Получить предложение

Кинетика Ленгмюра-Хиншельвуда для каталитического окисления бутана

Рассматрен механизм Лэнгмюра-Хиншельвуда для реакции окисления бутана на твёрдом катализаторе
В работе рассматривается механизм Лэнгмюра-Хиншельвуда для реакции окисления бутана на твёрдом катализаторе. Выведены кинетические уравнения для двух случаев: лимитирующая стадия — поверхностная реакция, лимитирующая стадия — адсорбция толуола (компонент B).

Схема реакции каталитического окисления бутана

Схема реакции каталитического окисления толуола по механизму Ленгмюра-Хишельвуда
Обозначения:
A: Кислород [O2]
B: Бутан [VOC]
C: Диоксид углерода [CO2]
D: Вода в газовой фазе [H2O]
Х: Активный центр катализатора

Адсорбционное равновесие

Уравнения адсорбционного равновесия каталитического окисления толуола
Обозначения механизма Ленгмюра для окисления толуола
Обозначения для изотермы Ленгмюра для многокомпонентной системы

Поверхностная реакция как лимитирующая стадия

Контроль поверхностной реакцией для модели Ленгмюра-Хиншельвуда
Уравнение адсорбционного равновесия модели Ленгмюра-Хиншельвуда

Контроль со стороны адсорбции бутана (компонента B)

Уравнения для контроля адсорбцией VOC (компонента B) модели Ленгмюра-Хиншельвуда
Кинетические уравнения каталитического окисления толуола по модели Ленгмюра-Хиншельвуда

Основные выводы и рекомендации

  1. Для каталитического окисления бутана возможны две лимитирующие стадии – скорость процесса может контролироваться либо поверхностной реакцией (уравнение 14), либо адсорбцией бутана (уравнение 19).
  2. Поверхностная реакция требует наличия свободного активного центра в степени n=1,5 – наличие множителя Сv уравнении (5) указывает на ассоциативный механизм.
  3. Продукты реакции (CO₂ и H₂O) ингибируют процесс – члены KC*CC и KD*CD в знаменателе кинетических уравнений отражают конкурентную адсорбцию продуктов.
  4. Наблюдается самоингибирование бутаном – при высоких концентрациях VOC рост знаменателя приводит к падению скорости реакции.
  5. Смена лимитирующей стадии возможна при изменении температуры – температурная зависимость констант адсорбции и константы скорости может приводить к переходу от одного режима к другому.
  6. Для проектирования реактора не следует работать при избытке бутана – это приводит к блокировке поверхности и снижению производительности.
  7. Катализатор должен обладать высокой адсорбционной способностью по кислороду – большое значение KA способствует протеканию реакции. Реакция имеет высокий порядок по кислороду (6,5) – это следует из стехиометрии суммарной реакции окисления бутана.

Читайте также:

Общий механизм Ленгмюра-Хиншельвуда в реакциях каталитического окисления летучих органических соединений (VOC)

Каталитическое окисление: механизмы, кинетика и особенности процесса

Получить предложение
Будем рады диалогу и сотрудничеству!
Оставьте контактные данные — мы свяжемся с вами в ближайшее время и предложим решение.