Содержание
Роль катализа в промышленности и экологии.
Определение катализа.
Селективность.
Общие представления о понятии "механизм химической реакции".
Классификация каталитических систем по фазам.
Классификация катализаторов по типам реакций.
Адсорбция.
Основные требования к промышленным катализаторам.
Роль катализа в промышленности и экологии
Основным потребителем катализаторов являются нефтепереработка, нефтехимия, химия и экология.
Маркет катализаторов в год составляет около 700 тысяч тонн. Примерно половина – катализаторы каталитического крекинга. Потребности химической промышленности – около одной трети, экологии – десятая часть.
Если средняя стоимость катализаторов – 4$ за килограмм, а средняя доля в себестоимости – 0,3%, то с помощью катализаторов производят продуктов на сумму не менее 1000 миллиардов $.
Катализ позволяет экономить сырье и энергию, а также не загрязнять окружающую среду.
Определение катализа
Катализ – это ускорение одного или нескольких возможных направлений превращения химических веществ.
Термодинамика дает ответ на вопрос, как далеко может пройти конкретная химическая реакция. Этот ответ не зависит от пути реакции. На вопрос, с какой скоростью будет достигаться это конечное состояние, отвечает кинетика.
Скорость зависит от пути реакции!
Например, смесь 1,5 % бутана с воздухом при бесконечном по времени их контакте при температуре 4500 С превратится в смесь диоксида углерода, воды и остатка воздуха. В присутствии катализатора, состоящего из смеси V, P и O, в течение 2-3 секунд примерно половина бутан окислится в малеиновый ангидрид.
Катализаторы ускоряют один или несколько термодинамически возможных превращений участников реакции, создавая, как правило, новый, энергетически более выгодный путь.
СН3---СН2---СН2--- СН3 + 3,5 О2 ==
HC C ==O
O
HC C ==O
Новый путь появляется за счет того, что реагенты образуют химические (промежуточные) соединения с катализатором.
Селективность
Если превращения этих соединений протекает через более низкие энергетические барьеры, то каталитический путь может оказаться быстрее, чем некаталитический.
Путь, по которому превращаются или образуются интересующие нас вещества, часто называю механизмом.
Что значит «более низкие энергетические барьеры»?
Число соударений молекул газа между собой при атмосферном давлении в 1 см3 в 1 сек из кинетической теории газов равно примерно 1030.
Число ударов молекул газа при атмосферном давлении об 1 см2 поверхности в 1 сек равно примерно 1023. Если внешняя поверхность гранул катализатора в 1 см3 равна 100 см2, то для того, чтобы каталитический путь был более быстрым, необходимо, чтобы Екат было бы примерно на 60 кДж/моль меньше, чем Енк.
Реакция | Е нк, кДж/моль | Е кат, кДж/моль | Кат-р |
2HJ H2 + J2
2N2O 2N2 + O2 | 184
245 | 105 59 121 134 | Au Pt Au Pt |
Общие представления о понятии «механизм химической реакции»
Лимитирующая стадия.
Схемы механизма – химическая, физическая и кинетическая.
Физико-химический механизм реакции окисления бутана в малеиновый ангидрид.
Микрокинетическая модель паровой конверсии метана.
Классификация каталитических систем по фазам.
Катализатор | Реактанты |
Гомогенная |
газообразный жидкий | газообразные жидкие |
Гетерогенная |
жидкий твердый твердый твердый твердый | газообразные жидкие газообразные жидкие + газообразные твердые |
Классификация катализаторов по типам реакций.
| Реакции | Катализатор |
Металлы
Полупроводниковые оксиды и сульфиды Изоляторы
Кислоты | Гидрирование Дегидрирование Гидрогенолиз Алкилирование Окисление Окисление
Дегидрирование Гидродесульфирование Дегидрирование
Алкилирование Гидратация Крекинг | Ni, Cu, Pd, Pt, Fe Ni, Cu, Pd, Pt Pd, Pt Ni, Cu Cu, Ag Bi-Mo-O, Fe-Mo-O, Fe-Sn-O, V-P-O Cr-O, Fe-Cr-O Ni-Mo-S, Co-Mo-S Al-O, Si-O, Mg-O
H2SO4 H3PO4 Цеолиты |
Адсорбция
Роль адсорбции в катализе. Физическая и химическая адсорбции. Их характерные различия и общие черты
зависимость от природы адсорбента,
от температуры,
покрытия поверхности,
тепловой эффект,
влияние на электропроводность.
Энергетическая диаграмма при химической адсорбции.
Теплота и термодинамика адсорбции.
Изотермы адсорбции.
Модель идеальной поверхности Ленгмюра.
Вывод изотермы Ленгмюра.
Физический смысл констант.
Вид изотермы при устремлении Р к нулю или бесконечности.
Связь между энергиями активации стадий адсорбции и десорбции и теплотой адсорбции.
Модели биографической и индуцированной неоднороднных поверхностей.
Вывод изотермы Темкина.
Физический смысл констант.
Вид изотермы при устремлении Р к нулю или бесконечности. Область средних покрытий.
Основные требования к промышленным катализаторам
Химические требования
термическая стабильность,
стойкость к отравлению «ядами»,
легкая регенерируемость,
высокая избирательность,
активность при доступных температурах и давлениях.
Механические требования
прочность,
малое гидравлическое сопротивление,
однородность,
оптимальная пористая структура.
Другие работы по теме:
Ферментоподобные полимеры
Гидролиз сложных эфиров в присутствии имидазола. Полимерные катализаторы реакции гидролиза п-нитрофенилацетата. Общие направления имитации энзимов синтетическими полимерами. Каталитические свойства полимеров. Синтез полимеров. Экспериментальные данные.
Фенолформальдегидные смолы
Продукты поликонденсации фенола с формальдегидом. Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария). Свойства, применение.
Димеризация олефинов.Кислотный катализ
Реакция димеризации олефинов - этап переработки олефинов. Кислотный катализ. Процесс с участием растворенных или твердых кислотных катализаторов протекает с образованием ионов карбения или контактных ионных пар. Катализаторы реакции метатезиса олефинов.
Влияние вида катализатора на параметры синтеза метанола
Отличие условий синтеза метанола от условий синтеза высших спиртов. Стадии процесса и их тепловой эффект. Влияние вида катализатора на параметры, скорость и глубину процесса. Синтез метанола на цинк-хромовом катализаторе. Схемы синтеза метанола.
Элементы теории катализа
Явление ускорения скорости химической реакции под действием веществ, непосредственно не участвующих в стехиометрическом уравнении реакции, называется катализом. Эти “сторонние” вещества, влияющие лишь на скорость реакции, называются катализа-торами. Они не смещают химическое равновесие, и с его достижением могут быть выде-лены из реакционной смеси в химически неизменном виде.
Насыщенные альдегиды и кетоны
Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным соединениям (содержат группу >С=О) Они имеют общую формулу: для альдегидов R1=H. Изомерия кетонов связана со строением радикалов и с положением карбонильной группы в углеродной цепи. Кетоны называют по номенклатуре IUPAC называют аналогично альдегидам, но прибавляют окончание -он.
Эволюционная химия
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ХИМИЯ Эволюционная химия зародилась в 1950 - 1960 гг. Под эволюционными проблемами следует понимать проблемы самопроизвольного синтеза новых химических соединений (без участия человека). Эти соединения являются более сложными и более высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами.
Физико-химия конкретных промышленных каталитческих процессов
Окислительный аммонолиз пропилена и окислительное хлорирование этилена. Основные особенности процессов окисления в псевдоожиженном слое катализатора. "Воздушный" и "кислородный" процессы. Рециркуляционные технологии. Кинетика и механизм реакций.
Основные параметры технологических процессов
Процессы окисления этилена. Режимы, продукты, принципиальные типы и конструкции реакторов. Производство карбоновых кислот. Способы получения капролактама из первичного сырья (нефти, газа, угля). Процессы дегидрохлорирования в хлорорганическом синтезе.
Синтезы органических соединений на основе оксида углерода
Сущность процесса, особенности и стадии оксосинтеза, его катализаторы. Различные реакции с участием оксида углерода. Уравнение гидроформилирования. Механизм гидрокарбалкоксилирования ацетилена. Процессы карбонилирования метанола до уксусной кислоты.
Классификации катализаторов
В основе классификации катализаторов лежит определенная совокупность свойств или характеристик. Классификация по типу веществ, степени дискретности и коллективности действия, по специфике электронного строения. Использование в химических реакциях.
Контактное окисление диоксида серы
Реакция (III) окисления диоксида серы характеризуется очень высоким значением энергии активации и поэтому практическое ее осуществление возможно лишь в присутствии катализатора.
по спецкурсу физика поверхности. Каталитические реакции на поверхности
Катализ (от греч katalisis – разрушение) – изменение скорости химической реакции в присутствии веществ (катализаторов), вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с реагирующими веществами, но восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав
Каталитические методы
Каталитические методы очистки очистки газов основаны на гетерогенном катализе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые из газа соединения. Процессы гетерогенного катализа протекают на поверхности твёрдых тел - катализаторов.
Роль белков в организме
Белки - незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны содержат белок, роль которого здесь разнообразна.
Ножницы цен 1923
«Но́жницы цен» — это дисбаланс цен между промышленными и сельскохозяйственными товарами, возникший в советской экономике осенью 1923 года, на второй год НЭПа.
Политическая реакция
Реакция в политике политическая реакция — общественное движение в направлении, резко противоположном предшествовавшему или современному общественному строю, если такой строй считается наиболее прогрессивным. Реакцией также называется движение за сохранение и укрепление существующих порядков и подавление любых революционных или оппозиционных сил.
Самоорганизация
План Введение 1 История 2 Диссипативная самоорганизация (синергетический подход) 3 Консервативная самоорганизация (супрамолекулярная химия и фазовые переходы)
Безградиентный реактор
Безградиентный реактор, лабораторный прибор для измерения скоростей химических реакций; проточный реактор, в котором концентрации реагентов и температура одинаковы по всему пространству, благодаря чему скорость реакции определяется наиболее просто.
Реакция Габриеля
Синтез первичных аминов алкилированием фталимида К алкилгалогенидами с последующим расщеплением образующегося N-замещенного фталимида.
Метанол
История развития отечественного промышленного синтеза метанола. Способы получения метилового спирта. Синтетический способ получения метанола из окиси углерода и водорода.
Катализаторы синтеза метанола
Основные требования, предъявляемые к катализатору синтеза метанола. Производство катализаторов. Приготовление катализаторной массы. Влияние различных параметров на процесс синтеза метанола.
Катализаторы и ферменты
Катализатором, или ферментом (в случае биохимической реакции), называется вещество, помогающее протеканию химической реакции, но не изменяющееся в ходе нее.
Реакция Абрамова
Абрамова реакция, гидроксиалкилирование органических гидрофосфорильных соединений (в т.ч. тиогидро- и иминогидрофосфорильных) альдегидами и кетонами.
Реакция Байера-Виллигера
Реакция Байера, перегруппировка Байера-Виллигера, окисление кетонов и альдегидов действием Н2О2, HOSO2OOH или орг. надкислот, приводящее к образованию сложных эфиров, лактонов.
Реакционная способность веществ
2. Скорость химических реакций. 1. Реакционная способность веществ Число известных в природе и технике химических процессов очень велико. Одни из них, например, окисление бронзы на воздухе, протекают веками, другие — горение бензина — очень быстро. Разложение же взрывчатых веществ происходит в миллионные доли секунды.