OBJECTIUS

Donar els fonaments moleculars d'actuació dels catalitzadors, tot descrivint propietats , preparació, caracterització i aplicacions en reactors químics.

PROGRAMA

1. Introducció

Reaccions catalitzades i catàlisi heterogènia. La superfície dels sòlids. Defectes: dislocacions i altres. Descripció general de la catàlisi heterogènia. Activitat catalítica, especificitat i selectivitat. Desactivació de catalitzadors, mecanismes.

2. Processos a la superfície dels sólids

Les interaccions moleculars i el procés d'adsorció. Fisisorció i quimisorció. Isotermes d'adsorció. Isoterma de Langmuir i teoria cinètica. Comportament de molècules adsorbides. Difusió molecular. Transferència d'energia sobre superfícies. Coeficient d'adsorció i la seva mesura. La teoria dels precursors en la quimisorció. Estudi d'alguns casos particulars. Desorció. Corbes de desorció i la seva interpretació.

3. Cinètica catalítica heterogènia

Etapes i models cinètics. Mecanismes de Langmuir-Hinshelwood i de Rideal-Eley. Aplicació de la teoria de l'estat de transició.Estudi d'algunes reaccions d'interès. Cinètica de desactivació, exemples.

4. Catalitzadors que operen en fase heterogènia

Conceptes bàsics: fase activa, suport, promotor. Classificació dels catalitzadors segons la seva fase activa: metalls, òxids metàllics, sals metàlliques, catalitzadors bifuncionals. Exemples d'ús industrial.

5. Preparació de catalitzadors

Factors a considerar en el seu disseny. Tipus de catalitzadors. Suports més usuals, preparació, característiques i química superficial. Precursors més usuals. Mètodes de preparació: coprecipitació, impregnació, deposició i altres mètodes. Regeneració de catalitzadors. Exemples d'interès tecnològic.

6. Caracterització dels catalitzadors

Mètodes d'adsorció per a la determinació de l'àrea superficial i distribució de la grandària dels porus. Quimisorció selectiva per a la determinació d'àrees específiques de fases actives. Processos tèrmics programats (TPR, TPO, TPD). Espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X. Espectroscòpia Auger, difracció de raigs X, microscòpia electrònica. Espectroscòpia IR. Altres tècniques. Exemples d'aplicació.

7. Transferència externa de matèria i calor

Model cinètic i resistència controlant. Coeficients de transferència de matèria i de transmissió de calor. Relació entre els gradients externs de concentració i temperatura. Estimació dels gradients externs. Criteris de Mears.

8. Transferència interna de matèria i calor

Mecanismes de transport intrapartícula: difusivitat i conductivitat tèrmica efectives. Difusió amb reacció a una partícula isoterma de catalitzador: concepte de factor d'eficàcia. Criteri de Weisz i criteri generalitzat de Bischoff. Determinació del règim controlant. Factor d'eficàcia en partícules no isotermes.

9. Reactors catalítics

Reactors catalítics de laboratori: tancs agitats discontinu i continu, tubulars continu i amb recirculació. Modalitats d'operació: reactors diferencial i integral. Interpretació de les dades. Reactors catalítics industrials. Reactors fluid-sòlid: reactor tanc agitat, de llit fix, de llit fluïditzat i de llit mòbil. Reactors gas-líquid-sòlid: amb catalitzador en suspensió i de degoteig. Factors a tenir en compte en l'elecció de reactors catalítics. Exemples de reactors industrials.

BIBLIOGRAFIA

" G.C. BOND, Heterogeneous Catalysis, Principles and Applications, Clarendon Press, Oxford, 1987.

" J.J. CARBERRY, Chemical and Catalytic Reaction Engineering, McGraw-Hill, New York, 1976.

" R.P.H. GASSER, An Introduction to Chemisorption and Catalysis by Metals, Clarendon Press, Oxford, 1987.

" K.J. LAIDLER, Chemical Kinetics, Harper & Row, New York, 1987.

" J.A. MOULIJN et al, (eds.), Catalysis. An Integrated Approach to Homogeneous, Heterogeneous and Industrial Catalysis,Studies in Surface Science and Catalysis, vol 79, Elsevier, 1993.

" O. LEVENSPIEL, Ingeniería de las Reacciones Químicas, Reverté, 1974.

" O. SATTERFIELD, Heterogeneous Catalysis in Practice, McGraw-Hill, New York, 1980.

" F. WILKINSON, Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms, Van Nostrand Reinhold, New York, 1980.

AVALUACIÓ

Examen al final del semestre