پایان نامه ارشد رایگان درباره مصرف کننده

ر جامد.
شکل ۱-۱- شمایی از مراحل انجام فرآیند کاتالیزوری
۱-۵-۱- اکسیدهای فلزی نشانده شده بر بستر جامد
اولین کاتالیزور ناهمگنی که جهت اپوکسایش اولفین ها مورد استفاده قرار گرفت TiO2 نشانده شده بر بستر SiO2 با ۵- ۵/۰% وزنی TiO2 می باشد. این کاتالیزورها از نشاندن ترکیبی نظیر TiCl4 بر بستر سیلیکا تهیه شده و میزان TiO2نشانده شده توسط گروه های سیلانول آزاد موجود در سطح سیلیکا تعیین می شود.
۱-۵-۲- الک های مولکولی مبادله ی یونی شده
این مواد ریز حفره کریستالی اغلب بر پایه ی تیتانیم، سیلیسیم و اکسیژن بنا شده اند. این کاتالیزور های جدید ساختار سیلیکات – ۱ یا MF1 را دارا بوده و به تیتانیم سیلیکات (TS-1)1-موسومند و در بسیاری از فرآیند های اکسایش نظیر اکسایش الکل ها، اکسایش آمین ها و ترکیبات سولفور دار، هیدروکسیل دار کردن فنول و اپوکسایش از خود فعالیت کاتالیزوری نشان می دهند.
۱-۵-۳- ترکیبات لایه ای
هیدروتالکیت ها یا خاک های رسی سنتزی شامل منیزیم و آلومینیوم، پایه های کاتالیزوری مناسبی برای برخی از واکنش های آلی نظیر اپوکسایش آلکن های غنی از الکترون توسط H2O2 هستند. گروه های ترشیوبوتوکسی در فواصل بین لایه ای هیدروتالکیت ها، از طریق مبادله ی یون وارد شده است. از کاربرد های هیدروتالکیت های لایه ای مثل Mg10Al2(OH)24CO3 در اکسایش انواع مختلف آلکن های خطی و حلقوی توسط H2O2 در حظور بنزونیتریل ها می باشد.
۱-۵-۴- کاتالیزور های جامد متنوع
برخی از مواد کاتالیزوری جامد هستند که قادر به اپوکسید کردن اولفین ها می باشند اما در هیچ کدام از طبقات بالا قرار نمی گیرند. زئولیت ۴ که در حضور برای کاتالیز اپوکسایش نامتقارن به کار می رود نمونه ای از این مواد است. حتی در برخی از واکنش ها مثل فضاگزین و فضاویژه ی الکل های آلیلی، خود زئولیت ۴ بدون وارد نمودن هیچ یون فلزی قادر به انجام واکنش می باشد.
۱-۵-۵- کاتالیزور های همگن تثبیت شده بر بستر جامد
تحقیقات نشان می دهد که دسته ای از کاتالیزور های همگن هنگامی که بر بستر جامد قرار می گیرند فعالیت و گزینش پذیری بیشتری را از خود نشان می دهند، در ضمن قابلیت استفاده مجدد را دارا هستند. تکنیک های مختلفی جهت جایگیری این کمپلکس ها بر روی بستر های جامد وجود دارد و این بستر ها شامل زئولیت ها، رزین ها، خاک های معدنی، سیلیکا و پلیمر های مختلف می باشند.
۱-۶- ویژگی های کاتالیزور های ناهمگن
انتخاب یک کاتالیزور برای یک واکنش معمولاً با توجه به چند مورد انجام می گیرد. فعالیت بالا، گزینش پذیری مناسب، پایداری حرارتی و مقاومت مکانیکی مناسب و قیمت ارزان از مهم ترین عوامل برای انتخاب یک کاتالیزور می باشند.
۱-۶-۱- فعالیت۲۳
فعالیت نوعی بیان سرعت واکنش می باشد و در حقیقت مقدار ماده ایست که در واحد زمان، توسط مقدار مشخصی کاتالیزور تبدیل می گردد. در بررسی فعالیت کاتالیزور ساده ترین روش، محاسبه درصد تبدیل می باشد.
(۱-۱) ۱۰۰ × = درصد تبدیل۲۴
در مواردی که مجموعه ای از کاتالیزور ها با درصد های مختلفی نسبت به فلز فعال مورد بررسی قرار می گیرند، درصد تبدیل به تنهایی نمی تواند مشخص کننده مناسب ترین کاتالیزور از نظر فعالیت باشد و می بایست از بیان های دیگر فعالیت مانند سرعت ویژه۲۵، سرعت فضایی۲۶ و عدد بازده۲۷ (عدد چرخشی) استفاده نمود. سرعت ویژه: عبارت است از تعداد مول های ماده تبدیل شده در ساعت توسط یک گرم فاز فعال که در مورد کاتالیزور های توده ای۲۸ فاز فعال خود کاتالیزور می باشد.
(۱-۲)
همچنین تعداد مولکول های ماده تبدیل شده توسط یک اتم در دسترس، در ساعت را عدد بازده می گویند.
(۱-۳) × سرعت ویژه =۱-T.Nh
۱-۶-۲- گزینش پذیری۲۹
درصد تبدیل مطلوب را نسبت به درصد تبدیل، گزینش پذیری کاتالیزور می گویند.
(۱-۴) ۱۰۰× = گزینش پذیری
گزینش پذیری در حقیقت جهت دهی کاتالیزور را در مواردی که امکان تشکیل چند محصول وجود دارد نشان می دهد. گزینش پذیری به فشار، دما، زمان اقامت و طبیعت کاتالیزور بستگی دارد. گزینش پذیری معمولاً مهم تر از فعالیت است. زیرا گزینش پذیری بالا باعث حذف یا کاهش مراحل جداسازی نهایی محصول می گردد. این در حالی است که فعالیت را می توان با افزایش مقدار کاتالیزور در صورتی که محدودیت نفوذ مطرح نباشد افزایش داد.
۱-۶-۳- پایداری
پایداری عبارت است از توانایی کاتالیزور در حفظ ویژگی های خود یعنی فعالیت و گزینش پذیری. عوامل افت فعالیت کاتالیزور را به دو دسته عوامل خارجی و عوامل داخلی تقسیم می نمایند.
۱-۶-۳-۱- عوامل خارجی
عبارتند از کلیه مواردی که همراه خوراک وارد راکتور می شوند و اثر مسموم کنندگی بر کاتالیزور دارند. این سموم خود نیز به دو دسته ی برگشت پذیر و برگشت ناپذیر تقسیم می شوند. برای مثال گوگرد برای کاتالیزور پلاتین به عنوان سم برگشت پذیر عمل می کند. وقتی فلزات سنگین بر روی سایت های فلزی کاتالیزور قرار می گیرند، تشکیل آلیاژ داده و دیگر نمی توان از کاتالیزور استفاده نمود.
۱-۶-۳-۲ عوامل داخلی
عوامل شیمیایی: هنگامی که هیدروکربن ها در دمای بالا از روی کاتالیزور عبور می نمایند بر اثر واکنش های جانبی به مواد پلی آروماتیک سنگین تبدیل می شوند که این مواد با بلوکه کردن۳۰ منافذ سایت های فلزی را غیر فعال می نمایند. این واکنش اصطلاحاً کوکینگ۳۱ نامیده می شود. ایجاد کک معمول ترین دلیل افت فعالیت کاتالیزور های جامد به شمار می رود و می توان به کمک اکسیژن و با سوزاندن کک، کاتالیزور را دوباره فعال نمود.
عوامل فیزیکی: این عوامل نیز خود به دو دسته مکانیکی و گرمایی تقسیم می شوند. هنگام کاربرد کاتالیزور در صنعت، کاتالیزور به تدریج بر اثر سایش و تنش ترد شده و مقاومت مکانیکی خود را از دست داده و متعاقباً فعالیت آن کاهش پیدا می کند.
کاتالیزورها همچنین در اثر حرارت های بالا فعالیت خود را از دست می دهند این پدیده که معمولاً از دست رفتن مساحت سطح می باشد، ناشی از رشد کریستالی در فاز کاتالیزوری است که اصطلاحاً کلوخه شدن نامیده می شود. کلوخه شدن۳۲ معمولاً در دما های بالاتر از ۵۰۰ اتفاق افتاده و اغلب در جوار بخار آب و گاز های مختلف تشدید می گردد. برای کلوخه شدن دو مکانیسم کلی در نظر گرفته می شود.
۱) مهاجرت و جا بجایی کریستال: در این حالت کریستال ها بر روی سطح پایه کاتالیزور حرکت کرده و پس از برخورد با یکدیگر در هم می آمیزند.
۲) جابجایی اتم: در این حالت در اثر حرارت، اتم های فلز از کریستال جدا شده بر روی سطح جا به جا می شوند سپس به وسیله کریستال های بزرگ از حرکت باز می مانند. این عمل باعث صاف و صیقلی شدن سطوح ناپایدار شده و در نتیجه ذرات کروی به وجود می آید.
۱-۶-۴- امکان بازیافت
کلیه کاتالیزورها فرسوده می شوند و زمانی که دیگر فعالیت یا گزینش پذیری آن ها کافی نباشد باید مجدداً آن ها را فعال کرد یعنی باید مجموعه ای از عملیات ویژه را بر روی کاتالیزور انجام داد که منجر به بازیافت کامل یا بخشی از خصوصیات اولیه ی آن شود. متداول ترین روش، سوزاندن کربن است هم چنین می توان گاز های مناسبی را از روی سطح کاتالیزور عبور داد تا برخی از سموم به صورت سطحی دفع شوند. از سوی دیگر در صورتی که کاتالیزور امکان آن را بدهد، می توان ترکیبات هیدروکربنی جذب شده را هیدروژنولیز کرد و یا با تزریق برخی ترکیبات شیمیایی، کاتالیزور را ترمیم نمود. هنگامی که روش بازیافت شامل سوزاندن کربن نباشد، عموماً اصطلاح “احیا سازی” برای بازیافت به کار می رود. هر چه مدت چرخه (یعنی زمان بین دو بازیافت) کوتاه تر باشد قابلیت فعالیت مجدد بیشتر می شود. واضح است که تنها بازیابی فعالیت و گزینش پذیری برای کاتالیزور کافی نیست بلکه کاتالیزور باید استحکام خود را در طی عملیات بازیافت پی در پی حفظ کند[۸].
۱-۶-۵- تکرار پذیری
تکرار پذیری ویژگی است که هم زمان از مشخصات روش تهیه ی کاتالیزور و خود کاتالیزور است. این خصوصیت، مورد توجه مصرف کننده است زیرا او می خواهد از کیفیت کاتالیزوری که پی در پی استفاده خواهد کرد مطمئن باشد. هم چنین باید این واقعیت را در نظر داشت که فرمول تهیه شده در آزمایشگاه باید قابل تعمیم در مقیاس نیمه صنعتی و صنعتی در شرایط اقتصادی باشد.
۱-۶-۶- هزینه
علاوه بر تمامی خصوصیات و مشخصات ذکر شده، کاتالیزور باید به لحاظ هزینه ساخت با کاتالیزور های مشابه قابل رقابت باشد و در فرآیندی که به کار گرفته می شود هزینه ی سنگینی را ایجاد نکند.
۱-۷- روش های تهیه کاتالیزور های ناهمگن
کاتالیزور های ناهمگن به طور عمده از طریق این سه روش تهیه می شود: مخلوط کردن، تلقیح و رسوب دادن. این سه روش تقریباً مشابه هستند و تفاوت اصلی در ترتیب مراحلی است که منجر به تولید کاتالیزور می شود. عملیات واحد شامل هم زدن محلول ترکیب جامد ها، رسوب کردن، تلقیح، شستن، صاف کردن، خشک کردن، کلسینه کردن، دانه بندی و مش بندی می باشد[۹].
۱-۷-۱- فرآیند مخلوط کردن۳۳
کاتالیزور به طور مستقیم با پایه مخلوط می شود. اگر نمک کاتالیزوری در محلول وجود داشته باشد، خاصیت موئینگی محلول را به درون حفره های ذرات پایه می کشاند بر این اساس نمک های کاتالیزوری رسوب می کنند. بعد از این که به طور کامل مخلوط شدند کاتالیزور و پایه به شکل قرص در آورده شده و خارج می شود، سپس در یک آسیاب پودر می شود. روان کننده ها اغلب اوقات به منظور تسهیل در تهیه قرص ها اضافه می شود و الیاف برای افزایش قدرت مکانیکی قرص ها تزریق می شود. تهیه قرص به روش مخلوط کردن در مقیاس آزمایشگاهی سریع است اما درتجهیزات بزرگ تر بسیار طولانی تر می شود.
۱-۷-۲- فرآیند تلقیح۳۴
در فرآیند تلقیح، قبل از آن که عوامل کاتالیزوری اضافه شود پایه را به شکل قرص در می آورند در این مورد حفره قرص ها راحت تر با محلول نمک کاتالیزوری پر می شوند و حلال که معمولاً آب می باشد، تبخیر می شود. برای افزایش غلظت عوامل کاتالیزوری ممکن است این مرحله چندین مرتبه تکرار شود. پایه های کاتالیزوری که در این روش استفاده می شوند معمولاً به صورت پودر با دانه هایی با شکل هندسی خاصی و یا بی شکل می باشند. ساخت کاتالیزور به روش تلقیح معمولاً شامل مراحل زیر می باشد:
۱- تخلیه منافذ پایه
۲- تماس دادن پایه در محلول نمک های عناصر فعال مورد نیاز
۳- جدا نمودن محلول اضافی
۴- خشک کردن و در پایان کلسینه کردن
۱-۷-۳- فرآیندهای رسوب دادن۳۵
برای رسوب دادن مواد کاتالیزوری دو یا چند مولکول و معمولاً جامد های سوسپانسیون با هم مخلوط می شوند. به عنوان مثال، یک محلول از نیترات نیکل سوسپانسیون آلومینا توسط آمونیم هیدروکسید رسوب می کند. الیاف، روان کننده، چسبنده ها، فعال کننده ها، تقویت کننده ها و دیگر عوامل سازنده نیز باید اضافه شوند. در این روش میزان مصرف فلزات کاتالیزوری نسبت به روش تلقیح بیشتر است اگر فلز نیکل ارزان قیمت باشد این روش قابل قبول است و اما نه در مورد فلز پلاتین. فرآیند کریستاله

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *