Тақырып: Өндірістік органикалық катализ. Анықтамасы, қолдану

Тақырып: Өндірістік органикалық катализ. Анықтамасы, қолдану

облысы, мақсаты

Қазіргі уақытта химиялық және мұнай-химиялық өнеркәсіптерде каталитикалық процестерде қолданылады. Практикалық мәні бар қөптеген химиялық реакциялар, катализатор қатысында жүзеге асады. Химиялық және мұнайхимиялық өндірістердің өтетін процестердің 90%-да каталитикалық реакциялар қолданылады.

Катализатор деп реакцияны тездетіп, оның бір немесе басқа қарапайым сатыларына қатысып, бірақ мұнай қайталанылатын әрекеттесулерден химиялық өзгермей шығатын заттарды айтады.

Катализаторлар химиялық реакциялардың активтену энергиясын төмендетуге мүмкіндік береді және сонымен бірге олардың химиялық жылдамдығын арттырады. Реакцияларды катализатор қатысында жүргізу процесс температурасын күрт төмендетуге мүмкіндік береді.

Катализатор химиялық заттармен активті әрекеттеседі, бірақ оның процесте қатысуы өзгерістердің бастапқы сатыларымен ғана шектеледі. Келесі сатыларда катализатор толығымен регенерацияланады және әрекеттесуші заттардың молекулаларымен қайтадан әрекеттесуі мүмкін. Бұнымен реакцияның өте көп мөлшердегі соңғы өнімін алу үшін катализатордың азғантай мөлшері жеткілікті екенін түсінуге болады.

Катализдік реакциялардың жіктелуі катализатор және әрекеттесуші заттардың фазалық күйінен шығады. Катализдің негізгі екі типі бар: гомогенді және гетерогенді.

Гомогенді катализ кезінде катализатор және әрекеттесуші заттар бір фазада болады және біртекті жүйе түзеді, мысалы, газдар қоспасы немесе сұйық ерітінді. Гетерогенді катализ кезінде әрекеттесуші заттар және катализатор әртүрлі агрегатты күйде: катализатор-қатты әрекеттесуші заттар – газ немесе сұйық күйде болады.

Катализ механизмдерін қарастыру кезінде барлық каталитикалық реакциялар қышқылдық – негіздік және тотығу-тотықсыздану болып бөлінеді.

Сутегі ионын (протонды) үзу немесе қосып алумен жүретін, сондай-ақ әрекеттесуші заттардағы бас электрон жұбы ажыратылмастан комплексті қосылыстардағы координациялық байланысты түзетін катализдік реакциялар қышқылдық-негіздік немесе иондық деп аталады.

Қышқылдық-негіздік каталитикалық реакцияларға каталитикалық крекинг, полимеризация, изомеризация және басқа қатардағы өзгерістер жатады.

Валенттілік байланыстың үзілуі кезінде электрон жұбынан ажырауынан жүретін, яғни электронның ауысуымен баланысты өзгерістерді тотығу-тотықсыздану реакциялары деп айтады. Мұндай каталитикалық процестерге тотықтыру, гидрлеу және дегидрлеу жатады.

Гомогенді катализдің механизімін аралық химиялық қосылыстардың теориясы түсіндіреді. Бұл теория бойынша катализатор әрекеттесуші заттармен тұрақсыз аралық реакцияға қабілеті қосылыс түзіледі. Бұл процестің активация энергиясы каталитикалық емес негізгі реакцияның активация энергиясынан төмен. Одан кейін аралық қосылыс ыдырайды немесе жаңа бастапқы зат молекуласымен әрекеттеседі, бұл кезде катализатор өзгеріссіз бөлініп шығады.

Гетерогенді катализ кезіндегі заттардың газ фазасындағы әрекеттесуші заттар және барлық өзгерістерді қатты фазадағы катализатор бетіне өтіп, белгілі бір дәрежеде сорбция құбылысымен байланысты. Процесті бес кезеңге бөлуге болады:

1) катализатор беті және әрекеттесуші заттардың (диффузия);

2) әрекеттесуші заттардың катализатор бетінде активті адсорбциясы (хемосорбция);

3) катализатор бетіндегі химиялық реакцияның жүруі;

4) реакция өнімдерінің (катализатор бетінен ажырауы) десорбциясы;

5) реакция өнімдерінің газ фазасымен диффузиясы.

Гетерогенді катализаторларды таңдау кезіндегі олардың селективтілігі, активтілігі және жұмыс істеу ұзақтығын қарастырылады.

Селективтілік немесе катализатордың таңдамалығы – бұл оның тек бір немесе белгілі типтері бірнеше химиялық реакцияларды тездету және жылдамдығы төмен және қажетсіз реакциялардың жылдамдығын өзгеріссіз қалдыру болып табылады.

Катализатордың активтілігі оның өнімділігін сипаттайды. Катализатор активтілігі жоғарғы болған сайын, бастапқы заттың белгілі мөлшерін соңғы өнімге дейін өзгерту үшін қажетті уақыт бірлігі азаяды. Қатты катализатордың активтілігі оның бетінің жағдайына байланысты. Көпшілік жағдайда катализаторды көлемі онша үлкен емес дән немесе таблетка түрінде қолданылады. Беттік ауданын ұлғайту үшін катализаторды бетінде тесіктері көп тасымалдағыштарға енгізеді. Тасымалдағыш ретінде активтелген көмір, пемза, алюминий оксиді, силикатель, цеолиттер қолданылады. Көптеген катализаторлардың активтілігін аздаған мөлшерде промоторлар немесе активаторлар қосу арқылы жоғарлатуға болады.

Катализаторлардың активтілігі уақыт өтуімен төмендейді, сондықтан катализаторлардың жұмыс істеу уақыты шектеулі. Катализатор активтігінің төмендеуін (дезактивация) оның шаршауы немесе қартаюы деп жиі айтады. Кәдімгі жағдайда катализатор активтілігінің төмендеуі оның бетіне реакция өнімдерінің (кокс, шайыр, парафиндер) шөгуі нәтижесінде немесе катализатор улары деп аталатын шикізаттағы кейбір галогендер, фосфор, күшән және сурьма қосылыстары сондай-ақ металдар (никел, темір, ванадий) жатады. Катализатордың улануын болдырмау үшін бастапқы шикізатты қосымша тазалайды.

Катализаторлардың активтілігін қалпына келтіруді регенерация деп айтады. Регенерацияның әртүрлі әдістері қолданылады. Катализатор бетіндегі шайыр шөгінділерін ауа ағынында өртейді. Тотыққан катализаторларды белгілі бір температурада сутегімен әрекеттестіріп тотықсыздандырады.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Катализатор деген не?

2. Гомогенді катализдің гетерогенді катализден ерекшелігі қандай?

3. Катализатор активтігінің төмендеуіне не себеп болады?

4. Катализатордың активтілігі және селективтілігі деген не?

Дәріс 2

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒