Каталитические процессы в хим. Производстве. Контактные аппараты.

Катализ – явление возбуждения хим.реакций веществами катализаторами. При этом катализатор многократно вступает в промежуточные взаимодействия с участниками процесса и восстанавливает свой состав после каждого цикла взаимодействия.

Типы катализа:

Стадии катализа:

1) внешняя диффузия(диффузия реагентов из потока на поверхность зерен катализатора)

2) внутренняя диффузия (перемещение реагентов внутрь поверхности катализатора)

3) физическая абсорбция или хемосорбция, образование активного комплекса (абсорбция на внутреннюю поверхность с образованием активного комплекса)

4) десорбция продуктов с внутренней поверхности катализатора

5) обратная внутренняя диффузия (выход продуктов в пространство между зернами катализатора)

6) диффузия продуктов от поверхности катализатора в поток

В промышленности применяются не индивидуальные катализаторы, а системы веществ образующие контактную массу: 1) катализатор, 2) активатор (промотор) – вещество, повышающее активность катализатора и увеличивается срок ее деятельности, 3) носитель или трегер – материал, на котором закрепляется катализатор для увеличения поверхности соприкосновения, придание пористости (пемза, силикагель, керамика)

Технологические характеристики катализатора

- активность – отношение констант скоростей каталитической и некаталитической реакции

- температура зажигания – минимальная температура, при которой каталитический процесс начинает протекать с необходимой скоростью

- селективность катализатора – способность избирательно ускорять 1 из нескольких реакций

- пористость катализатора – характеристика удельной поверхности – это отношение свободного объёма пор к катализатору. Она характеризуется поверхностью катализатора, отнесенной к единице массы и объёма.

- механическая прочность – катализатор не должен разрушаться под внешним воздействием и под действием аппарата

- устойчивость к контактным ядам, т.е. минимальное понижение активности катализатора во времени под действием выделяющихся веществ.

 Причины понижения: уменьшение активности катализатора при его загрязнении веществами, механическое разрушение, отравление катализатора. Яды образуют с катализатором устойчивые соединения, блокируя активные центры. Отравление м.б. обратимым и необратимым.

Контактные аппараты – с неподвижным слоем катализатора в данных аппаратах контактная масса распределена в виде нескольких неподвижных слоёв. После прохождения каждого слоя контактная масса либо нагревается, либо охлаждается.

Контактная масса с терморегулярующими устройствами называется контактный узел. Такие аппараты применяются для процессов с высоким тепловым эффектом.

Недостатки: низкая производительность, невозможность использования низкозернистых катализаторов, трудность поддержания оптимальных температур условий, сложность конструкций, необходимость остановки для замены катализатора.

Контактные аппараты с движущим слоем – катализатор распределяется в движущем слое газа или жидкости и переносится вместе с этим слоем. Катализатор периодически отравляется и выводится из системы в регенератор. Реализуется принцип противотока. Недостаток: высокая возможность отравления и исстирания катализатора.

Каталитические аппараты с псевдоожиженным слоем работают по принципу 1 аппарата в режиме 2 типа

Применяются в производстве соединений, в которых катализатор быстро теряет свою активность, требуется непрерывная регенерация. Контактный аппарат снабжен регенератором.

Преимущества: возможность подачи реагентов с температурой ниже температуры зажигания. Легкость замены катализатора, его регенерации, возможность использования мелкозернистых катализаторов и оптимальная температура.

Недостатки: исстирание катализатора, возможность потерь, загрязнение продуктов каталитической пылью.

Параметры работы контактных аппаратов

Время контакта (с) – это отношение объёма катализатора к объему реакционной смеси, прошедший через катализатор в единицу времени.

Объемная скорость (м³/м³*ч) – отношение объёма реакционной смеси, прошедшей через объём катализатора в единицу времени.

Удельная производительность (кг/м³*ч) – это масса продукта, полученная с единицы объёма катализатора в единицу времени.