Гетерогенно-каталитическая реакция на поверхности твердого

Основные стадии и кинетические особенности гетерогеннокаталитических процессов
Гетерогенно-каталитическая реакция на поверхности твердого катализатора – это сложный многостадийный процесс. Наблюдаемая общая скорость каталитической реакции зависит от относительных скоростей нескольких различных по своей физической и химической природе стадий.
Рассмотрим основные стадии процесса взаимодействия газообразного
реагента с зерном пористого катализатора (рис. 8.3).
1-я стадия. Как и в гетерогенном некаталитическом процессе, сначала
происходит диффузия газообразного реагента из основного потока к внешней
поверхности зерна катализатора через газовую пленку, в которой концентрация
реагента ниже, а концентрация продукта выше, чем в основном потоке. Эту
стадию можно назвать стадией внешней диффузии.
2-я стадия. Основная часть молекул газообразного реагента диффундирует внутри пор катализатора (стадия внутренней диффузии). Скорость диффузии молекул через пористую среду во много раз меньше скорости их поступательного движения. Это объясняется тем, что во время прохождения через катализатор молекулы сталкиваются со стенками пор и с другими молекулами,
что приводит к совершенно беспорядочному их движению.
В зависимости от соотношения
длины свободного пробега молекул и диаметра пор, а также от перепада давления
вдоль поры различают объемное (свободное) течение газов, течение Кнудсена и
вынужденное течение. Все эти виды диффузии можно описать уравнениями молекулярной диффузии (законы Фика).
3-я стадия. Молекулы реагента адсорбируются на поверхности катализатора. Адсорбция представляет собой явление, связанное с уменьшением количестРис. 4.3 − Схема участка зерна катали- ва газа при соприкосновении газа (адсорзатора:
бата) с твердым телом (адсорбентом), и
I – поток газа, обтекающий зерно катали- заключается в некотором уплотнении газатора; II – пограничная газовая пленка; за на поверхности твердого тела. РазлиIII – пора внутри катализатора; А – ис- чают физическую адсорбцию и хемоходный реагент; R – продукт реакции
сорбцию в зависимости от природы сил,
вызывающих это концентрирование молекул адсорбата у поверхности твердого
тела. Если эти силы имеют такую же природу, как и молекулярное взаимодействие в газах, жидкостях и твердых телах, говорят о физической адсорбции.
При хемосорбции проявляются силы взаимодействия химической природы –
молекулы адсорбата теряют свою индивидуальность, образуя поверхностные
соединения с адсорбентом.
42