Стадии гетерогенного катализа, область протекания процесса

Стадии гетерогенного катализа:

1) диффузия реагирующих веществ из ядра потока к поверхности зерен катализатора;

2) диффузия реагентов в порах зерна катализатора;

3) активированная адсорбция (хемосорбция) веществ на поверхности катализатора с образованием поверхностных непрочных хим. соединений – активированных комплексов: реагенты - катализатор;

4) перегруппировки атомов с образованием поверхностных комплексов: продукт - катализатор;

5) десорбция продукта с поверхности;

6) диффузия продукта в порах зерна катализатора;

7) диффузия продукта от поверхности зерна катализатора в ядро потока.

Общая скорость гетерогенного каталитического процесса определяется относительными скоростями отдельных стадий и может лимитироваться наиболее медленной из них. Иногда наиболее медленной стадией является оказывается одно из химических взаимодействий на поверхности катализатора, а иногда диффузионные процессы.

В зависимости от определяющей стадии различают каталитические процессы, происходящие в кинетической, внешнедиффузионной и внутридиффузионных областях. Область протекания процесса.

В кинетической области константа скорости процесса не зависит от коэффициентов диффузии. В кинетической области протекают процессы на малоактивных катализаторах с малыми размерами зерен и крупными порами при турбулентном режиме потока реагентов и при сравнительно низких температурах. Увеличение скорости каталитических процессов в кинетической области достигается повышением температуры. Общая скорость процесса определяется соотношением скоростей 3-5 стадий катализа.

Во внешнедиффузионной области (лимитирует 1 и 7 стадия) скорость процесса определяется коэффициентами диффузии реагентов и продуктов реакции. Во внешнедиффузионной области протекают процессы на высокоактивных катализаторах, обеспечивающих большую скорость хим. р-ций. Для ускорения применяют высокие линейные скорости потока реагентов, т.е. создают турбулизацию потока.

Во внутридиффузионной области общая скорость процесса лимитируется скоростью диффузии реагентов (продуктов) в порах зерен катализатора. Эта область характерна для проведения катализа в фильтрующем слое катализатора. Можно ускорить уменьшением размера зерен катализатора и увеличением радиуса пор. Однако при увеличении размеров пор уменьшается их количество и внутренняя поверхность → надо находить оптимальную структуру, при которой поры достаточно широки для полного использования внутренней поверхности при выбранном размере зерен.