Cataliză și tori, substanțe. modificarea ratei reacțiilor chimice prin interacțiunea chimică intermediară repetată cu participanții la reacții și care nu fac parte din produsele finale (vezi Cataliză). Catalizatorii sunt omniprezenți în sălbăticie și folosiți pe scară largă în industrie. Mai mult de 70% din toate transformările chimice ale substanțelor. iar printre producțiile noi, mai mult de 90% se realizează cu ajutorul catalizatorilor. Catalizatori diferiți. emise de industrie, sunt clasificate în funcție de tipul reacțiilor catalizate (acid-base, redox); prin procese catalitice sau grupuri de caracteristici ale proiectării lor hardware și tehnologie (de exemplu, catalizatori de sinteză a amoniacului de cracare petroliere catalizatori pentru utilizare în patul fluidizat ..); prin natura substanței active (metal, oxid, sulf, organometalic, complex etc.); privind metodele de preparare. Unele tipuri de catalizatori. utilizate în industrie, sunt prezentate în tabelul nr. Cu ajutorul catalizatorilor proteici - enzime - există un metabolism în toate organismele vii.
Procesele și trăsăturile lor
Catalizatori și unele dintre caracteristicile lor
sisteme cu un strat dens de mișcare
sistemele cu pat fluidizat
Microsfere catalitice. dimensiunea particulelor 0,08-0,2 mm
Nichel (5-25%) pe un purtător rezistent la căldură (de obicei pe bază de oxid de aluminiu); cilindric
Granule, inele și bile granulate de 10-20 mm
Cea mai importantă proprietate a catalizatorilor este specificitatea acțiunii: fiecare reacție chimică sau un grup de reacții omogene poate fi accelerată numai prin catalizatori destul de definiți. Cel mai clar, specificitatea catalizatorilor se manifestă prin faptul că pot determina direcția de reacție, se formează diferite produse în funcție de tipul de catalizator din aceleași materii prime. De exemplu, metanul poate fi produs dintr-un amestec de monoxid de carbon și hidrogen în prezența unor catalizatori diferiți. amestec de hidrocarburi lichide. hidrocarburi solide cu masă moleculară mare. amestecuri de compuși cu conținut de oxigen cu compoziție variată, alcooli metil sau izobutil și alte produse. O măsură a specificității catalizatorului este selectivitatea (selectivitatea); este estimată prin raportul vitezei reacției dorite la rata de conversie totală a materiilor prime în prezența acestui catalizator. Un alt indicator important al proprietăților catalitice ale substanțelor este activitatea catalitică. exprimată sub forma unei diferențe în vitezele aceleiași reacții. măsurată în alte condiții egale în prezența și absența unui catalizator. Activitatea catalitică se referă la unitatea de masă, volum, concentrație sau suprafață a catalizatorului. Activitate. se referă la 1 m2 de suprafață a catalizatorului. se numește activitate catalitică specifică. Dacă reacția nu are loc fără catalizator, viteza de reacție este luată ca măsură de activitate în anumite condiții, raportată la unitatea de cantitate a acestui catalizator. Datorită specificității catalizatorilor, este posibilă compararea activității catalitice a substanțelor numai în ceea ce privește aceeași reacție. În studiile aplicate, activitatea catalizatorilor este adesea exprimată în termeni de productivitate - cantitatea de produs obținut (sau substanța reacționată) per unitate de timp per unitate de volum de catalizator. și selectivitatea - sub formă de ieșire a produsului țintă în raport cu teoreticul posibil.
Alături de alte activități și performanță selectivitatea catalizatorilor este stabilitatea, care determină adesea fezabilitatea utilizării industriale a catalizatorului într-un anumit proces. Industrial Catalizatori activitatea și selectivitatea lor ca urmare a diferitelor reacții secundare, de exemplu, datorită interacțiunii cu impuritățile care provin din materiile prime sunt schimbate, scădere în timp (așa-numita otrăvire. Cm. Otrăvurile catalizatorului), sinterizare și recristalizare substanță catalizatorului sub influența temperaturilor ridicate sau a mediului de reacție (îmbătrânire), depunerea de substanțe rășinoase și cocs pe suprafața catalizatorului. reducerea adsorbției în putere (efect Rehbinder). Prin urmare, după un anumit timp, catalizatorii. dacă este posibil, supuse unui tratament special (regenerare) sau înlocuite cu cele proaspete. Durata de viață a catalizatorilor industriali în procese continue în aparate cu pat fix este de 6-36 luni în medie. Catalizatorii cei mai stabili operează continuu mai mult de 10 ani (de exemplu, catalizatori de vanadiu pentru oxidarea CO2). Catalizatori. a căror viață este mai mică de 1-2 luni. în reactoare cu pat fix, de regulă, nu sunt utilizate. Pentru astfel de catalizatori și catalizatori. Employed pentru cicluri scurte frecvente cu regenerare (de exemplu, catalizatori de cracare aluminosilicați. Catalizatori hidrocarburi dehidrogenare) este uneori eficient de a utiliza reactoarele cu un mobil, în particular un pat de catalizator fluidizat.
În procesele catalitice omogene, anumiți compuși chimici sau amestecurile lor sunt utilizați ca catalizatori; Proprietățile catalitice ale catalizatorilor în acest caz sunt în întregime determinate de compoziția și structura lor chimică. În industrie, se utilizează în mod predominant procese catalitice eterogene cu catalizatori solizi sub formă de granule poroase cu o suprafață internă dezvoltată. Proprietățile catalitice ale catalizatorilor solizi depind, în plus față de compoziție și structură, de valoarea suprafeței lor interne și a structurii poroase. Etapele necesare ale proceselor catalitice pe catalizatorii solizi sunt transferul de substanțe reactive. produse și fluxul de căldură între amestecul de reacție și suprafața exterioară a granulelor de catalizator (transfer extern) și transferul substanțelor și căldura din interiorul granulelor de catalizator poros (transfer intern). Cel mai adesea, activitatea catalizatorilor industriali este influențată de transportul substanțelor prin difuzie internă. Dacă viteza sa este insuficientă, gradul de utilizare (eficiența) catalizatorilor scade și intensitatea totală a procesului scade. Mai mult, poate reduce randamentul intermediarilor instabile, care sunt capabile de transformare în continuare pe suprafața catalizatorului. care în multe cazuri sunt vizate (de exemplu, în procesele de oxidare parțială a hidrocarburilor). Rata de transfer a difuziei în interiorul granulelor catalizatorului este determinată de structura sa poroasă. În cazul în care reactanții sunt în fază gazoasă, pentru reacții lente este oportun să se utilizeze catalizatori cu o suprafață maximă și dezvoltat diametrul porilor interior de aproximativ 1 10 -7 m oferind rata contra difuziei necesară a moleculelor de reactanți și produse. Pentru reacții. care apar la o rată medie (10,2 kmoli / h per 1 m3 de catalizator), diametrul porilor optim la structura odnorodnoporistoy corespunde drumul liber al moleculelor. La presiunea atmosferică este de circa 1,10 - 7 m și scade cu presiune tot mai mare. In multe cazuri, cea mai favorabilă este ramificată structura de cereale raznorodnoporistaya atunci când un transport mare de pori mici pori adiacente, creând o suprafață interioară mare. La presiunea atmosferică trecerea de la boabe la o structură cu structură de boabe odnorodnoporistoy raznorodnoporistoy ramificata îmbunătățește activitatea catalizatorului pe unitatea de volum de 3-9 ori. Dezvoltarea ideilor despre efectul structurii poroase asupra activității și selectivității catalizatorilor. dezvoltarea de metode pentru studiul activității catalitice specifice și structura poroasă și utilizarea calculatoarelor pentru procese matematice de modelare complexe create premisele pentru tranziția de la metodele științifice empirice pentru dezvoltarea catalizatorilor industriali.
Pentru prepararea catalizatorilor se folosesc diferite metode - precipitarea din soluții. impregnarea, amestecarea (de exemplu, în cazul catalizatorilor amestecați), fuziunea urmată de leșierea porțiunii inactive (catalizatori scheletici) etc. Mulți catalizatori sunt supuși unui tratament special de activare, înainte de utilizare, în timpul căruia se formează o substanță activă (de exemplu, un metal în stare foarte dispersată ca urmare a reducerii oxizilor) și formează o structură poroasă. Pentru a stabiliza starea sau economia foarte dispersată, substanța activă (de exemplu platina) este distribuită pe suprafața transportatorului. Diferite substanțe sunt utilizate ca purtători. Stabil în condiții de proces, de exemplu alumină. silicagel. silicați sintetici și naturali. carburanții activi etc. Carrierul poate avea un efect asupra proprietăților catalitice, iar pentru catalizatorii industriali, alegerea purtătorului este de mare importanță.
Există o tendință de tranziție de la catalizatori cu o singură componentă, de la compoziția simplă, la multicomponenți și polifuncționali complexi. Acestea din urmă au zone pe suprafață care diferă în ceea ce privește natura acțiunii catalitice. Pe catalizatorii polifuncționali, într-un singur aparat, o serie de transformări chimice succesive apar într-o singură trecere a amestecului de reacție și deseori, în special în cazul instabilității intermediarilor. cel mai bun randament al produsului dorit este obținut în comparație cu procesul separat prin intermediul catalizatorilor monofuncționali. Polifuncțional sunt, de exemplu, catalizatorul Lebedev pentru producerea de divinil din alcool etilic. un catalizator de aluminoplatinum pentru producerea de benzine cu cifră octanică ridicată etc. Sunt de asemenea folosite din ce în ce mai mult catalizatori promovați. a căror activitate este substanțial crescută prin adăugarea de substanțe (promotori), care, luate separat, nu pot avea proprietăți catalitice.
Pentru fiecare proces industrial, aveți nevoie de propriul dvs. catalizator. care posedă complexul optim de proprietăți. Prin urmare, se produce un număr mare de catalizatori diferiți. diferă în ceea ce privește compoziția chimică, structura poroasă, dimensiunea și forma granulelor.
Volumul producției mondiale de catalizatori este de 500-800 mii tone pe an; se produc aproximativ 250 de tipuri de catalizatori de bază. fiecare tip include un număr de soiuri. Între catalizatori omogeni. produse în țări diferite sau firme diferite, există anumite diferențe, în special între catalizatorii noilor procese. Există o concentrație de producție de catalizatori peste tot. Se creează mari fabrici de catalizatoare și ateliere care permit îmbunătățirea calității produselor, mecanizarea și automatizarea producției și catalizatorii înșiși. produse anterior numai pentru consum în cadrul întreprinderilor, au început să acționeze ca produse de bază pe piața internă și internațională.
Lit. Proprietăți catalitice ale substanțelor. Director, de obicei. Ed. VA Roiter, K. 1968; Structura poroasă a catalizatorilor și a proceselor de transport în cataliză eterogenă (IV International Congress on Catalysis, Symposium III), Novosib. 1970; Fundații științifice pentru selectarea catalizatorilor pentru reacții catalitice eterogene. Sat. ed. S.Z. Roginsky, M. 1966; Bază științifică pentru selectarea și producerea catalizatorilor. Sat. ed. G. K. Boreskov, Novosib. 1964; Catalizatori multifuncționali și reacții complexe. per. cu engleza. M. 1965; Cataliza. Întrebări privind selectivitatea și stereospecificitatea catalizatorilor. per. cu engleza. M. 1963; Metode de studiere a catalizatorilor și a reacțiilor catalitice. t. 1-3, Novosib. 1965. A se vedea, de asemenea, lit. la art. Cataliza.
GK Boreskov, AA Samakhov.
Articole similare
-
Dinas refractories - o enciclopedie mare de petrol și gaze, articol, pagina 1
-
Metoda fazei lichide - o enciclopedie mare de petrol și gaze, articol, pagina 1
-
Respirația - o bacterie - o enciclopedie mare de petrol și gaz, articol, pagina 1
Trimiteți-le prietenilor: