Для любого процесса требуется набор показателей, позволяющий достаточно просто его описать и проанализировать.
Для каталитических процессов такими показателями являются активность и селективность, физическую сущность которых рассмотрим далее.
Понятие каталитической активности
Первичной величиной, позволяющей перейти к формулировке активности катализатора, является скорость каталитической реакции [Wк], определяемая, как изменение количества продукта или реагента в единицу времени.
Чтобы расчет был достоверным, необходимо учитывать возможность протекания целевой реакции без участия катализатора [Wо], которая в большинстве случаев равняется нулю.
Тогда итоговая формула для расчета скорости каталитической реакции запишется следующим образом:
В зависимости от величины, к которой относится скорость каталитической реакции, активность катализатора может быть оценена следующими параметрами:
1. Производительность системы - показатель, характеризующий массу продукта реакции, которая может быть получена с единицы массы катализатора в единицу времени.
Формула для расчета:
где mк - общая масса катализатора, кг.
2. Активность каталитически активного компонента - показатель, характеризующий количество продукта, получаемого на 1 грамме активного компонента в единицу времени.
Формула для расчета:
где mак - масса активного компонента, кг.
3. Удельная каталитическая активность - показатель, характеризующий скорость превращения исходного вещества на единице поверхности удельного компонента.
Формула для расчета:
4. Частота оборотов - показатель, показывающий сколько количество молекул , образующихся на одном активном центре в единицу времени. Величина применима при известном составе и строении активного центра, который может включать в себя несколько атомов, формирующих определенную структуру.
Форму для расчета:
где Nац - число активных центров в данной системе.
Значение Аац определяется природой элементов, входящих в состав активного центра, а также его электронных и структурных свойств.
При надежной идентификации активного центра величина частоты оборотов является фундаментальной характеристикой, не зависящей от способа и пути получения.
Селективность каталитического процесса
В каталитической системе могут существовать несколько направлений, в которых протекают реакции, с образованием различных продуктов.
Так как целевым продуктом в данном случаем является, только один или несколько продуктов, то значимым становится показатель селективности, определяющий их выход.
Рассчитать селективность можно двумя способами:
1. Как отношение скорости образования целевого продукта к сумме скоростей других реакций.
2. Как отношение скорости образования целевого продукта к скорости исчезновения исходного вещества в системе.
Различается несколько видов селективности:
- избирательность - из одного вещества образуются несколько видов продукта.
Например, при окислении пропилена образуются продукты полного и парциального окисления, а избирательность проявляется в отношении оксида пропилена.
- стереоселективность - из одного вещества образуются разные стереоизомеры.
Например, при димеризации этилена могут получаться цис- и транс-бутен-2:
- энантиоселективность - образуются оптически активные вещества.
Примером является гексамеризация формальдегида с образованием D- и L-глюкозы:
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите регулярно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.