акції реалізується. Якщо вважати правильною послідовну схему, необхідно швидко відводити продукти неповного окислення етилену із зони реакції, швидко охолоджувати реакційну суміш. Якщо ж виходити з паралельної або послідовно-паралельної схеми окислення, то необхідно звертати особливу увагу на підбір каталізатора і можливості зміни його властивостей.
Кінетика окиснення етилену на срібному каталізаторі досліджувалася в ізотермічному режимі при 218 ° С в безградіентном реакторі в широкому інтервалі концентрацій етилену, кисню, оксиду етилену, води і двоокису вуглецю.
При виведенні кінетичних рівнянь було враховано стаціонарне перебіг процесу, використані уявлення теорії адсорбції Ленгмюра і зроблено декілька припущень щодо механізму процесу. Вважається, що адсорбований молекулярний кисень швидко розпадається на атоми, що покривають більшу частину поверхні каталізатора. Потім атомарний кисень взаємодіє з етиленом, утворюючи одночасно оксид етилену, діоксид вуглецю і воду.
Ці продукти адсорбуються на поверхні каталізатора і зменшують каталітичний ефект срібла.
Схема механізму окислення така
.
.
.
.
/
Про
5.
|
6.
7.
У рівнянні швидкості утворення окису етилену, відповідному передбачуваної схемою, швидкість утворення оксиду етилену дорівнює:
де - константи швидкостей;
- константи рівноваги окремих стадій процесу, що залежать від температури;
i-стадія процесу.
Рівняння швидкості утворення діоксиду вуглецю W 2 має такий же вигляд з тією лише різницею, що в чисельнику замість варто .
При розгляді закономірностей окислення етилену на срібному каталізаторі необхідно враховувати, що зі зміною хімічного складу каталізатора можуть помітно змінюватися вид кінетичних рівнянь і різнитися значення енергії активації.
Однією з причин різноманіття кінетичних рівнянь процесу окислення етилену є незнання стану поверхні каталізатора і істинного (точного) механізму протікають реакцій, отже, необхідність в спрощують припущеннях при виведенні кінетичних залежностей процесу. На швидкість процесу окислення роблять серйозний вплив макроскопічні чинники, наприклад, швидкість подачі вихідних речовин до поверхні каталізатора і відводу від неї тепла. При недотриманні, наприклад, умов теплового балансу каталізатор може перегрітися, внаслідок цього його вибірковість і продуктивність зменшуватися. Особливо важливе значення набувають співвідношення швидкостей хімічної реакції, масо-і теплопередача при проектуванні контактних апаратів.
Наведемо загальні закономірності процесу окислення етилену в оксид етилену на сереб-ряном каталізаторі:
. Характерною особливістю каталітичного окислення етилену в оксид етилену є висока вибірковість каталізатора.
2. Причина вибірковості полягає в активації молекул реагентів на поверхні каталізатор і утворення активних проміжних комплексів і речовин. Можна вважати встановленим, що на поверхні каталізатора адсорбуються одночасно і кисень і етилен, причому кисень утворює з каталізатор супероксид срібла АgО 2, тобто зв'язок кисень - кисень зберігається. Ймовірним перехідним активним компонентом є комплекс, що об'єднує етилен і супероксид срібла, а першим проміжним Cоединение перекис етилену. В цілому окислення етилену йде по перекисному механізму, що узгоджується перекисной теорією Баха-Енглера.
. Завдяки перекисному механізму при окисленні етилену можливі паралельні процеси утворення оксиду етилену, двоокису вуглецю і води залежно від хімічної природи каталізатора, макрокінетіческіх факторів, температури, тиску і так далі. Послідовне окислення етилену в оксид етилену, а потім окису етилену в двоокис вуглецю і воду може протікати лише при підвищених температурах.
. В даний час механізм окислення етилену можна вважати повністю з'ясованим. Не вивчені багато елементарні акти і склад проміжних речовин, не зовсім зрозумілий механізм гальмування процесу утворюються продуктами. Це ускладнює виведення загальних законів і робить кінетичні рівняння в значній мірі формальними.
. Першорядне значення при каталітичному окисленні етилену мають макроскопічні чинники, і особливо процеси теплопереносу, оскільки при надмірному розігріві каталізатора може початися горіння, що різко скорочує вихід оксиду етилену і погіршує властивості каталізатора.
У промислових умовах температура контактування становить 230-315 С. Ступінь конверсії етилену з зростанням температури підвищується. За оптимальних умов конверсія етилену становить за прохід 30-50%. Окислення етилену зазвичай проводиться під тиском 8-20 атм, а іноді і під більш високим.
