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Praktikum Dehydratisierung

Einführung zum Praktikumsversuch Dehydratisierung

Bedeutung der Katalyse

Katalysatoren beschleunigen die Einstellung des Gleichgewichtes einer chemischen Reaktion, deshalb wird der Großteil der in der chemischen Industrie angewandten Verfahren mit Hilfe von Katalysatoren durchgeführt. Grundsätzlich wird zwischen homogen und heterogen katalysierten Reaktionen unterschieden. Während bei heterogen katalysierten Reaktionen immer Phasengrenzen zwischen dem Katalysator und den Reaktanten vorliegen, befinden sich bei der homogenen Katalyse Katalysator und Reaktanten in einer Phase.

Effektivität und die Katalysatoreigenschaften von homogenen und heterogenen Katalysatoren werden in nachfolgender Tabelle verglichen.

Vergleich homogener und heterogener Katalysatoren

Ein wesentlicher Vorteil der heterogenen Katalyse ist die leichte Abtrennung der Reaktionsprodukte vom Katalysator. Deshalb werden in der Mehrzahl heterogen-katalytische Verfahren in der chemischen Großindustrie angewandt.

Effektive Katalysatoren zeichnen sich durch hohe katalytische Aktivität, Selektivität und Stabilität aus.

Quantitative Beschreibung der chemischen Reaktionen

Die katalytische Aktivität wird durch die Reaktionsgeschwindigkeit ausgedrückt. Die Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeiten bei heterogen katalysierten Reaktionen ist jedoch meist nicht einfach, so dass als Maß für die katalytische Aktivität oft der Umsatz bei konstanten Reaktionsbedingungen oder die Reaktionstemperatur für einen vorgegebenen Umsatz verwendet wird.

Der Umsatz ist dabei das Verhältnis der umgesetzten Mole eines Eduktes zu dessen eingesetzter Molzahl.

X A = n A 0 n A n A 0 X A = Umsatz Stoff A n A = Stoffmenge vom Stoff A n A 0 = Stoffmenge vom Stoff A bei t = 0

Die Selektivität einer Reaktion gibt an, welcher molare Anteil eines Eduktes A zum gewünschten Produkt P umgesetzt wird.

S P = n P n P 0 n A 0 n A | ν A ν P | S P = Selektivität Stoff P n A , n P = Stoffmenge vom Stoff A oder P n A 0 , n P 0 = Stoffmenge vom Stoff A oder P bei t = 0 ν A , ν P = Stöchiometrische Koeffizienten

Eine weitere wichtige Größe ist die Ausbeute. Sie ergibt sich aus:

A P = S P X A A P = Ausbeute Stoff P S P = Selektivität Stoff P X A = Umsatz Stoff A

Die Stabilität eines Katalysators gegenüber chemischen, thermischen und mechanischen Einflüssen bestimmt dessen Laufzeit in Reaktoren. Das Absinken des Umsatzes mit der Laufzeit (Katalysatordesaktivierung) kann durch Verkokung, Sinterung, Vergiftung oder mechanischen Abrieb des Katalysators erfolgen.

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