Up to four multiple steady states were experimentally observed by hydrogenating cyclohexene on $Pt/Al_2O_3$ catalyst having bimodal pore size distribution. The catalyst, in the form of 3/16 inch by 3/16 inch cylindrical pellet containing 5.6 wt % platinum of -alumina support, was imbedded in a bed of inert -alumina pellets of similar size to isolate the effect of individual catalyst pellet. The reaction condition was varied by means of hydrogen partial pressure in the reactant mixture. The reaction was run at four different temperatures, i.e. 15, 22, 30, and 40℃.
From experimental evidences and numerical calculations, these multiple steady states were interpreted as the rates of vapor-filled catalyst, liquid-filled catalyst, and catalysts wherein liquid is filled in all of its micropores and in part of its micropores. The transition of phase was apparent from a sharp increase in observed reaction rate as a results of differences in intrinsic kinetics and mass transfer rate in the catalyst pellet.
An explanatory scheme on the intriguing behavioral characteristics of the reaction rates was proposed.
백금 촉매를 사용한 cyclohexene 의 수소 첨가 반응에서 4가지의 다중정상 상태가 같은 반응조건에서 실험적으로 관찰되었다. 촉매는 $3/16 inch \times 3/16 inch$ 크기의 원통형으로써 백금 함량이 5.6wt%인 촉매이었으며 반응시 촉매 상호간의 영향을 배제하기 위하여 비슷한 크기의 활성이 없는 $\alpha$-alumina 입자들로 충진된 층내에서 분산 위치시켰고 항상 반응온도에서 cyclohexene 으로 포화된 반응물과 접촉하게 하였다. 반응혼합물내의 수소의 분압을 조절함으로서 반응조건을 변화 시켰으며, $15,\; 22,\; 30,\; 40\,^\circ\!C$ 의 4가지 반응온도에서 실험하였다.
4가지 다중정상 상태의 반응속도들은 촉매내부가 기상의 반응물로 채워져 있을 때, 촉매내부가 액상의 반응물로 채워져 있을 때, 촉매의 micropore 내부가 액상의 반응물로 채워져 있을 때, 촉매의 micropore 내부의 일부분이 액상의 반응물로 채워져 있을 때의 반응속도들로 해석 되었다.
촉매내부의 상의 변화는 상변화에 따른 물질전달 속도와 intrinsic kinetics 의 차이로 말미암아 급격한 반응속도의 변화로서 선명히 관찰 되었으며 물질전달 속도의 변화는 random pore model 에 의해서 추론되는 유효확산 계수의 변화로서 잘 설명되었고 intrinsic kinetics 의 변화는 micropore 내부가 액상에서 기상으로 바뀔 때 액상 반응속도에서 기상반응속도로 바뀌어짐으로서 잘 설명되었다.
촉매내부가 기상으로 유지될 때의 반응속도는 촉매외부의 물질전달과 열전달에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며 특히 물질전달의 영향이 더더욱 큰 것으로 관찰되었다. 반면 촉매내부가 액상일 때의 반응 속도는 위의 두 가지 영향들이 거의 무시될 수 있는 것으로 관찰되었다. 또한 이때의 반응속도는 촉매내부의 일부분 또는 전부가 기상일 때의 반응속도보다 매우 작아서 거의 무시할 수 있는 정도임이 관찰되었다.
