Способность катализатора направлять реакцию в сторону определенного продукта называется селективностью.

Селективность.

Активные центры катализатора.

Поверхность любого твердого тела неоднородно (Тэйлор). На поверхности есть места, которые химически или координационно ненасыщенны. На поверхности катализатора имеются активные центры, адсорбция и катализ протекают преимущественно на активных центрах катализатора.

 

Селективность (С) называют отношение скорости данной реакции к сумме скоростей всех реакций, протекающих на данном катализаторе в тех же условиях с участием реагентов:

С = r/∑ri (9)

Величины r должны быть выражены в одних и тех же единицах размерности. Селективность измеряется в процентах по отношению к суммарному превращению.

Одной из важнейших характеристик протекания химической реакции является степень превращения, или конверсия (Х). Конверсия выражает долю (в %) образующегося продукта реакции по отношению к исходному веществу (реагент).

В технологических и в практических работах часто применяют понятие «выход» (В).

Выходом (в %) называют количество целевого продукта, образующегося в результате всей суммы операций в реакторе и отнесенное к количеству поступающего сырья (реагента).

В большинстве случаев В = ХС и меньше 100 %.

В некоторых случаях (в нефтепереработке) принято измерять не массу, а объем продуктов. Поэтому, если плотность продуктов меньше плотности реагентов, выход продуктов может формально превышать 100 %.

Селективность используется для управления ходом каталитической реакции. Из одних и тех же веществ появляется возможность получить различные вещества:

СО + 2Н2 → СН3ОН в присутствии ZnO –Сr2O3 катализатора

4СО + 6Н2 → С4Н9ОН + Н2О в присутствии ZnO –Сr2O3 – щелочь катализатора.

СО + 3Н2 → СН4 + Н2О на Ni – катализаторе.

СО + nН2 → СnH2n+2 + H2O на цеолитном катализаторе.

Иногда селективность является более важным свойством, чем каталитическая активность.

Так, например, при горении аммиака образуются азот, окислы азота и вода:

 

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O - горение

4NH3 + 4O2 → 2N2O + 6H2O - окисление

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O - окисление

 

Различают селективность - дифференциальную:

Дифференциальной селективностью (Сдиф.) называют отношение скорости образования целевого продукта к сумме скоростей всех реакций, протекающих на данном катализаторе в тех же условиях исходного вещества по всем направлениям:

Сдиф. = r/∑ri (10)

Интегральной селективностью (Синт..) называют отношение количества исходного вещества, пошедшего на образование продукта к сумме израсходванного вещества по всем направлениям:

Синт. = nисх.вещ. / ∑nизрасх.вещ. (11)

Объемная скорость (ч-1) – отношение объема исходного вещества в единицу времени (см3/ч) к объему катализатора (см3):

О.С. = Vисх.вещ./Vкат (12)

Время контакта (τ, с) – время в течение которого вещества находятся в соприкосновении с катализатором:

τ = 3600/О.С. (с) (13)