- •С.Г. Козлов, м.А. Куликов основыхимической технологии
- •240301.65 «Химическая технология неорганических веществ»
- •Введение
- •1. Общие понятия о химическом производстве
- •1.1. Химическая технология как наука
- •1.2. Связь химической технологии с другими науками
- •1.3. Развитие химической технологии
- •1.4. Классификация химической технологии
- •2.1. Сырье в химическом производстве
- •2.1.1. Основные определения
- •2.1.2. Классификация сырья
- •2. Компоненты химического производства
- •2.1.3. Ресурсы и рациональное использование сырья
- •2.1.4. Подготовка минерального сырья
- •2.1.5. Очистка и разделение газовых смесей
- •2.2. Энергия в химической технологии
- •2.2.1. Использование энергии в химической технологии
- •2.2.2. Источники энергии. Классификация источников энергии
- •2.2.3. Рациональное использование энергии
- •2.2.4.Новые виды энергии в химической технологии
- •2.3. Вода в химической промышленности
- •2.3.1. Основные показатели качества воды
- •2.3.2. Промышленная водоподготовка
- •2.4. Воздух в химической технологии
- •3. Критерии оценки эффективности химического производства
- •3.1. Технические показатели
- •3.2. Экономические показатели
- •3.3. Эксплуатационные показатели
- •3.4. Социальные показатели
- •3.5. Материальный и энергетический баланс химического производства
- •4. Системный подход в изучении химико-технологического процесса
- •4.1. Общие понятия и определения
- •4.2. Химико-технологическая система как объект моделирования
- •4.3. Операторы
- •4.4. Матричное представление моделей
- •4.5. Подсистемы хтс
- •4.6. Связи
- •4.7. Классификация технологических схем
- •4.8. Системный подход к разработке технологии производства
- •4.8.1. Методологические принципы
- •4.8.2. Выбор технологии производства продукции
- •4.9. Оптимизация производства
- •4.9.1. Декомпозиция химико-технологических систем
- •4.9.2. Оптимизация химико-технологических систем
- •5. Общие закономерности химических процессов
- •5.1. Понятие о химическом процессе
- •5.2. Классификация химических реакций
- •5.3. Виды химических реакций
- •5.4. Характеристика гомогенных процессов
- •5.5. Основные закономерности гомогенных процессов
- •5.6. Интенсификация гомогенных процессов
- •5.7. Гетерогенные некаталитические процессы
- •5.8. Интенсификация процессов, основанных на необратимых реакциях
- •5.9. Интенсификация процессов, основанных на обратимых реакциях
- •6. Гетерогенный катализ
- •6.1. Общие положения катализа
- •6.2. Процессы адсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе
- •6.2.1. Теория адсорбции Лэнгмюра
- •6.2.2. Нелэнгмюровская адсорбция
- •6.3. Механизм гетерогенных каталитических процессов
- •6.3.1. Внешняя диффузия
- •6.3.2. Внутренняя диффузия
- •6.4. Основные требования к гетерогенным катализаторам
- •6.5. Основные структурные параметры гетерогенных катализаторов
- •6.6. Технологические свойства гетерогенных катализаторов
- •6.7. Классификация гетерогенных катализаторов
- •6.8. Состав катализаторов
- •6.9. Приготовление катализаторов
- •7. Гомогенный катализ
- •7.1. Кислотный (основной) катализ
- •7.1.1. Специфический кислотный катализ
- •7.1.2. Специфический основной катализ
- •7.1.3. Общий кислотный катализ
- •7.1.4. Общий основной катализ
- •7.1.5. Электрофильный катализ
- •7.1.6. Кинетика реакций кислотно-основного катализа
- •7.2. Металлокомплексный катализ
- •7.3. Ферментативный катализ
- •8. Химические реакторы
- •8.1. Принципы классификации химических реакторов
- •8.2. Принципы проектирования химических реакторов
- •8.2.1. Моделирование химических реакторов и протекающих в них процессов
- •8.2.2. Структура математической модели химического реактора
- •8.2.3. Уравнение материального баланса для элементарного объема проточного реактора
- •8.3. Химические реакторы с идеальной структурой потока в изотермическом режиме
- •8.3.1. Реактор идеального смешения (рис)
- •8.3.2. Реактор идеального вытеснения (рив)
- •8.3.3. Примеры аналитического решения математической модели
- •8.4. Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения
- •8.5. Конструкции реакторов
- •8.5.1. Требования к реакторным конструкциям
- •8.5.2. Типизация реакторов
- •8.5.3. Примеры конструкций реакторов
- •9. Переработка природного минерального сырья
- •9.1. Процессы растворения
- •9.2. Процессы кристаллизации
- •9.3. Химическое осаждение
- •9.4. Процессы переработки труднорастворимого сырья
- •10.1. Оао «Уралкалий»
- •10.2. Филиал «Азот» оао «охк уралхим»
- •10. Химические предприятия верхнекамья
- •10.3. Оао «Березниковский содовый завод»
- •10.4. Ооо «Сода-хлорат»
- •10.5. Оао «Метафракс»
- •Рекомендуемая литература
6.7. Классификация гетерогенных катализаторов
По типу механизма каталитического действия катализаторы делятся на два вида: локального и коллективного.
Катализаторы локального механизма, в свою очередь, подразделяются на катализаторы ионного (кислотно-основного), комплексообразующего, электронного действия.
При локальном механизме взаимодействие катализатора с реагентом обусловлено индивидуальными свойствами атомов поверхности катализатора, выступающих в качестве активных центров. В этом случае гетерогенно-каталитическая реакция протекает в соответствии с законами гомогенного катализа.
Основная функция катализаторов ионного типа – это введение протона или положительного иона в реагирующую молекулу (кислотный катализ), либо удаление протона или аниона из молекулы (основной катализ). В свою очередь кислотно-основной катализ можно разделить на специфический (с участием ионов Н3О+ и ОН–), общекислотный либо общеосновной (с участием любой кислоты или основания), а также на электрофильный либо нуклеофильный (с участием кислот и оснований Льюиса). К катализаторам ионного типа относятся алюмосиликаты, оксиды алюминия и кремния, минеральные кислоты, галогениды трехвалентных металлов, гидроксиды, оксиды, сульфиды, карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов, синтетические ионообменные смолы (катиониты и аниониты). По механизму ионного катализа протекают процессы полимеризации, алкилирования, арилирования, каталитического крекинга, гидролиза, этерификации.
Группа катализаторов электронного катализа включает соединения со структурой металлических и ковалентных кристаллов – это металлы и полупроводники. От других катализаторов они отличаются электропроводностью. Действие металлов и их ионов объясняется облегченным электронным переходом с d-орбитали на s-орбиталь, то есть сродством к электрону электронных дырок.
К катализаторам электронного типа относятся простые и сложные оксиды и сульфиды с полупроводниковыми свойствами, например: V2S3, CuFeO2, Ca2Se3, Ca2As3, а также переходные металлы и их сплавы. Чаще всего в этом классе катализаторов выступают элементы с частично незаполненными d-орбиталями в любой степени окисления, и редкоземельные элементы с недостроенными f-орбиталями.
К реакциям, протекающим по электронному механизму, относятся реакции окисления-восстановления, гидрирования-дегидрирования.
Катализаторы комплексообразующего катализа. В этом случае взаимодействие между органической молекулой и катализатором приводит к образованию двух типов комплексов:
– донорно-акцепторных, образуемых донорной связью с участием s- и π-орбиталей;
– координационных, образуемых дативными координационными связями с участием - и -орбиталей.
В комплексах первого типа реализуется льюисовский механизм катализа. В комплексах второго типа атом (ион) металла играет роль центрального атома (иона), лигандами которого служат атомы решетки и адсорбированные молекулы. При координации наблюдается ослабление определенного типа связи в молекуле, в результате чего молекула становится более реакционноспособной.
Катализаторы коллективного механизма подразделяются на катализаторы электронного, полупроводникового действия.
При коллективном механизме каталитическое действие определяется свойствами катализатора как твердого тела. Здесь важную роль играют энергетические состояния электронов вещества катализатора в твердом состоянии и геометрия атомов в кристаллической решетке.