- наблюдаемая скорость процесса ,
- наблюдаемая константа скорости, отнесенная к поверхности катализатора
- движущая сила процесса
- Внешнедиффузионная область
Скорость процесса выражается скоростью диффузионного (конвективного) переноса вещества к внешней поверхности катализатора.
- коэффициент массопередачи реагента А из газового потока и внешней поверхности катализатора;
- концентрация реагента А в газовом потоке;
- концентрация реагента А на внешней поверхности катализатора
Проведение процесса в диффузионной области не желательно, так как в этом случае сильно затрудняются процессы теплообмена в порах катализатора. Реакция протекает в этой области, когда размеры молекул велики, а пор – малы. И когда велика толщина газо-ламинарной пленки. В этом случае для перевода процесса в другую область можно увеличить объемную скорость подачи исходного реагента.
- Внутридиффузионная область.
Является нежелательной областью с теми же недостатками. Протекание ГКП в этой области обусловлено в основном пористой структурой катализатора, а также геометрическими размерами и структурой молекул сырья и продуктов реакции.
, где V – объем катализатора,
- константа скорости, отнесенная к объему катализатора,
- коэффициент использования внутренней поверхности катализатора,
– концентрация реагенте А на внешней поверхности катализатора
n – порядок реакции.
- Стадия адсорбции
Различают физическую адсорбцию и хемосорбцию.
Физическая адсорбция определяется вандервальсовским взаимодействием и имеет электростатическую природу. Сильная зависимость от температуры и расстояния между молекулами. Имеет невысокую температуру адсорбции.
Хемосорбция обусловлена химическим связыванием молекул, энергия очень велика и именно она играет решающую роль в гетерогенно-каталитической реакции. Сила не зависит от температуры.
Для описания процесса адсорбции используют теорию Ленгмюра, согласно которой твердая поверхность однородна, молекулы образуют мономолекулярный слой и отсутствуют какие-либо межмолекулярные взаимодействия. Для практических расчетов используют уравнение изотермы Ленгмюра, устанавливая зависимость степени заполнения поверхности адсорбирующими молекулами от давления при постоянной температуры.
Степень заполнения.
| σ=1 |
| σ |
p1 p2 p, давление
Адсорбция – это равновесный процесс, состоящий из двух противоположных явлений: 1 – сама адсорбция; 2 – десорбция.
<p1 – минимальная зависимость
P2 – не минимальная зависимость
>p2 – полное заполнение поверхности
- скорость адсорбции
- скорость десорбции
В состоянии равновесия V1=V2, тогда
, где - адсорбционный коэффициент
Адсорбционный коэффициент зависит от температуры и теплоты адсорбции:
- частотный множитель, - теплота адсорбции вещества А.
При одновременной адсорбции двух реагентов А и В:
, из этого уравнения следует, что при низких давлениях .
При высоких давлениях .
Для неоднородной поверхности катализатора.
При изменении теплоты адсорбции по мере возрастания степени заполнения:
Q=Q0+ΔQσ
С учетом этого, уравнение изотермы адсорбции имеет вид:
- Кинетическая область
1. Исходное вещество слабо адсорбируется
, где
2. Исходное вещество не очень сильно адсорбируется
3. Исходное вещество сильно адсорбируется.
, так как
Для реакций типа А+В продукты:
С учетом интерпретации Риделя, согласно которой реакция протекает между молекулой В из газовой среды и молекулой А, адсорбирующейся на катализаторе, кинетическое уравнение примет вид:
При этом рассчитывают по уравнению Менделеева-Клаперона: