Макет страницы
Б.5. РЕАКЦИИ, КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ ЖИДКИМ КАТАЛИЗАТОРОМ
Если катализатор — жидкость, а реагенты находятся в газовой или жидкой фазе, не смешивающейся с фазой катализатора, то, как и в случае реакций на твердом катализаторе, кинетика процесса может определяться кинетикой реакции или массопереда-чей. Обычно реакция протекает в фазе катализатора и катализатор нерастворим в газовой или жидкой фазе, в которой находятся реагенты, а реагенты и продукты реакции мало растворимы в катализаторе. Предельными случаями в зависимости от соотношения скоростей реакции и массопередачи являются следующие.
1. Скорость реакции много меньше скорости массопередачи из фазы реагента в фазу катализатора и диффузии реагента в катализаторе. В этом случае концентрация реагентов в катализаторной фазе равна концентрации насыщенного раствора, а скорость реакции w равна:
W^kVf (С„ас)
где k — константа скорости реакции в расчете на единицу объема катализатора; V — объем катализатора; f(C„ac)—функция концентрации реагентов в насыщенном растворе, определяемая механизмом реакции.
Скорость реакции в этом случае не зависит от поверхности раздела между фазами.
2. Скорость реакции много больше скорости массопередачи. Реагенты расходуются полностью в тонкой пленке катализатора, прилежащей к поверхности раздела. Скорость реакции w в этом случае равна скорости диффузии:
w = $SC
где р — коэффициент массопередачи; S — поверхность контакта между фазами; С — концентрация реагента в фазе, в которой он находится.
Скорость реакции не зависит от объема катализатора и пропорциональна поверхности контакта фаз, поэтому для обеспечения высокой скорости необходимо создать большую поверхность раздела между фазами. Если реагенты находятся в жидкой фазе, то большая поверхность контакта на единицу объема катализатора создается интенсивным перемешиванием, в результате которого образуется эмульсия катализатора в фазе реагентов или реагентов в фазе катализатора. Если реагенты газообразны, то применяется барботаж газа через слой жидкого катализатора. В обоих случаях удельная поверхность контакта (суммарная поверхность капель или пузырей в единице объема катализатора) обратно пропорциональна среднему диаметру частиц дисперсной фазы.
3. Скорость реакции сравнима со скоростью диффузии реагента в фазе катализатора. Предполагая, что в граничной пленке катализатора концентрация реагента постоянна и равна концентрации насыщения (что может быть в том случае, когда массопере-дача к границе раздела происходит со значительно большей скоростью, чем диффузия реагента в катализаторе), для скорости
