Кимёвий технологик жараён

Гетероген катализ

1. 
   
   Гетероген каталитик жараёнларнинг боскичлари.
   

Бу хил жараёнларда купинча катализатор каттик модда, реагентлар эса суюк ёки газ (буг) холида булади. Жараён фазалар чегарасида боради, шунга кура катализ асосан бирин кетин борадиган 5 тарелка жараёндан иборат.

1. Дастлабки моддаларни катализатор юзасига олиб келиш;

   
   

2. Катализатор юзасига адсорбланиш;

   
   

3. Катализатор юзасидаги реакциялар;

   
   

4. Реакцияда хосил булган моддани десорбланиши;

   
   

5. Хосилд булган моддаларни катализатор юзасидан олиб кетилиши ва актив марказларни буш колиши.

   
   

Бу жараёнларнинг кайси бири секин борса, умумий жараён тезлиги шу боскични тезлигига тенг булади. Бу боскичга чегараловчи (лимитловчи) боскич дейилади. Одатда иккинчи боскич (кинетик соха) чегараловчи булишга интилади. Кайси боскични чегараловчи булиши катализаторнинг хоссасига (активлигига) ва реакция шароитига боглик.

Катализатор активлигига турли факторларнинг таъсири.

Температуранинг таъсири. Каталитик реакцияни унумига нисбатан Вант-Гофф - изохора – изобара тенгламаси, бу тенгламадан чикадиган хулосалар уз кучини саклаб колади. Лекин температура катализаторни активлигига таъсир килади. Хар бир катализатор таркиби ва тайёрланиш шароитига караб, маълум реакция учун маълум температура чегарасида энг катта активликка эга булади.

Одатда катализатор канча актив булса, уни паст температурадаги активлиги шунча катта булади ва температурани катализатор активлигига таъсири секинрок сезилади. Температурани катализатор нормал ишлайдиган иш температурасидан ошиши уни активлигини камайтиради ва хатто уни пассив килиб куяди. Шунинг учун каталитик реакцияларда температурани узгариб туриши ва айникса хаддан ташкари ошиб кетиши катализатор учун хавфлидир. Шунга кура, реакция натижасида, айникса экзотермик реакциялардан чикаётган иссикликни кераксиз кисмини реакция мухитидан четлатиш керак булади.

Купинча, катализатор маълум температурадан пастда унга активлик курсатмайди. Масалан: кук тусли вольфром оксиди 210 ⁰С дан паст температурада этил спиртидан этилен хосил булиш реакциясини унча тезлатмайди.

Баъзан температура минимум иш температурасидан ошган сари катализаторнинг активлиги узлуксиз ошавермайди, балки маълум температурадан сунг активлиги узгармас булиб колади. Бу хол гидрогенлаш реакцияларида куп учрайди.

Катализаторнинг активлиги намоён буладиган минимум температура катализаторни кандай тайёрланганлиги ва реакцияни механизмига боглик.

Босимни таъсири. Босим узгариши билан каталитик реакцияларни унуми, умуман, Ле-Шателье принципига буйсунади. Лекин гетероген каталитик реакцияларда жараённи биринчи боскичи адсорбцияланиш булганлиги учун босим узгариши билан реакция тезлиги, бинобарин, катализаторнинг активлиги хам узига хос равишда узгаради.

Гетероген каталитик реакциялар эффектив концентрация газ мухитдаги газларни порционал босимига эмас, балки уларни катализаторларга адсорбцияланган концентрациясига тенг булгани ва адсорбцияланиш туйингунча бу концентрация ошиб боргани сабабли, туйиниш босимигача босим ошиши билан реакцияни тезлиги хам оша боради. Шунинг учун босимни узгариши факат молекуляр сонини узгариши билан борадиган реакцияни (масалан, 3H₂+N₂2NH₃ реакцияни) тезлигини эмас, хатто молекуляр сони узгармасдан борадиган реакцияларни тезлигини хам узгартиради. Адсорбцияланиш туйиниш босимидан сунг юзадаги концентрация узгармаслиги учун юкори босимда босим узгариши реакция тезлигини узгартирмайди.

Босим узгариши билан реакция тезлиги узгаришини характери турлича булиши мумкин, баъзан тугри чизик конуни асосида, лекин, купинча узига хос равишда узгаради.

Баъзан босимни узгариши реакцияни йуналишини хам узгартириши мумкин. Водород билан углерод (II) оксид орасида борадиган реакция бунга мисол булади. Нормал босимда реакцияни асосий махсули метан булади. Реакция оксид катализатор иштирокида юкори босимда олиб борилса, метил спирт, жуда юкори босимда эса юкори молекулали спиртлар хосил булади.

Катализаторнинг майдаланганлик даражаси таъсири. Маълум микдорда катализатор доначаларини улчами кичрайган сари уни юзаси ортиб боради, натижада уни активлиги хам ортади. Иккинчи томонидан доначадар кичиклаштирилган сари реагентларни диффузияланиши камая боради, бу эса катализатор активлигини камайишига олиб келади. Коллоид холида катализаторлар бу жихатдан олганда оптимал майдаланган булади.