catalisis en procesos industriales

Procesos Industriales Orgánicos I C. Aguilar Q.Sección A

CATALISIS EN PROCESOS INDUSTRIALES

El término "la catálisis" fue presentado tan pronto como 1836 por Berzelius para explicar varia descomposición y reacciones de transformación. Él asumió que los catalizadores poseen los poderesespeciales que pueden influir en la afinidad de sustancias químicas. Una definición que es todavía válida hoy es debido a Ostwald (1895): " un catalizador acelera una reacción química sin afectar la posición del equilibrio. " Ostwald reconoció la catálisis como un fenómeno ubicuo que debía ser explicado en términos de las leyes de química física.

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Adsorción: Durante

principios de los años

1900, gradualmente fue

reconocido que hay dos

tipos de adsorción. Los

estudios de Langmuir [29]

acentuaron el tipo que se

ha hecho sabido como la

quimisorción, mientras que

el valor de otro tipo -

comúnmente sabido como la fisisorción - fue acentuado por la

introducción del Brunauer, Emmett y el Cajero (la APUESTA) el

método para medir la superficie. Taylor era principalmente

responsable del concepto de adsorción activada, y la necesidad de

una

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energía de activación para la transformación del estado de

physisorbed al estado de chemisorbed [50]. Esta oferta fue hecha

por Taylor, para más estrechamente correlacionar la actividad

específica de los catalizadores con sus características de la

adsorción.

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FISISORCIÓN Y QUIMISORCIÓN

1. Fuerzas atractivas

2. Calor Adsorción

3. Temperatura

4. Energía de activación

5. Tipo de proceso

6. Selectividad

7. Estabilidad

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La Selectividad:

La selectividad Sp de una reacción es la fracción del material de partida que es convertido al producto deseado P. Es expresado por la proporción de la cantidad de producto deseado a la cantidad reaccionada de un nuevo catión acompañan un y por lo tanto da la información sobre el curso de la reacción. Además de la reacción deseada, reacciones paralelas y secuenciales también pueden ocurrir (el Esquema 1-1)

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La Estabilidad

El producto químico, la estabilidad termal, y mecánica de uncatalizador determina su vida en reactores industriales. Laestabilidad de catalizador es bajo la influencia de numerososfactores, incluyendo la descomposición, la coque facción, yel envenenamiento. La desactivación de catalizador puede serseguida por midiendo la actividad o la selectividad como unfunción de tiempo. El catalizador que pierde la actividaddurante un proceso a menudo puede ser regenerado antes de queellos en última instancia sean substituidos. La vida decatalizador total tiene la importancia crucial para laeconomía de un proceso. Hoy el empleo eficiente de materiasprimas y energía tiene la importancia principal, y espreferible optimizar procesos existentes que desarrollarnuevos. Para varios motivos, deberían dar a las cantidadesobjetivo el orden de prioridad siguiente:

Selectividad> estabilidad> actividad

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CINETICA

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Fig.5-9 curso de una reacción en fase gaseosa A ____ Pc heterogéneamente catalizada.

Ea, 0: energía de activación de la reacción en fase gaseosa no catalizadahomogénea.

Ea, 1: Verdadera energia de activacion.

Ea, 2: energía de activación aparente de la reacción catalizada.

Z1 = estado de transición de la reacción en fase gaseosa.

Z2 = estado de transición de la reacción de superficie.

ΔHR = entalpía de reacción.

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Fig.5 Relación entre la velocidad de una reacción catalizada y el calor de la absorción de hidrógeno: UNO de Los Primeros parcela "volcan-tipo".

Fig.3ejemplo de un volcán parcela con pocos datos para apoyar un lado de la montaña. (Reproducido de una referencia anónima).

Fig.2Ejemplo

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de un típico volcán parcela correlacionar la tasa de descomposición de formiato tanto para la presión y los estudios decristal único.

Ecuación de Tarifa (Cambio ecuación.)

Actividades cinéticas son sacadas de las leyes de tarifafundamentales, por ejemplo, que para una reacción simpleirreversible A→P

dnA

dt=kVf(CA) (1.2)

K=tarifa constante

f(CA) Es un término de concentración que puede exponer un primero -o la dependencia de orden más alta un equilibrio de la adsorción (mirar la Sección 5.2). La ecuación Arrhenius da a la dependencia temperatura de tarifa constantes:

k=koe−(Ea

RT) (1.3)

Ea = energía de activación de la reacción

Ko = factor pre-exponencial

R=gas constante

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fig. 5-3 dependencia de la velocidad de reacción eficaz de la temperatura.

Tratamiento cinético

El mecanismo Langmuir-Hinshelwood ha sido probado para muchas reacciones, incluyendo unos realizados por una escala industrial, por ejemplo:

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Clasificacion de catalizadores:

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Síntesis de Amoníaco

El amoníaco es un producto principal de la industria química. Ya al principio del siglo diecinueve su síntesis era el sujeto de mucha investigación. La Revolución Industrial y el crecimiento relacionado de la población generaron una demanda grande de fertilizantes de nitrógeno. El principio de Le Chatelier indica que la formación de amoníaco es favorecida en la alta presión. Convencido de su principio, Le Chatelier hacía su ayudante comprimir una mezcla de hidrógeno y nitrógeno a una muy alta presión, y luego aplicar una chispa eléctrica. Una reacción explosiva ocurrió que mató al ayudante, y era el resultado de un procedimiento defectuoso experimental por el cual airean permitieron mezclarse con la mezcla de hidrógeno de nitrógeno

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Otro ejemplo muestra la importancia de fuerza de la adsorción enla síntesis de amoníaco. En este caso la actividad de la primerafila de metal de transición fue medida (el Higo 5-14). Los metalesa la izquierda atan N2 demasiado fuerte, y aquellos a la derecha,demasiado débilmente. Exactamente el derecho la fuerza obligatoriafue encontrado para el hierro, el catalizador de amoníaco clásico.La influencia de la estructura electrónica del metal y de ahí suposición en la tabla periódica también es demostrada por otrasreacciones

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BIOCATALISIS:

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Cinetica de Enzimas - Reacciones

Catalizadas la enzima, E, actos por formando un complejo con el reactante, S, (sustrato comúnmente llamado), a dado un producto, P, según el esquema siguiente (Ec. 4-1 y 4-2).

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Aunque nosotros fácilmente podamos medir la concentración total deenzima [la E], es difícil de medir la concentración de enzimalibre [la E]. Como la enzima, el sustrato y el producto son todoen el mismo medio convenientemente podemos trabajar conconcentraciones. Con la concentración de enzima total [la E] laconservación de especie activa requiere esto:

La tarifa de formación de producto (ec. 4-4) sigue de la ecuaciónde reacción (Ec. 4-2):

Todas las tarifas relevantes están en la concentración por unidadde tiempo. La concentración desconocida de las enzimas desocupadassigue por asumiendo que la reacción está en el estado estable (Ec.4-5):

que conduce con la ecuación 4-3 a la ecuación 4-6

A Ecuacion 4-7:

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Substituyendo en la ecuación (4-4) e introduciendo el Km Michaelis constante obtenemos la ecuación 4-8:

FOTOCATALISIS

SEMICONDUCTORES

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Fig. 5-29 semiconductor Intrínseco con energía de excitación

Los metales que favorecen la adsorción de oxígeno tienen cinco,

siete, ocho, o diez electrones de d. La orden de preferencia es:

Por lo tanto los semiconductores de p-tipo correspondientes Cu2O,

Ag2O, MnO, y PtO son catalizadores sumamente eficaces para la

activación de oxígeno. En semiconductores de tipo de n, iones

metálicos que tienen un, dos, o cinco electrones de d son

ventajosos para la adsorción de oxígeno. La serie siguiente fue

determinada experimentalmente:

En consecuencia los semiconductores de tipo de n como V2O5, MoO3,

WO3, Cr2O3, y TiO2 son catalizadores de oxidación eficaces.

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