|
|
|
PROPRIETATILE FUNDAMENTALE ALE CATALIZATORILOR SOLIZI
Activitatea catalizatorului
Proprietatea catalizatorului denumita activitate catalitica, reprezinta
capacitatea catalizatorului de a modifica viteza de reactie. Formularea cantitativa a acestei proprietati este deseori neunitara fie din motive formale, fie din cauza conceptiilor diferite care stau la baza interpretarii fenomenului de cataliza.
Activitatea catalitica este o marime care exprima masura in care o substanta sau un amestec de substante de o anumita compozitie, poate cataliza o reactie chimica. Pentru un proces chimic, activitatea catalica depinde de o multitudine de parametrii ai procesului cat si de proprietatile fizice ale catalizatorului. Ea este functie de concentratia catalizatorului, a activatorilor, a reactantilor si a produsilor de reactie, a impuritatilor, de temperatura, presiune, suprafata specifica a catalizatorului, de raza medie aporilor granulei de catalizator, de diametrul mediu al granulelor, de viteza liniara a fluxului reactant gazos, de greutatea moleculara a reactantilor si produsilor de reactie.
Pentru a compara activitatea intr-o reactie a unui catalizator pentru diferite conditii de regim se foloseste activitatea catalitica standard, care reprezinta cantitatea de produs Gp obtinut intr-o ora, pe unitatea de volum de catalizator.
= 
(1)
Cantitatea de produs se poate corela cu unitatea de masa de catalizator Gc:
= 
(2)
Un alt mod de exprimare a activitatii catalitice il reprezinta valoarea vitezei de reactie, definita ca variatia numarului de molecule de reactant sau produs de reactie, in unitatea de timp, pe unitatea de suprafata catalitica (activitate intrinseca) mol/h·m2, sau pe unitatea de masa sau volum de catalizator (activitate specifica) mol/h·g si respectiv mol/h·cm
Activitatea de poate exprima astfel:
a = vk- v0· (1- φ) (3)
vk - viteza de reactie in prezenta catalizatorului;
v0 - viteza de reactie in absenta catalizatorului;
φ - fractia de volum ocupata de catalizator si inaccesibila reactantilor.
Activitatea catalizatorilor solizi este rareori constanta in timp. Fiecare catalizator prezinta, intr-o anumita reactie, o perioada de functionare optima, o ,,viata'' anumita.
Curba care exprima variatia in timp a activitatii prezinta trei paliere caracteristice, conform figurii 1.
Perioada de inductie- care caracterizeaza intrarea in regim normal de
functionare, cu atingerea valorii de activitate maxima. Ea dureaza de la cateva secunde pana la cateva zeci de ore;
Perioada de activitate constanta- variaza de la cateva minute, la luni
sau ani. Este dorit sa se extinda cat mai mult in timp;
Perioada de dezactivare- caracteristica scaderii activitatii in mod
progresiv, pana la pierderea totala a activitatii.
Figura 1.Variatia activitatii catalitice in timp (curba de viata a catalizatorului)
2. SELECtivitatea catalizatorului
Reprezinta proprietatea catalizatorului de a dirija transformarea chimica,
preferential spre o directie anumita, din mai multe posibile termodinamic, conducand la produsi de reactie doriti, incetinind reactiile parazite, parelele sau consecutive.
In general, selectivitatea Sh pentru producerea componentului h se defineste ca raport:
Sh = 
(4)
unde: 
= cantitatea de component h
produs cand 
de reactant i este
consumat;
productia de component h pe unitatea de greutate de reactant i introdus in reactor;
conversia partiala a reactantului i.
Cantitativ, selectivitatea se poate exprima prin raportul dintre viteza reactiei ce intereseaza si suma vitezelor tuturor sau celorlalte reactii ce pot avea loc intre aceiasi reactanti in aceleasi conditii. Un exemplu de transformare selectiva il constituie reactiile alcoolului etilic pe diferiti catalizatori. Exprimarea selectivitatii poate fi facuta prin raportul constantelor de viteza, atunci cand vitezele de reactie sunt cunoscute.
Dimensional, selectivitatea se exprima ca raport mol/mol sau g/g.
Selectivitatea, in raport cu o anumita directie a transformarii este egala cu viteza de formare a produsului corespunzator, impartita prin viteza globala a transformarii in toate directiile posibile, a substantei reactante.
(5)
unde: 
raportul coeficientilor stoechiometrici la
formarea produsului
din substanta initiala A1 ;
numarul de moli
de produs de reactie;
numarul de
moli de substanta initiala.
Ca si activitatea, selectivitatea depinde de compozitia amestecului de reactie si de temperatura.
Pentru reactii paralele, cantitatea de produs anumit care se formeaza in unitatea de timp, este egala cu viteza reactiei corespunzatoare:
(6)
In cazul reactiilor succesive, formarea produsului intermediar este determinata de diferentele vitezelor de reactie de formare si a reactiilor de transformare succesiva a acestuia:
(7)
Stabilitatea catalizatorului
Reprezinta capacitatea catalizatorului de a functiona intr-o reactie, un timp
indelungat, fara sa-si modifice proprietatile de activitate si selectivitate.
Metodele de imbunatatire a activitatii si selectivitatii catalizatorilor eterogeni tin cont de totalitatea factorilor care influenteaza acest proces: utilizarea de promotori, sinterizarea suportului catalitic, otravire partiala, modificarea unor parametrii ce controleaza procesul respectiv.
Stabilitatea chimica a catalizatorilor este conditionata de o anumita
compozitie de faza optima. Aceasta se poate modifica in timpul functionarii sub influenta temperaturii si a mediului reactant, afectand proprietatile de cataliza ale solidului.
