ÉTUDE DYNAMIQUE DE LA RÉACTION : VITESSE oPrTIMA

(*) La teneur expérimentale trouvée par Claude {loc. cit.) à roooû!" et 6009 est 29 pour 100. Étant donné que le chiffre théorique 26,5 a été obtenu par une extrapolation assez lointaine d’autres résultats cxpérimentaux, on voit que la concordance est assez satisfaisante.

LÉSRR D ES

La nécessité d’opérer à haute pression entraîne forcément l’obligation d'opérer avec des appareils de petites dimensions et par conséquent avec de petits espaces catalytiques. Le fait d’opérer en circulation continue diminue limportance d’une ‘teneur élevée en ammoniaque dans les gaz ayant réagi. Pour ces deux raisons, le facteur le plus intéressant à considérer sera le poids maximum d’ammoniaque formée par unité de temps et par unité de volume d’espace catalytique dans les conditions optima de fonctionnement. C’est ce que l’on peut appeler le « rendement espace-temps d’un catalyseur ». Dans les expériences qui suivent, ce rendement est exprimé suivant les cas en grammes ou en kilogrammes d’ammoniaque par heure et par litre de catalyseur.

Dans l’étude de chaque catalyseur, il faudra donc dresser une série de courbes donnant la valeur de ce rendement « espacetemps » à diverses températures, en fonction de la vitesse du mélange gazeux réactionnel définie par le volume de gaz passant par heure et par litre de catalyseur. L’expérience montre que chacune de ces courbes passe par un maximum. Il y a done pour chaque température une vitesse optima, ‘et pour chaque vitesse une température optima.

Nous appellerons par la suite, vitesses et températures oplima, les vitesses et températures correspondant au maximum le plus élevé. Pour les faibles vitesses de gaz, le rendement espace-temps est plus élevé pour les températures un peu inférieures à la température optima que pour cette dernière, par suite de l'équilibre plus favorable et de la grande durée de contact.

Il ne s’agit ici bien entendu que de vitesses optima théoriques ; en pratique, d’autres considérations interviennent et il peut être plus avantageux d’opérer avec des vitesses plus faibles.

Il est bon de voir à quoi correspond théoriquement ce maximum expérimental. Sans rien préjuger d'avance sur le mécanisme de la catalyse, on voit que, la vitesse du courant gazeux V étant inversement proportionnelle au temps de contact {, le rendement espace-temps M étant proportionnel au produit de la vitesse du courant gazeux par la concentration x, enfin t étant une fonction plus ou moins compliquée de æ, on aura

É— De M=PV?, LC CE).

NT

M s’annule pour V — oetx — 0; or pourz = 0,t=0et V=+c, il s'ensuit nécessairement que les courbes représentatives de M en fonction de V devraient avoir l’allure ci-dessous.

Fig. 2.

La courbe doit devenir asymptote à l’axe des V. Cette différence entre les courbes théoriques et les courbes expérimentales tient vraisemblablement à ce que, pour les grandes vitesses de gaz, le catalyseur peut être refroidi par le mélange gazeux, les échanges de température n’ayant plus le temps de se faire convenablement; en outre, si le catalyseur n’est pas uniformément réparti, 1l peut se produire des sortes de cheminées dont l'effet doit se faire surtout sentir pour les grandes vitesses. Il ne faudrait donc pas attribuer trop d'importance à ces maxima expérimentaux qui ne sont pas entièrement caractéristiques d’un catalyseur, mais qui peuvent dépendre du type d’appareil employé et de la disposition du catalyseur à l’intérieur de ce dernier.

Si l’on veut faire une étude cinétique plus approfondie, on ne peut dans ce cas appliquer la relation fondamentale

dx

1 ie !

Fe K;c?Az? x c? H?2— K, c Az H3

qui n’est valable que pour les réactions homogènes, pour un catalyseur gazeux, par exemple. En fait, cette relation appliquée aux chiffres expérimentaux trouvés conduit pour K, à des valeurs croissant en sens inverse des valeurs du temps, ce qui montre bien que le mécanisme du phénomène est différent. La meilleure définition que l’on puisse donner d’un catalyseur est : un corps qui, sans changer les termes d’une réaction, en modifie la vitesse. Dans le cas du type de catalyseur qui nous occupe, la réaction est profondément modifiée dans son mécanisme même, car, vraisemblablement, la réaction homogène première doit être remplacée par deux ou plusieurs réactions hétérogènes entre les

gaz et le catalyseur. Les questions de surface et de tensions superficielles jouent un rôle important et la complexité du phénomène ne permet pas de déduire de ces considérations des relations concordant avec les chiffres expérimentaux trouvés.