЛИЗАТОРЫ-ПОЛУПРОВОДНИКИ
ИЗМЕНЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В РЕАКЦИИ ОБМЕНА
КАТАЛИЗАТОРЫ-ПОЛУПРОВОДНИКИ
КАТАЛИЗАТОРЫ-МЕТАЛЛЫ
Металлы обычно значительно активнее оксидов и обладают более универсальным каталитическим действием,
КАТАЛИЗАТОРЫ-МЕТАЛЛЫ
Металлы обычно значительно активнее оксидов и обладают более универсальным каталитическим действием,
Металлы, находящиеся в конце переходных периодов, имеют в d-оболочке дырки (отсутствие
Металлы, находящиеся в конце переходных периодов, имеют в d-оболочке дырки (отсутствие
КАТАЛИЗАТОРЫ-МЕТАЛЛЫ
В реакциях с участием Н2 наиболее активны металлы, на поверхности которых
В реакциях с участием Н2 наиболее активны металлы, на поверхности которых
КАТАЛИЗАТОРЫ-МЕТАЛЛЫ
КАТАЛИЗ НА ТВЕРДЫХ КИСЛОТАХ
И ОСНОВАНИЯХ
Для катализаторов кислотно-основного типа специфика твердого
КАТАЛИЗ НА ТВЕРДЫХ КИСЛОТАХ
И ОСНОВАНИЯХ
Для катализаторов кислотно-основного типа специфика твердого
Смешанные катализаторы
В реакциях кислотно-основного типа (крекинг, дегидратация, изомеризация и др.) высокой
Смешанные катализаторы
В реакциях кислотно-основного типа (крекинг, дегидратация, изомеризация и др.) высокой