Урвалж биш, урвалын бүтээгдэхүүний нэг хэсэг биш янз бүрийн бодисууд байгаа тохиолдолд химийн урвалын хурд огцом нэмэгдэж болно. Энэ гайхалтай үзэгдлийг гэж нэрлэдэг катализ(Грек хэлнээс "катализ" - сүйрэл). Холимогт байгаа нь урвалын хурдыг нэмэгдүүлдэг бодисыг нэрлэдэг катализатор.Урвалын өмнөх ба дараа түүний хэмжээ өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Катализатор нь тусгай ангиллын бодис биш юм. Төрөл бүрийн урвалд метал, исэл, хүчил, давс, нарийн төвөгтэй нэгдлүүд нь катализаторын нөлөө үзүүлдэг. Амьд эс дэх химийн урвал нь каталитик уургийн хяналтан дор явагддаг ферментүүд.Катализатор нь урвалд шууд оролцдог тул химийн урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх жинхэнэ химийн хүчин зүйл гэж үзэх ёстой. Катализ нь ихэвчлэн температурыг нэмэгдүүлэхээс илүү хүчтэй, эрсдэл багатай урвалыг хурдасгах арга юм. Үүнийг амьд организм дахь химийн урвалын жишээгээр тодорхой харуулж байна. Уургийн гидролиз гэх мэт урвалууд нь лабораторид буцалгах температур хүртэл удаан хугацаагаар халаах шаардлагатай байдаг нь хоол боловсруулах явцад биеийн температурт халаахгүйгээр явагддаг.
Катализийн үзэгдлийг анх 1818 онд Францын химич Л.Ж.Тенард (1777-1857) ажиглаж, зарим металлын ислийг устөрөгчийн хэт ислийн уусмалд нэмэхэд түүний задралд хүргэдэг болохыг олж тогтоожээ. Устөрөгчийн хэт ислийн 3% -ийн уусмалд калийн перманганатын талстыг нэмснээр энэ туршилтыг хялбархан хийж болно. KMn0 4 давс нь Mn0 2 болж хувирч, ислийн нөлөөн дор хүчилтөрөгч уусмалаас хурдан ялгардаг.
Катализаторын урвалын хурдад шууд үзүүлэх нөлөө нь идэвхжүүлэх энергийн бууралттай холбоотой юм. Хэвийн температурт бууралт ажиглагдаж байна уу? ба 20 кЖ/моль хурдны тогтмолыг ойролцоогоор 3000 дахин нэмэгдүүлдэг. Буурах Э Лхамаагүй хүчтэй байж болно. Гэсэн хэдий ч идэвхжүүлэх энерги буурах нь катализаторын үйл ажиллагааны гадаад илрэл юм. Урвал нь тодорхой утгаараа тодорхойлогддог E. vЭнэ нь зөвхөн урвал өөрөө өөрчлөгдсөн тохиолдолд л өөрчлөгдөх боломжтой. Ижил бүтээгдэхүүнийг өгөх үед нэмсэн бодисын оролцоотой урвал нь өөр замаар, бусад үе шатуудаар дамждаг бөгөөд өөр идэвхжүүлэх энергитэй байдаг. Хэрэв энэ шинэ зам дээр идэвхжүүлэх энерги бага, хариу урвал хурдан явагдах юм бол энэ бодисыг катализатор гэж бид хэлж байна.
Катализатор нь урвалжуудын аль нэгтэй харилцан үйлчилж, завсрын нэгдэл үүсгэдэг. Урвалын дараагийн үе шатуудын аль нэгэнд катализатор дахин сэргээгддэг - энэ нь урвалыг анхны хэлбэрээр нь үлдээдэг. Катализаторын урвалд оролцдог урвалжууд нь катализаторын оролцоогүйгээр бие биетэйгээ удаан харьцдаг. Тиймээс каталитик урвалууд нь цуврал параллель урвал гэж нэрлэгддэг нарийн төвөгтэй урвалын төрөлд хамаарна. Зураг дээр. 11.8-д хурдны тогтмол нь катализаторын концентрацаас хамаарах хамаарлыг үзүүлэв. Катализатор байхгүй тохиолдолд урвал зогсдоггүй тул хамаарлын график тэгээр дамждаггүй.
Цагаан будаа. 11.8.
тогтмол ажиглагдсан книйлбэрээр илэрхийлнэ к у+ & k c(K)
Жишээ 11.5. -500 ° C-ийн температурт хүхрийн ислийн исэлдэлтийн урвал (1U)
хүхрийн хүчлийн үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлийн нэг үе шат нь маш удаан үргэлжилдэг. Температурын цаашдын өсөлтийг хүлээн зөвшөөрөх боломжгүй, учир нь тэнцвэр нь зүүн тийш шилжиж (харвалт нь экзотермик), бүтээгдэхүүний гарц хэт их буурдаг. Гэхдээ энэ урвалыг янз бүрийн катализатороор хурдасгадаг бөгөөд тэдгээрийн нэг нь азотын исэл (N) байж болно. Эхлээд катализатор нь хүчилтөрөгчтэй урвалд ордог: 
дараа нь хүчилтөрөгчийн атомыг хүхрийн исэлд (1U) шилжүүлдэг:
Энэ нь эцсийн урвалын бүтээгдэхүүнийг бүрдүүлж, катализаторыг сэргээдэг. Одоо урвал нь хурдны тогтмолууд мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн шинэ замаар урсах боломжтой болсон.
Доорх диаграммд S0 2 исэлдэлтийн процессын хоёр замыг харуулав. Катализатор байхгүй үед урвал нь зөвхөн удаан замаар, катализатор байгаа тохиолдолд хоёуланг нь дамждаг.
Хоёр төрлийн катализ байдаг - нэгэн төрлийнТэгээд нэг төрлийн бус.Эхний тохиолдолд катализатор ба урвалжууд нь хийн хольц эсвэл уусмал хэлбэрээр нэгэн төрлийн системийг үүсгэдэг. Хүхрийн ислийн исэлдэлтийн жишээ бол нэгэн төрлийн катализ юм. Нэг төрлийн катализаторын урвалын хурд нь урвалд орох бодисын концентраци болон катализаторын концентрацаас хамаарна.
Гетероген катализаторын хувьд катализатор нь цэвэр хэлбэрийн хатуу бодис юм тээвэрлэгч.Жишээлбэл, цагаан алтыг катализатор болгон асбест, хөнгөн цагаан исэл гэх мэт дээр бэхлэх боломжтой. Реактив молекулууд нь катализаторын гадаргуу дээрх тусгай цэгүүд - идэвхтэй төвүүд болох хий эсвэл уусмалаас шингэсэн (шингээж) бөгөөд нэгэн зэрэг идэвхждэг. Химийн өөрчлөлтийн дараа үүссэн бүтээгдэхүүний молекулууд нь катализаторын гадаргуугаас ялгардаг. Идэвхтэй төвүүдэд бөөмийн хувиргалтын үйлдлүүд давтагдана. Бусад хүчин зүйлсийн дунд гетероген каталитик урвалын хурд нь катализаторын материалын гадаргуугийн талбайгаас хамаарна.
Гетероген катализ нь ялангуяа үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Энэ нь урвалжуудын холимог нь катализатортой холбоо барих төхөөрөмжөөр дамжин өнгөрөхөд тасралтгүй катализаторын процессыг явуулахад хялбар байдлаар тайлбарлагддаг.
Катализаторууд нь сонгомол байдлаар үйлчилж, маш тодорхой төрлийн урвал эсвэл бүр тусдаа урвалыг хурдасгаж, бусдад нөлөөлөхгүй. Энэ нь катализаторыг ашиглах нь зөвхөн урвалыг хурдасгах төдийгүй эхлэлийн бодисыг хүссэн бүтээгдэхүүн болгон хувиргах боломжийг олгодог. Fe 2 0 3 катализатор дээр 450 ° C температурт метан ба ус нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба устөрөгч болж хувирдаг.
850 ° C температурт ижил бодисууд никель гадаргуу дээр урвалд орж нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) ба устөрөгч үүсгэдэг.
Катализ бол онолын үнэн зөв таамаглал дэвшүүлэх боломжгүй химийн салбаруудын нэг юм. Нефтийн бүтээгдэхүүн боловсруулах, байгалийн хий, аммиакийн үйлдвэрлэл болон бусад олон төрлийн үйлдвэрлэлийн бүх катализаторыг хөдөлмөр их шаарддаг, цаг хугацаа шаардсан туршилтын судалгааны үндсэн дээр боловсруулдаг.
Химийн үйл явцын хурдыг хянах чадвар нь хүний эдийн засгийн үйл ажиллагаанд үнэлж баршгүй чухал юм. Үйлдвэрийн аргаар химийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхдээ технологийн химийн процессын хурдыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бөгөөд бүтээгдэхүүнийг хадгалахдаа задралын хурдыг багасгах, хүчилтөрөгч, ус гэх мэт нөлөөллийг бууруулах шаардлагатай байдаг. Химийн урвалыг удаашруулдаг бодисууд байдаг. Тэднийг дууддаг дарангуйлагч, эсвэл сөрөг катализаторууд.Дарангуйлагчид нь бодит катализатороос үндсэндээ ялгаатай бөгөөд тэдгээр нь тухайн бодис эсвэл түүний хүрээлэн буй орчинд ямар нэгэн шалтгаанаар үүсч, үнэ цэнэтэй задрал, исэлдэлтийн урвал үүсгэдэг идэвхтэй зүйлүүдтэй (чөлөөт радикалууд) урвалд ордог. Дарангуйлагчийг аажмаар хэрэглэж, хамгаалалтын нөлөөгөө зогсооно. Дарангуйлагчдын хамгийн чухал төрөл нь янз бүрийн материалыг хүчилтөрөгчийн нөлөөллөөс хамгаалдаг антиоксидант юм.
Катализаторын тусламжтайгаар юунд хүрч чадахгүй байгааг санах нь зүйтэй. Тэд зөвхөн аяндаа үүсэх урвалыг хурдасгах чадвартай. Хэрэв урвал аяндаа явагдахгүй бол катализатор үүнийг хурдасгах боломжгүй болно. Жишээлбэл, ямар ч катализатор усыг устөрөгч, хүчилтөрөгч болгон задлахад хүргэж чадахгүй. Энэ процессыг зөвхөн электролизийн аргаар хийж болно, энэ нь цахилгааны ажил шаарддаг.
Катализатор нь хүсээгүй процессыг идэвхжүүлж болно. Сүүлийн хэдэн арван жилд 20-25 км-ийн өндөрт агаар мандлын озоны давхарга аажмаар устаж байна. Аж үйлдвэрийн аж ахуйн нэгжүүд болон ахуйн хэрэгцээнд ашигладаг агаар мандалд ялгардаг галогенжүүлсэн нүүрсустөрөгч зэрэг озоны задралд тодорхой бодисууд оролцдог гэж үздэг.
Химийн урвалд үзүүлэх хамгийн үр дүнтэй нөлөөллийн нэг бол катализатор ашиглах явдал юм. Катализатор нь химийн урвалыг хурдасгадаг бодис юм. Катализатор байгаа нь урвалын хурдыг мянга, бүр сая дахин өөрчилдөг. Катализаторууд химийн урвалд идэвхтэй оролцдог боловч урвалжаас ялгаатай нь урвалын төгсгөлд өөрчлөгдөөгүй хэвээр үлддэг.
- эдгээр нь урвалын хурдыг өөрчилдөг бодисууд боловч урвалын явцад өөрсдөө хэрэглэдэггүй бөгөөд эцсийн бүтээгдэхүүний нэг хэсэг биш юм.
Катализаторын урвалын (катализ) чухал шинж чанар нь катализатор ба урвалд орох бодисын нэгэн төрлийн эсвэл гетероген байдал юм. Нэг төрлийн болон гетероген каталитик процессууд байдаг. Нэг төрлийн (нэг төрлийн) катализаторын үед урвалд орох бодис ба катализаторын хооронд интерфейс байдаггүй. Энэ тохиолдолд катализ нь тогтворгүй завсрын бүтээгдэхүүн үүсэх замаар явагддаг.
Жишээлбэл, А бодис нь В бодистой урвалд орох ёстой. Гэсэн хэдий ч урвалыг эхлүүлэхийн тулд өндөр дулаан шаардлагатай бөгөөд дараа нь урвал аажмаар явагдана. Дараа нь катализаторыг А бодистой идэвхтэй завсрын нэгдэл үүсгэх байдлаар сонгож, дараа нь В бодистой хүчтэй урвалд орж болно.
A+ Муур. = A ∙ Муур.
A ∙ Муур. + B = AB ∙ Cat.
Муур.
A+B=AB
Катализатор болон катализаторын бодисууд нэгтгэх янз бүрийн төлөвт байгаа үйл явцыг гетероген (нэг төрлийн бус) катализ гэж нэрлэдэг. Хийн болон шингэн урвалжийг катализаторын гадаргуу дээр шингээх үед химийн холбоо суларч, эдгээр бодисуудын харилцан үйлчлэх чадвар нэмэгддэг.
Катализаторын хурдасгах нөлөө нь үндсэн урвалын идэвхжүүлэлтийн энергийг бууруулахад оршино. Катализатортой холбоотой завсрын процесс бүр нь катализаторгүй урвалаас бага идэвхжүүлэлтийн энергитэй явагддаг. Катализ нь химийн урвалын эхлэлийн материалаас урвалын бүтээгдэхүүн рүү шилжих өөр замыг нээж өгдөг.
Туршлагаас харахад катализатор нь тодорхой урвалын хувьд онцгой шинж чанартай байдаг. Жишээлбэл, хариу үйлдэл хийхдээ:
N 2 + 3H 2 = Fe 2NH 3
Катализатор нь металл төмөр бөгөөд хүхрийн (IV) исэл исэлдэлтийн урвалд хүхрийн (VI) исэлд ороход катализатор нь ванадий (V) исэл V 2 O 5 юм. Платин, никель, палладий, хөнгөн цагааны ислийг ихэвчлэн катализатор болгон ашигладаг. Устөрөгчийн хэт исэл задрах процессыг хурдасгахын тулд манганы (IV) ислийг катализатор болгон ашигладаг. Хэрэв та устөрөгчийн хэт ислийн уусмал бүхий шилэнд бага зэрэг манганы (IV) исэл нэмбэл хүчилтөрөгч ялгарсны үр дүнд шингэн нь хүчтэй хөөсөрнө.
Хөнгөн цагаан ба иодын хоорондох урвалын катализатор нь энгийн ус юм. Хэрэв хөнгөн цагаан ба иодын холимогт ус нэмбэл хольц дахь бодисууд хүчтэй урвалд ордог.
Химийн урвалыг удаашруулж чаддаг бодисууд байдаг - сөрөг катализ гэж нэрлэгддэг. Тэднийг дарангуйлагч гэж нэрлэдэг. Ийм бодисыг зарим процессыг удаашруулах шаардлагатай үед ашигладаг, жишээлбэл, металлын зэврэлт, хадгалах явцад сульфидын исэлдэлт гэх мэт.
Санал өгөхийн тулд та JavaScript-г идэвхжүүлэх хэрэгтэйЛекц 7
Катализ
Катализ нь химийн үйлдвэрт, ялангуяа органик бус бодисын технологид өргөн хэрэглэгддэг. Катализ- урвалд оролцогчидтой химийн харилцан үйлчлэлд удаа дараа орж, харилцан үйлчлэлийн мөчлөг бүрийн дараа химийн найрлагыг нь сэргээдэг бодис - катализаторын нөлөөн дор химийн урвалыг өдөөх эсвэл тэдгээрийн хурдыг өөрчлөх. Дарангуйлагч эсвэл сөрөг катализатор гэж нэрлэгддэг урвалын хурдыг бууруулдаг бодисууд байдаг. Катализатор нь систем дэх тэнцвэрийн төлөвийг өөрчилдөггүй, харин зөвхөн түүнд хүрэхэд тусалдаг. Катализатор нь урагш болон урвуу урвалыг нэгэн зэрэг хурдасгах чадвартай боловч тэнцвэрийн тогтмол нь тогтмол хэвээр байна. Өөрөөр хэлбэл, катализатор нь термодинамикийн хувьд тааламжгүй урвуу урвалын тэнцвэрт байдал нь эхлэл бодис руу шилждэг тэнцвэрийг өөрчилж чадахгүй.
Катализаторын хурдасгах нөлөөний мөн чанар нь катализаторын оролцоотойгоор урвалын замыг өөрчлөх замаар химийн урвалын идэвхжих энерги E a -ийг багасгах явдал юм. А-г В болгон хувиргах урвалын хувьд урвалын замыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.
A + K AK
VK V + K
Зураг 1-ээс харахад механизмын хоёр дахь үе шат нь хязгаарлагдмал, учир нь энэ нь хамгийн их идэвхжүүлэх энергитэй E cat, гэхдээ катализаторын бус процесс E necat-аас хамаагүй бага юм.
Идэвхжүүлэлтийн энерги нь урвалд орж буй молекулуудын холбоог таслах энергийг катализатортой шинэ холбоо үүсэх энергитэй нөхөж байгаагаас болж буурдаг. Идэвхжүүлэх энергийн бууралт, улмаар катализаторын үр ашгийн тоон шинж чанар нь эвдэрсэн бондын энергийн нөхөн олговрын зэрэг байж болно Di:
= (Di – E cat)/Di (1)
Каталитик үйл явцын идэвхжүүлэх энерги бага байх тусам нөхөн олговрын зэрэг өндөр байна.
Идэвхжүүлэх энерги буурахтай зэрэгцэн олон тохиолдолд урвалын дараалал буурдаг. Урвалын дарааллын бууралтыг катализаторын оролцоотойгоор урвал нь хэд хэдэн энгийн үе шатуудаар дамждаг бөгөөд тэдгээрийн дараалал нь каталитик бус урвалын дарааллаас бага байж болно.
Катализаторын төрлүүд
Урвалж ба катализаторын фазын төлөвт үндэслэн каталитик процессыг нэгэн төрлийн ба гетероген гэж хуваана. Нэг төрлийн катализийн үед катализатор ба урвалд орох бодисууд ижил фаз (гетероген катализ дахь хий эсвэл шингэн) байдаг. Ихэнхдээ гетероген катализаторын урвалын систем нь янз бүрийн хослолоор гурван үе шатаас бүрддэг, жишээлбэл, урвалжууд нь хий ба шингэн фазуудад, катализатор нь хатуу үе шатанд байж болно.
Тусгай бүлэгт байгальд түгээмэл тохиолддог ферментийн (биологийн) каталитик процессууд багтдаг бөгөөд үйлдвэрлэлд тэжээлийн уураг, органик хүчил, спирт үйлдвэрлэх, түүнчлэн бохир усыг цэвэрлэхэд ашигладаг.
Хүчил-суурь катализаторын урвал нь урвалд орох бодисуудын катализатортой завсрын протолитийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд эсвэл дан хос электрон (гетеролитик) катализтай харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг. Гетеролитик катализ нь ковалент холбоо тасрах замаар явагддаг бөгөөд энэ нь гомолитик урвалаас ялгаатай нь холбоог гүйцэтгэж буй электрон хос нь атомын аль нэг эсвэл атомын бүлэгт бүхэлдээ эсвэл хэсэгчлэн үлддэг. Катализаторын идэвхжил нь протоныг урвалж руу шилжүүлэхэд хялбар байх (хүчиллэг катализ) эсвэл катализын эхний үйлдэлд протоныг урвалжаас (суурь катализ) авахаас хамаарна. Хүчиллэг-суурь механизмын дагуу гидролиз, гидратжуулах, усгүйжүүлэх, полимержих, поликонденсацлах, алкилжих, изомержих гэх мэт катализаторын урвал явагдана. эсвэл үндсэн шинж чанартай үелэх системийн нэг ба хоёрдугаар бүлгийн элементүүдийн нэгдлүүд. NA хүчиллэг катализаторын оролцоотойгоор хүчил-суурь механизмаар этиленийг усжуулах ажлыг дараах байдлаар гүйцэтгэдэг: эхний шатанд катализатор нь протоны донорын үүрэг гүйцэтгэдэг.
CH 2 =CH 2 + HA CH 3 -CH 2 + + A -
хоёр дахь үе шат нь бодит усжилт юм
CH 3 -CH 2 + + HONCH 3 CH 2 OH + H +
Гурав дахь шат - катализаторын нөхөн төлжилт
N + + A - NA.
Редокс ба хүчил шүлтийн урвалыг радикал механизмын дагуу авч үзэж болох бөгөөд үүний дагуу химисорбцийн үед үүссэн хүчтэй молекул-катализаторын торны холбоо нь урвалд орж буй молекулуудыг радикал болгон задлахад хувь нэмэр оруулдаг. Гетероген катализийн үед катализаторын гадаргуу дээгүүр нүүж буй чөлөөт радикалууд нь саармаг бүтээгдэхүүний молекулуудыг үүсгэдэг бөгөөд тэдгээр нь шингэж авдаг.
Фотокатализ гэж бас байдаг бөгөөд үйл явц нь гэрлийн нөлөөгөөр эхэлдэг.
Хатуу катализатор дээрх гетероген катализ нь органик бус химийн хувьд хамгийн түгээмэл байдаг тул бид энэ талаар илүү дэлгэрэнгүй ярих болно. Үйл явцыг хэд хэдэн үе шатанд хувааж болно:
1) үйлдвэрлэлийн төхөөрөмжид урсацын голоос катализаторын гадаргуу руу урвалд орж буй бодисын гаднах тархалт, турбулент (конвектив) диффуз нь ихэвчлэн молекулаас давамгайлдаг;
2) катализаторын нүхний хэмжээ, урвалжийн молекулуудын хэмжээ зэргээс шалтгаалан катализаторын нүх сүв дэх дотоод тархалт нь молекулын механизм эсвэл Кнудсений механизмаар (хязгаарлагдмал хөдөлгөөнтэй) тархаж болно;
3) гадаргуугийн химийн нэгдэл үүсэх замаар катализаторын гадаргуу дээр нэг буюу хэд хэдэн урвалжийг идэвхжүүлсэн (химийн) шингээх;
4) гадаргуугийн бүтээгдэхүүн-катализаторын цогцолборыг үүсгэхийн тулд атомуудыг дахин зохион байгуулах;
5) катализаторын бүтээгдэхүүнийг десорбци хийх, хэд хэдэн катализаторын идэвхтэй төвийг нөхөн сэргээх, түүний бүх гадаргуу идэвхтэй биш, харин бие даасан хэсгүүд - идэвхтэй төвүүд;
6) катализаторын нүхэнд бүтээгдэхүүний тархалт;
7) катализаторын мөхлөгийн гадаргуугаас хийн урсгал руу бүтээгдэхүүнийг тараах.
Гетероген катализаторын үйл явцын нийт хурдыг бие даасан үе шатуудын хурдаар тодорхойлдог бөгөөд тэдгээрийн хамгийн удаанаар хязгаарлагддаг. Үйл явцыг хязгаарлаж буй үе шатуудын талаар ярихад үлдсэн үе шатууд маш хурдан явагддаг тул тэдгээрийн аль нэг нь тэнцвэрт байдалд бараг хүрдэг гэж үздэг. Тусдаа үе шатуудын хурдыг технологийн процессын параметрүүдээр тодорхойлно. Үйл явцын механизм, түүний дотор катализаторын урвал, бодис дамжуулах тархалтын үе шатууд дээр үндэслэн кинетик, гадаад тархалт, дотоод тархалтын мужид тохиолддог процессуудыг ялгадаг. Ерөнхий тохиолдолд үйл явцын хурдыг дараах илэрхийллээр тодорхойлно.
d/d = k c(2)
Энд c нь хийн фаз дахь процессын үр дүнтэй концентрацийн үржвэртэй тэнцүү, хөдөлгөгч хүч нь урвалд орж буй бодисын хэсэгчилсэн даралтаар илэрхийлэгдэнэ p; хурдны тогтмол.
Ерөнхийдөө хурдны тогтмол нь олон хүчин зүйлээс хамаардаг.
k = f (k 1 , k 2 , k дэд, …..D ба, D ба / ,D p, ….) (3)
Энд k 1 , k 2 , k ab - шууд, урвуу ба хажуугийн урвалын хурдны тогтмолууд D ба, D ба / , D p нь k-ийн утгыг тодорхойлох эхлэлийн бодис ба бүтээгдэхүүний тархалтын коэффициент; үйл явцын гадаад эсвэл дотоод тархалтын бүсүүд.
IN кинетик бүс k нь тархалтын коэффициентээс хамаарахгүй. Технологийн горимын үндсэн параметрүүдийн хурдад үзүүлэх нөлөөг харгалзан хийн катализаторын процессын хурдны ерөнхий кинетик тэгшитгэл:
u = kvpP n 0 = k 0 e -Ea/RT vpP n 0 (4)
Энд v нь хийн урсгалын хурд, p нь P0.1 МПа (1 at) дахь процессын хөдөлгөгч хүч, P нь үйл ажиллагааны даралтыг хэвийн атмосферийн даралттай харьцуулсан харьцаа, өөрөөр хэлбэл хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн, 0 нь хэвийн даралт ба температурт хувиргах коэффициент, n - урвалын дараалал.
Химийн үе шатуудын механизм нь урвалд орох бодис ба катализаторын шинж чанараар тодорхойлогддог. Уг процессыг катализаторын гадаргуугаар урвалд орох бодисуудын аль нэгийг химисорбци эсвэл урвалын бүтээгдэхүүнийг десорбци хийх замаар хязгаарлаж болно. Цэнэглэгдсэн идэвхжүүлсэн цогцолбор үүсэх замаар урвалын хурдыг хянаж болно. Эдгээр тохиолдолд зарим хүчин зүйлийн нөлөөн дор катализаторын гадаргууг цэнэглэх нь урвалын явцад ихээхэн нөлөөлдөг. Кинетик мужид процессууд нь урвалжуудын турбулент урсгал дахь том нүхтэй, бага идэвхжилтэй, нарийн ширхэгтэй катализаторууд, түүнчлэн катализаторын гал асаах температуртай ойролцоо бага температурт явагддаг. Шингэн дэх урвалын хувьд кинетик муж руу шилжих нь шингэний зуурамтгай чанар буурч, улмаар тархалтыг хурдасгасантай холбоотойгоор температур нэмэгдэх боломжтой. Температур нэмэгдэхийн хэрээр уусмал дахь урвалжийн молекулуудын нэгдэл, уусмал, гидрацийн зэрэг буурч, энэ нь диффузийн коэффициент нэмэгдэж, улмаар тархалтын бүсээс кинетик муж руу шилжихэд хүргэдэг. Нийт дараалал нь нэгдлээс өндөр байдаг урвалууд нь тархалтын бүсээс кинетик муж руу шилжиж, анхны урвалжуудын концентраци мэдэгдэхүйц буурснаар тодорхойлогддог. Процессын кинетик мужаас гадаад тархалтын бүс рүү шилжих шилжилт нь урсгалын хурд буурах, концентраци нэмэгдэх, температур нэмэгдэх зэргээр тохиолдож болно.
онд гадаад тархалтын бүсЮуны өмнө урвалжууд нь секундын фракцаар хэмжигддэг катализатортой харьцах хугацаанд хурдан урвал, хангалттай бүтээгдэхүүний гарцыг хангадаг өндөр идэвхтэй катализатор дээр явагддаг. Маш хурдан урвал нь бараг бүхэлдээ катализаторын гаднах гадаргуу дээр явагддаг. Энэ тохиолдолд өндөр хөгжсөн дотоод гадаргуутай сүвэрхэг үр тариа хэрэглэхийг зөвлөдөггүй ч катализаторын гаднах гадаргууг хөгжүүлэхийг хичээх хэрэгтэй. Тиймээс аммиакийг цагаан алтаар исэлдүүлэхдээ сүүлийнх нь цагаан алтны утсыг олон мянган сүлжмэл агуулсан маш нарийн тор хэлбэрээр ашигладаг. Гадны тархалтын бүсэд тохиолддог процессыг хурдасгах хамгийн үр дүнтэй арга бол урвалжуудыг холих явдал бөгөөд энэ нь ихэвчлэн урвалжуудын шугаман хурдыг нэмэгдүүлэх замаар хийгддэг. Урсгалын хүчтэй турбулизаци нь процессыг гадаад тархалтын бүсээс дотоод тархалтын бүс (том ширхэгтэй, нарийн сүвэрхэг катализатортой) эсвэл кинетик муж руу шилжүүлэхэд хүргэдэг.
Энд G - урвалжийн урсгалын цөм дэх тархах бүрэлдэхүүн хэсгийн c концентраци дахь катализаторын мөхлөгийн гадаргуутай перпендикуляр х чиглэлд цаг хугацааны явцад шилжсэн бодисын хэмжээ, S - катализаторын чөлөөт гадна гадаргуу, dc/dx. нь концентрацийн градиент юм.
Төрөл бүрийн орчин дахь бодисын тархалтын коэффициентийг тодорхойлох олон тооны арга, тэгшитгэлийг санал болгосон. Арнольдын дагуу А ба В бодисын хоёртын хольцын хувьд
энд T - температур, K; M A, M B - A ба B бодисын молийн масс, г / моль v A, v B - бодисын молийн эзэлхүүн; P - нийт даралт (0.1 М Па); C A+B нь Сазерландын тогтмол юм.
Сазерландын тогтмол нь:
C A+B = 1.47(T A / +T B /) 0.5 (7)
Г 
de T A /, T B / - A ба B, K бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн буцалгах температур.
Молийн эзэлхүүний ойролцоо утгатай А ба В хийнүүдийн хувьд бид =1, тэдгээрийн хооронд мэдэгдэхүйц ялгаа байгаа бол 1-ийг авч болно.
Шингэн орчин дахь диффузийн коэффициент D g-ийг томъёогоор тодорхойлж болно
энд - уусгагчийн зуурамтгай чанар, ПаC; M andv - сарнисан бодисын молийн масс ба молийн эзэлхүүн; xa нь уусгагч дахь молекулуудын холбоог харгалзан үздэг параметр юм.
онд интраффузын бүс, өөрөөр хэлбэл, процессын нийт хурд нь катализаторын ширхэгийн нүх сүв дэх урвалжуудын тархалтаар хязгаарлагдах үед процессыг хурдасгах хэд хэдэн арга байдаг. Катализаторын үр тарианы хэмжээг багасгах боломжтой бөгөөд үүний дагуу молекулуудын үр тарианы дундах замыг багасгах боломжтой, хэрэв тэд шүүлтүүр давхаргаас буцалж буй давхарга руу нэгэн зэрэг шилжих боломжтой; Гидравлик эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхгүйн тулд мөхлөгийн хэмжээг багасгахгүйгээр том сүвэрхэг катализаторыг тогтмол давхаргад үйлдвэрлэх боломжтой боловч энэ нь дотоод гадаргууг зайлшгүй бууруулж, улмаар нарийн ширхэгтэй харьцуулахад катализаторын эрчмийг бууруулах болно. , том сүвэрхэг катализатор. Та жижиг ханын зузаантай цагираг хэлбэртэй контактын массыг ашиглаж болно. Эцэст нь, хоёр дисперс эсвэл полидисперс катализаторууд нь том нүхнүүд нь нимгэн нүх сүвээр үүсгэгдсэн өндөр хөгжсөн гадаргуу руу хүргэх зам юм. Бүх тохиолдолд тэд урвалжуудын нүх сүв рүү (мөн нүх сүвнээс гарсан бүтээгдэхүүн) нэвтрэх гүнийг багасгахыг хичээдэг бөгөөд ингэснээр процессын хурдыг зөвхөн тодорхойлогдох үед тархалтын дарангуйллыг арилгаж, кинетик бүсэд шилжих болно. катализын бодит химийн үйл ажиллагааны хурд, өөрөөр хэлбэл идэвхтэй төвүүдээр урвалжуудыг шингээх, бүтээгдэхүүн үүсэх, түүний десорбци. Шүүлтүүрийн давхаргад тохиолддог ихэнх үйлдвэрлэлийн процессууд нь дотоод тархалт, тухайлбал метан уурын өөрчлөлт, нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн хувиргалт, аммиакийн нийлэгжилт гэх мэт томоохон хэмжээний каталитик процессуудаар дарангуйлдаг.
Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг катализаторын нүхэнд l гүнд нэвтрүүлэхэд шаардагдах хугацааг Эйнштейний томъёогоор тодорхойлж болно.
= l 2 /2D e (10)
Нүх сүв дэх үр дүнтэй тархалтын коэффициентийг нүх сүвний хэмжээ болон молекулуудын чөлөөт замаас хамаарч ойролцоогоор тодорхойлно. Хийн орчинд бүрдэл хэсгийн молекулын дундаж чөлөөт зам нь нүхний эквивалент диаметр d=2r (2r)-ээс бага үед D e =D нүхэнд молекулын хэвийн тархалт явагдана гэж үзэх ба үүнийг дараах томъёогоор тооцоолно. томъёо:
Хязгаарлагдмал хөдөлгөөний горимд 2r үед D e =D k-ийг ойролцоогоор Кнудсений томъёогоор тодорхойлно.
(
12)
Энд r нь нүхний хөндлөн радиус юм.
(
13)
Нарийн суваг дахь уусмалын зуурамтгай чанар (хэвийн бус зуурамтгай чанар) хүчтэй нэмэгддэг тул шингэн орчинд катализаторын нүхэнд тархах нь маш хэцүү байдаг тул тархсан катализатор, өөрөөр хэлбэл жижиг сүвэрхэг бус хэсгүүдийг ихэвчлэн ашигладаг. шингэн дэх катализ. Олон тооны каталитик процессуудад урвалын хольцын найрлага болон бусад процессын параметрүүд өөрчлөгдөхөд катализийн механизм, түүнчлэн катализаторын найрлага, идэвхжил өөрчлөгдөж болох тул өөрчлөгдөх боломжийг харгалзан үзэх шаардлагатай. параметрүүд нь харьцангуй бага өөрчлөлттэй байсан ч үйл явцын мөн чанар, хурд.
Катализатор нь урвалын хурдыг тодорхойгүй хугацаагаар нэмэгдүүлэх боломжтой боловч температураас ялгаатай нь катализатор нь тархалтын хурдад нөлөөлдөггүй. Тиймээс ихэнх тохиолдолд урвалын хурд мэдэгдэхүйц нэмэгдэх тусам урвалын бүсэд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийлүүлэлт удаашралтай байгаа тул нийт хурд бага хэвээр байна.
Катализаторын бүтэц, найрлага
Аж үйлдвэрийн катализаторууд нь ихэвчлэн олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй системүүд байдаг. Катализаторын бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь янз бүрийн хэлбэртэй байж болно: энгийн нэгдлүүд (металл, нүүрс), исэл, сульфид, галогенид, түүнчлэн нарийн төвөгтэй нэгдлүүд (ферментүүд, органик лиганд бүхий металлын цогцолборууд). Катализаторын найрлагын нарийн төвөгтэй байдал нь хоёр ба түүнээс дээш нэгдлүүдийн катализаторын идэвх нь нэмэлт биш, харин "синергетик нөлөө" гэж нэрлэгддэг туйлын үнэ цэнийг авдагтай холбоотой юм. Катализаторын идэвхийг нэмэгдүүлэх нэг арга бол түүнийг дэмжих явдал юм - катализаторт бодис нэмэх ( сурталчлагч), энэ нь өөрөө катализаторын шинж чанартай байдаггүй боловч катализаторын идэвхийг нэмэгдүүлдэг. Цахим болон бүтцийн гэсэн хоёр төрлийн дэмжигч байдаг.
Цахим сурталчилгаа
Тэдний үйл ажиллагааны механизм нь катализаторын талст дахь электрон төлөвийн өөрчлөлт, электроны ажлын функц буурах хүртэл буурдаг. Цахим дэмжигчид идэвхтэй фазын бүтэц, химийн найрлагыг өөрчилж, катализаторын гадаргуу дээр шинэ химийн шинж чанартай идэвхтэй төвүүдийг үүсгэдэг тул катализаторын үйл явцын үндсэн үе шатуудын шинж чанар, хурд, заримдаа сонгомол байдлын өөрчлөлт, өөрчлөгддөг. . Жишээлбэл, аммиакийн синтезийн катализаторт K 2 O нэмэх нь аммиакийн десорбцийг дэмждэг бөгөөд энэ нь катализаторын өвөрмөц катализаторын идэвхийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.
Бүтцийн дэмжигчид
Эдгээр нь синтеринг, механик эсвэл химийн устгалтай холбоотой катализаторын идэвхтэй үеийг тогтворжуулдаг. Жишээлбэл, хөнгөн цагаан исэл нь аммиакийн синтезийн төмрийн катализаторт нэмэхэд Fe 3 O 4-тэй харилцан үйлчилж, FeAl 2 O 4 нугасны болор тор үүсгэдэг бөгөөд ингэснээр дахин талстжих процессоос сэргийлдэг. Үүнээс гадна 8-10% Al 2 O 3 нэмэх нь төмрийн катализаторын гадаргуугийн талбайг 1-ээс 25-30 м 2 / г хүртэл нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Промоторын хэмжээнээс хамааран энэ нь катализаторыг дэмжих болон хордуулах нөлөөтэй байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Ихэнх шингээгч бодис ба катализаторыг макро бүтцийн шинж чанараар нь хоёр төрөлд хувааж болно: хөвөн ба ксерогель. Хөвөн катализатор нь түрэмгий шингэн, хийгээр хатаах, боловсруулах (уусгах, багасгах, шарах) үр дүнд энэ биеэс дэгдэмхий буюу уусдаг бүтээгдэхүүн ялгарах үед үүссэн конус, цилиндр, лонх хэлбэртэй нүхээр нэвтэрсэн хатуу биет юм. Xerogels-ийн сүвэрхэг бүтцийг бөмбөрцөг загвараар тодорхойлсон бөгөөд үүний дагуу хатуу бодис нь холбоо барих буюу ууссан хэсгүүдээс бүрддэг бөгөөд нүх нь тэдгээрийн хоорондох хоосон зай юм. Үйлдвэрлэлийн аргаас хамааран катализаторыг хольж эсвэл хэрэглэж болно.
Холимог катализатор
Холимог катализаторуудад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харьцуулж болохуйц хэмжээгээр оруулдаг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь өгөгдсөн урвалын хувьд катализаторын идэвхтэй байдаг. Холимог катализаторыг дараагийн дулааны боловсруулалттай эсвэл хийлгүйгээр идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг механик холих, эсвэл завсрын бүтээгдэхүүнийг тунадасжуулах, дараа нь кальцинжуулах замаар, жишээлбэл, ислийг катализатор болгон ашиглах замаар олж авдаг. Холимог катализаторын идэвхжил нэмэгдэж байгаа нь түүнийг бэлтгэх явцад бүрэлдэхүүн хэсгүүд өөр хоорондоо урвалд орж шинэ, илүү идэвхтэй нэгдэл үүсгэдэгтэй холбоотой байж болно. Жишээлбэл, метилийн спиртийг формальдегид болгон исэлдүүлэх төмрийн молибдений катализатор нь молибден ба төмрийн ислийн харьцааг 1.5 харьцаагаар олж авсан төмрийн молибдат юм: 1. Өөр исэлийн харьцаа агуулсан катализаторын идэвхжил бага байх болно. төмрийн молибдат ба MoO 3 исэл ба Fe 2 O 3-ийн илүүдэл гэсэн хоёр үе шат байдаг. Үйл ажиллагааны өсөлт нь нэг бүрэлдэхүүн хэсгийн хатуу уусмал эсвэл тэдгээрийн хайлш дахь хатуу уусмал үүссэний үр дагавар байж болно. Жишээлбэл, тортог исэлдэлтийн хурдасгуур болох циркони оксидыг церийн исэлд оруулснаар катализаторын дулааны тогтвортой байдал сайжирч, торны хүчилтөрөгчийн хөдөлгөөн ихэссэнээс идэвхжил нэмэгддэг.
Дэмждэг катализаторууд нь нарийн төвөгтэй контактын массын хамгийн түгээмэл төрөл юм. Тэдгээрийн дотор идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгийг сүвэрхэг субстрат дээр нэг аргаар (нэвтээх, шүрших гэх мэт) хэрэглэнэ. тээвэрлэгч. Ихэнхдээ тээвэрлэгч нь тухайн процесст идэвхгүй байдаг бөгөөд промоторуудаас ялгаатай нь түүний ихэнх хэсгийг бүрдүүлдэг боловч хийгдэж буй процессуудад катализаторын шинж чанартай тээвэрлэгчийг ихэвчлэн ашигладаг. Зөөгчийг ашигласнаар катализаторын ажлын гадаргууг нэмэгдүүлж, түүний өртөгийг бууруулдаг. Тээвэрлэгч нь дараахь шинж чанартай байх ёстой: өндөр хайлах цэг, халуунд тэсвэртэй, бат бөх, сүвэрхэг бүтэцтэй, 100 м 2 / г-аас дээш хувийн гадаргуутай. Зарим тохиолдолд тээвэрлэгч нь идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсэгтэй харилцан үйлчилж, түүний үйл ажиллагааг нэмэгдүүлдэг. Хамгийн түгээмэл тээвэрлэгчид нь: цеолит, хөнгөн цагааны исэл, цахиур, титан, нүүрс.
Холбоо барих массын шаардлагатай найрлага нь катализаторын үйл явцын нөхцөл, анхны хольцын найрлага, ялангуяа чийгшил, гадны идэвхгүй эсвэл хортой хольц, температур, процессын гидродинамик зэргээс ихээхэн хамаардаг.
Катализаторын шинж чанар:
1. Катализаторын үйл ажиллагаа
Идэвхтэй байдлын хэмжүүр болгон катализаторын эзэлдэг, урвалд орж буй бодисуудад хүрэх боломжгүй урвалын орон зайн эзлэх хувийг харгалзан катализатор байгаа ба түүнгүйгээр химийн урвалын хурдны зөрүүг ашиглана.
A 1 = муур - (1- муур) (14)
энэ илэрхийллийг зөвхөн үйл явцын тогтмол хөдөлгөгч хүч с байхад л ашиглаж болно.
Катализаторын үйл ажиллагааны хэмжүүр болгон катализатор ба катализаторын бус үйл явцын тогтмол хурдны харьцааг ашиглах нь илүү тохиромжтой.
A 2 = k cat / k = k 0 cat e -Ea cat /RT / k 0 e -Ea/RT = (k 0 cat /k 0) e - Ea/RT (15)
Идэвхтэй катализаторууд нь процессын өндөр эрчимийг (өндөр эзэлхүүний урсгалын хурдтай хувиргах ихээхэн хэмжээгээр) хангадаг. Идэвхтэй байдал нь катализаторын химийн шинж чанар, катализаторын дотоод хувийн гадаргуугийн талбай (м 2 / г) -ийг тусгасан катализаторын тодорхой идэвхжилээс хамааран урвалын хурдны тогтмол үзүүлэлтээр тодорхойлогддог. ) ба түүний хэрэглээний зэрэг :
k = k цохих S цохих (16)
Янз бүрийн нөхцөл дэх урвал дахь катализаторын идэвхийг харьцуулах эсвэл хэд хэдэн катализаторыг харьцуулахын тулд катализаторын нэгж эзэлхүүн дэх 1 цаг ажиллахад олж авсан бүтээгдэхүүний хэмжээг харьцуулахдаа идэвхтэй байдлын хэмжүүр болгон ашигладаг.
A = G/ V(17)
2. Сонголт (сонгомол)
Катализаторын сонгомол чанарыг зорилтот бүтээгдэхүүн үүсэх хурдыг бүх чиглэлд (дифференциал кинетикийн өгөгдлөөс) үндсэн урвалжийг хувиргах нийт хурдтай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлж болно. зорилтот бүтээгдэхүүн болгон хувиргасан бодисыг бүх урвалд орсон нийт хэмжээгээр (нэгдсэн кинетик мэдээллээс). Тодорхой химийн найрлага, сүвэрхэг бүтэцтэй катализаторыг ашиглан үр тарианы оновчтой хэлбэр, хэмжээ, түүнчлэн реактор дахь гидродинамик нөхцөлийг хангах замаар өндөр сонгомол утгыг олж авдаг. Тиймээс, CO ба H 2 (усны хий) хольцоос катализатор ба синтезийн нөхцлөөс хамааран янз бүрийн бүтээгдэхүүн үүсч болно. Метан нь металлын никель дээр температурт үүсдэг;
3. Механик хүч чадал
Катализаторын хүч ба тэдгээрийн идэвхжил нь ихэвчлэн урвуу пропорциональ байдаг. Катализаторын хүчийг нэмэгдүүлэх хүлээн зөвшөөрөгдсөн арга бол тэдгээрийн үйл ажиллагаанд сөрөг нөлөө үзүүлэхгүй янз бүрийн холбогч бодис (органик бус цавуу) ашиглах явдал юм.
4. Дулаан тэсвэрлэх чадвар
Катализаторын хэт халалтанд тэсвэртэй байдал нь өндөр температурт үйл явцын хувьд чухал юм. Катализатор эсвэл түүний тулгуурыг дулаанаар дахин талсжуулах явцад гадаргуугийн тодорхой талбай, улмаар идэвхжил буурдаг. Дүрмээр бол катализатор нь үйл ажиллагаа нь удаан хугацаанд хадгалагдах хамгийн их температураар тодорхойлогддог, эсвэл илүү хүнд нөхцөлд ажиллах явцад харьцангуй алдагдлын утгыг өгдөг.
5. Тодорхой гадаргуу
Төрөл бүрийн катализаторын гадаргуугийн талбай нь грамм тутамд хэдэн метр квадратаас хэдэн зуун хүртэл байдаг. Катализаторын өвөрмөц гадаргууг нэг талаас бодисын ширхэгийн хэмжээ, нөгөө талаас түүний сүвэрхэг чанараар тодорхойлно. Шилжилтийн нүх нь гадаргуугийн тодорхой талбайд гол хувь нэмэр оруулдаг тул катализ хийхэд илүү тохиромжтой байдаг. Бичил сүвэрхэг материалд урвалд орох бодисыг катализаторын гадаргуу болон түүнээс гарах урвалын бүтээгдэхүүнд тараах нь хэцүү байдаг. Хоёр сүвэрхэг (хоёр сүвэрхэг) бүтэцтэй катализаторууд нь өндөр идэвхжилтэй байдаг бөгөөд тэдгээрийн хооронд тээвэрлэлтийн нүх сүв үүсдэг том бөмбөлөгүүд нь жижиг бөмбөрцөгүүдээс бүрэлдэж, гадаргуугийн өндөр талбайг үүсгэдэг. Катализаторын идэвхийг нэмэгдүүлэхийн тулд жижиг үр тариа хэрэглэх нь зүйтэй бөгөөд энэ нь үр тарианы ашиглалтын түвшинг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог.
6. Хортой хольцын эсэргүүцэл (хорд тэсвэртэй)
Катализаторын хор нь урвалын холимогт агуулагдах нь катализаторын идэвхийг бууруулж эсвэл бүрмөсөн дарж, катализаторын "хордлого" үүсгэдэг нэгдлүүд юм. Хордлогын үед катализаторын идэвхтэй төвүүд хаагдана. Хордлого нь эргэлт буцалтгүй эсвэл эргэлт буцалтгүй байж болно. Тиймээс цагаан алтны катализатор нь CO ба CS 2-ээр хорддог боловч эхлэлийн бодисын цэвэр холимогт нэмэхэд хор нь шингэж, идэвхжил сэргээгддэг. H 2 S ба PH 3-тай хордлогын үед цагаан алт бүрэн идэвхгүй болдог бөгөөд энд хор нь катализатортой харилцан үйлчилж тогтвортой нэгдлүүд үүсгэдэг.
7. Давхаргын гидравлик эсэргүүцэл бага.
Жижиг мөхлөгүүдийг ашиглах сул тал нь гидравлик эсэргүүцэл ихтэй байдаг. Үүнийг багасгах арга нь давхаргын чөлөөт эзэлхүүний (сүвэрхэг) эзлэх хувийг нэмэгдүүлэх явдал юм. Энэ зорилгоор тусгай хэлбэрийн катализаторыг (хөндий цилиндр, од, зөгийн сархинаг хэлбэртэй катализатор) ашигладаг. Ердийн хатуу цилиндрийн давхаргатай ижил үйл ажиллагаатай эдгээр хэлбэрүүд нь гидравлик эсэргүүцлийг 1.5 дахин бууруулж, катализаторын массын ачааллыг ижил хэмжээгээр бууруулах боломжтой болгодог. Гэсэн хэдий ч ийм катализаторын механик хүч чадал бага, элэгдэл ихтэй байдаг. Тиймээс катализаторыг устгах явцад үүссэн нарийн ширхэгтэй хэсгүүд нь үр тарианы хоорондох зайг дүүргэж, давхаргын гидравлик эсэргүүцлийг эрс нэмэгдүүлдэг тул нимгэн ханатай шинэ хэлбэрийн хүсэл эрмэлзэл нь хүч чадлын хувьд ноцтой хязгаарлалттай байдаг.
Катализаторыг дараахь байдлаар хуваадаг нэгэн төрлийнТэгээд нэг төрлийн бус. Нэг төрлийн катализатор нь урвалд орж буй бодисуудтай нэг үе шатанд, гетероген катализатор нь урвалд орж буй бодисуудын байрлаж буй фазаас интерфэйсээр тусгаарлагдсан бие даасан фаз үүсгэдэг. Ердийн нэгэн төрлийн катализатор нь хүчил ба суурь юм. Металл, тэдгээрийн исэл ба сульфидыг гетероген катализатор болгон ашигладаг.
Ижил төрлийн урвал нь нэгэн төрлийн болон гетероген катализаторын аль алинд нь тохиолдож болно. Тиймээс хүчиллэг уусмалын хамт хатуу Al 2 O 3, TiO 2, ThO 2, алюминосиликатууд, хүчиллэг шинж чанартай цеолитуудыг ашигладаг. Үндсэн шинж чанар бүхий гетероген катализаторууд: CaO, BaO, MgO.
Гетероген катализаторууд нь дүрмээр бол өндөр хөгжсөн гадаргуутай бөгөөд тэдгээр нь идэвхгүй зөөгч (цахиурын гель, хөнгөн цагаан исэл, идэвхжүүлсэн нүүрс гэх мэт) дээр тархдаг.
Урвалын төрөл бүрийн хувьд зөвхөн тодорхой катализаторууд үр дүнтэй байдаг. Дээр дурдсан зүйлсээс гадна хүчил-суурь, катализаторууд байдаг исэлдүүлэх-бууруулах; тэдгээр нь шилжилтийн металл эсвэл түүний нэгдэл (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3) байгаагаар тодорхойлогддог. Энэ тохиолдолд шилжилтийн металлын исэлдэлтийн төлөвийг өөрчлөх замаар катализ хийдэг.
Шилжилтийн металлын атом эсвэл ион (Ti, Rh, Ni) дахь урвалжуудын зохицуулалтаар ажилладаг катализаторын тусламжтайгаар олон урвал явагддаг. Энэ катализ гэж нэрлэгддэг зохицуулалт.
Хэрэв катализатор нь хирал шинж чанартай бол оптик идэвхгүй субстратаас оптик идэвхтэй бүтээгдэхүүнийг олж авна.
Орчин үеийн шинжлэх ухаан, технологид тэд ихэвчлэн ашигладаг олон катализаторын систем, тус бүр нь урвалын өөр өөр үе шатыг хурдасгадаг. Катализатор нь өөр катализаторын гүйцэтгэдэг катализаторын мөчлөгийн нэг үе шатны хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой. Энд "катализийн катализ" явагддаг, эсвэл хоёрдугаар түвшний катализ.
Биохимийн урвалд ферментүүд катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг.
Катализаторыг санаачлагчаас ялгах ёстой. Жишээлбэл, хэт исэл нь чөлөөт радикалууд болж задардаг бөгөөд энэ нь радикал гинжин урвалыг эхлүүлдэг. Санаачлагчид урвалын явцад зарцуулагддаг тул тэдгээрийг катализатор гэж үзэх боломжгүй.
катализын механизм: 1) үслэг. үе шаттай (урвалын замын өөрчлөлт) 2) ассоциатив 3) ферментийн 4) микрогетероген
Катализаторын өвөрмөц байдалЭнэ нь катализатор байгаа тохиолдолд ерөнхий урвал явагдах зам өөрчлөгдөж, өөр өөр идэвхжүүлэх энерги бүхий бусад шилжилтийн төлөвүүд үүсдэг тул химийн урвалын хурд өөрчлөгддөг. урвалууд.
Мод боловсруулах нь үйлдвэрлэлийн өндөр зардал шаарддаг тул химийн хувиргалтыг хурдасгах, бүтээгдэхүүний гарцыг нэмэгдүүлэх, хорт бодисын ялгаралтыг бууруулах катализаторыг ашигладаг. бүтээгдэхүүний давуу тал катализаторууд нь их хэмжээний зардал шаарддаггүй.
28. Шийдэл. Шийдэл үүсэх үеийн процессууд. Хамгийн тохиромжтой, бодит шийдэл. Чийгшүүлэгч ба уусгагч бодис.
Шийдэл- нэгэн төрлийн (нэг төрлийн) системүүд, өөрөөр хэлбэл бүрэлдэхүүн хэсэг бүр нь нөгөөгийнхөө массад молекул, атом эсвэл ион хэлбэрээр тархсан байдаг.
Уусгагч ба ууссан бодисын харилцан үйлчлэлийг гэнэ шийдэл(хэрэв уусгагч нь ус бол - чийгшүүлэх).
Уусалтын энергийн шинж чанар нь үүсэх дулаан шийдэл, үйл явцын бүх эндо- болон экзотермик үе шатуудын дулааны нөлөөллийн алгебрийн нийлбэр гэж үздэг. Тэдгээрийн дотроос хамгийн чухал нь: - дулаан шингээх үйл явц- болор торыг устгах, молекул дахь химийн холбоог таслах; – дулаан үүсгэх процессууд- ууссан бодисыг уусгагч (гидрат) -тай харилцан үйлчлэх бүтээгдэхүүн үүсэх.
СОЛВАТ, ууссан бодис руу уусгагч нэмсэн бүтээгдэхүүн. Уусмалд ихэвчлэн уусгагч үүсдэг боловч ихэвчлэн (уусмал хөргөх үед уусгагч ууршдаг гэх мэт). талст хэлбэрээр олж авсан. фаз-кристал уусгагчид.
Гидратууд нь органик бус болон органик бодисуудад ус нэмсэн бүтээгдэхүүн юм
Катализашиглан химийн урвалын хурдыг өөрчлөх үйл явц юм катализаторууд- химийн урвалд оролцдог боловч эцсийн бүтээгдэхүүний найрлагад ороогүй, урвалын үр дүнд хэрэглээгүй.
Зарим катализаторууд урвалыг хурдасгадаг ( эерэг катализ ), бусад нь удаашруулдаг ( сөрөг катализ ). Сөрөг катализ гэж нэрлэдэг дарангуйлах, болон химийн урвалын хурдыг бууруулдаг катализаторууд - дарангуйлагч.
Нэг төрлийн ба гетероген катализ байдаг.
Нэг төрлийн катализ.
Нэг төрлийн (нэг төрлийн) катализийн үед урвалд орох бодис ба катализатор нь ижил байрлалд байх ба тэдгээрийн хооронд интерфэйс байхгүй. Нэг төрлийн катализын жишээ - исэлдэлтийн урвал SO 2Тэгээд SO 3катализаторын дэргэд ҮГҮЙ(реактив ба катализатор нь хий).
Гетероген катализ.
Гетероген (нэг төрлийн бус) катализын хувьд урвалд орох бодис ба катализатор нь нэгтгэх янз бүрийн төлөвт байдаг бөгөөд тэдгээрийн хооронд интерфэйс байдаг. Ихэвчлэн катализатор нь хатуу, урвалд ордог бодисууд нь шингэн эсвэл хий юм. Гетероген катализын жишээ - исэлдэлт NN 3руу ҮГҮЙдэргэд Pt(катализатор нь хатуу бодис юм).
Катализаторын үйл ажиллагааны механизм
Эерэг катализаторын нөлөө нь урвалын идэвхжүүлэлтийн энергийг багасгахад оршино E a(ref),дарангуйлагчдын үр нөлөө нь эсрэгээрээ байдаг.
Тийм ээ, хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд 2 HI =H2+би 2 E a(ref) =184 кЖ/моль.Катализаторын оролцоотойгоор энэ урвал хэзээ тохиолддог вэ? Auэсвэл Pt, Тэр E a(ref) =104 кЖ/моль,тус тус.
Нэг төрлийн катализ дахь катализаторын үйл ажиллагааны механизмыг катализатор ба урвалжуудын аль нэгний хооронд завсрын нэгдлүүд үүссэнээр тайлбарладаг. Дараа нь завсрын бүтээгдэхүүн нь хоёр дахь эх материалтай урвалд орж урвалын бүтээгдэхүүн болон катализаторыг анхны хэлбэрээр нь гаргаж авдаг. Хоёр завсрын процессын хурд нь шууд процессын хурдаас хамаагүй их байдаг тул катализаторын оролцоотой урвал нь түүнгүйгээр явагдахаас хамаагүй хурдан явагддаг.
Жишээлбэл, хариу үйлдэл:
SO 2 +1/2O 2 =SO 3маш удаан урсдаг бөгөөд хэрэв та катализатор ашигладаг бол ҮГҮЙ
дараа нь хариу үйлдэл ҮГҮЙ +1/2О 2 =ҮГҮЙ 2Тэгээд NO2+SO 2 =SO3+ҮГҮЙхурдан үргэлжлүүлээрэй.
Гетероген катализ дахь катализаторын үйл ажиллагааны механизм өөр байна. Энэ тохиолдолд урвалын улмаас үүсдэг шингээлткатализаторын гадаргуугаар урвалд орох бодисын молекулууд (катализаторын гадаргуу нь гетероген: энэ нь идэвхтэй төвүүд , урвалд орж буй бодисын хэсгүүд нь шингэсэн байдаг.). Химийн урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх нь голчлон шингэсэн молекулуудын идэвхжүүлэх энергийг бууруулах, мөн хэсэгчлэн шингээлт явагдсан газруудад урвалд орох бодисын концентрацийг нэмэгдүүлэх замаар хийгддэг.
Каталитик хор ба промоторууд.
Зарим бодис нь катализаторын идэвхийг бууруулж эсвэл бүрмөсөн устгадаг, ийм бодис гэж нэрлэгддэг катализаторын хор. Жишээлбэл, хүхрийн жижиг хольц (0.1%) нь аммиакийн нийлэгжилтэнд хэрэглэгддэг металлын катализаторын (хөвөн төмөр) катализаторын нөлөөг бүрэн зогсоодог. Катализаторын идэвхийг нэмэгдүүлдэг бодисыг промотор гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, хөвөн төмрийн катализаторын идэвхжил нь ойролцоогоор 2% калийн метаалюминатыг нэмснээр ихээхэн нэмэгддэг. KAlO2.
Катализаторын хэрэглээ
Катализаторын үйлдэл нь сонгомол, өвөрмөц шинж чанартай байдаг. Энэ нь өөр өөр катализаторыг ашигласнаар ижил бодисоос өөр өөр бүтээгдэхүүн гаргаж авах боломжтой гэсэн үг юм. Энэ нь ялангуяа органик бодисын урвалын хувьд үнэн юм. Жишээлбэл, катализатор байгаа тохиолдолд AlO3байгаа тохиолдолд этилийн спиртийн шингэн алдалт үүсдэг Cu- усгүйжүүлэх:
Бие махбодид тохиолддог нарийн төвөгтэй химийн өөрчлөлтөд оролцдог биологийн катализаторыг фермент гэж нэрлэдэг.
Катализаторыг хүхрийн хүчил, аммиак, резин, хуванцар болон бусад бодис үйлдвэрлэхэд өргөн ашигладаг.
