Курсовая работа Каталитические процессы в нефтепереработке

Теории гетерогенного катализа
В настоящее время еще нет единой и общепризнанной теории катализа. В разное время исследователями ряда стран предлагались взаимно дополняющие друг друга частные теории, базирующиеся на различных физико-химических аспектах каталитического действия.
Их можно подразделить на 2 группы:
) теории, утверждающие преобладающую роль в катализе физических превращений. вследствие адсорбционных, свойств катализатора;
) теории, базирующиеся на химическом подходе к сущности каталитического действия.
К I группе можно отнести т. н. теории адсорбционного катализа со
следующими видами адсорбции:
точечной (одноцентровой) адсорбцией на однородной и неоднородной поверхностях (И. Лэнгмюр, X. С. Тейлор, С.З. Рогинский, Я.Б. Зельдович, М.И. Темкин и др.);
многоцентровой адсорбцией (мультиплетная теория А.А. Баландина (принцип геометрического соответствия) и теория активных ансамблей Н.И. Кобозева).
Ко II группе можно отнести:
ранние теории промежуточного химического соединения (Д.И. Менделеев, П. Сабатье, Н.Д. Зелинский, В.Н. Ипатьев);
электронную теорию катализа (Ф.Ф. Волькенштейн);
принцип энергетического соответствия мультиплетной теории А.А. Баландина;
современную физико-химическую теорию гетерогенного катализа Г.К. Борескова.
Надо отметить, что в катализе одинаково важны как физические, так и химические закономерности каталитического действия. Так, без знания химической сущности (т.е. «химизма») катализа невозможен научно обоснованный подбор типа и ХС катализатора, а кинетическое описание аталитической реакции на данном катализаторе невозможно без знания закономерностей физических (точнее, физико-химических) процессов, протекающих на границе раздела фаз, например адсорбционных (хемосорбционных) процессов.
В соответствии с современными физико-химическими представлениями о сущности катализа катализатор и реагирующие вещества следует рассматривать как единую каталитически реакционную систему, в которой химические превращения испытывают не только реагенты под действием катализатора, но и катализатор при взаимодействии с реагентами.
В результате такого взаимного воздействия в реакционной системе устанавливается стационарный состав поверхности катализатора, пределяющий его каталитическую активность. Отсюда следует, что катализатор не просто место осуществления реакции, а непосредственный участник химического взаимодействия, и его каталитическая активность обусловливается химической природой катализатора и его химическим сродством к реагентам.
Исходя из основного постулата о химической природе взаимодействия
в каталитически реакционной системе можно сформулировать некоторые важные для предвидения каталитического действия термодинамические и кинетические принципы.
. Катализатор должен химически взаимодействовать хотя бы с одним из компонентов реагирующих веществ (с образованием координационных, ионных или ковалентных связей).
. Изменение свободной энергии процессов взаимодействия в каталитически реакционной системе должно быть менее отрицательным, чем изменение свободной энергии катализируемой реакции, т.е. соединение реагирующих веществ с катализатором должны быть термодинамически менее прочными, чем продукты реакции (если это требование не соблюдается, катализатор быстро выходит из строя, образуя нерегенерируемое прочное химическое соединение).
. Многостадийный КП термодинамически будет наиболее выгодным (вероятным), если изменения свободной энергии на каждой из стадий примерно одинаковы и равны половине изменения теплового эффекта суммарного процесса.
. В кинетическом отношении каталитическая реакция будет идти с большей скоростью, если в результате промежуточного химического взаимодействия катализатор будет снижать энергию активации химической реакции (или одновременно повышать предэкспонент Аррениуса). Это правило согласуется с принципом компенсации энергии разрывающихся связей в катализе. Оно согласуется также с принципом энергетического соответствия мультиплетной теории А.А. Баландина.
5. Установлена определенная закономерность между специфичностью каталитического действия и типом кристаллической структуры твердых тел. Каталитической активностью ионного и электронного типов обладают твердые тела соответственно с ионной и металлической кристаллической структурой, а также кристаллы промежуточного (ионно-металлического) типа. Молекулярные и ковалентные кристаллы в отношении катализа практически инертны.