Кимёвий технологик жараён

Катализаторлар

Гомоген жараённинг катализаторлари газ (HCl, NH₃, BF₃, азот оксидлари) ёки суюк моддалар (минерал кислоталар, SO₂Cl₂, органик асослар ва хоказо) дир. Уларни тайёр холда олинади ва маълум микдорда реакцион системага киргизилади.

Реакцияларни гетероген фазада олиб бориш учун каттик катализаторлар керак. Улар юкори даражада актив булиши керак, бу эса уз навбатида катализаторни юзасига боглик булади, яъни катализаторни тайёрлаш услларига ва уларни реакциядан олдин кайта ишлаш богликдир. Каттик катализаторларга куйиладиган асосий талаблар: уни активлиги, баркарорлиги (стабильность), танловчанлиги, узок муддат ишлаши, захарларга ва юкори хароратга чидамлилиги, регенерирлашни осонлиги. Катализаторни ишга яроклилиги уни тайёрлашда ишлатилган материалларга ва ишлаб чикариш шароитига богликдир.

Катализаторни узок муддат ишлаши уни оптимал иш режасини тугри олиб боришга богликдир. Ишлаш шароитларига риоя килмаслик катализаторни тезда ишдан чикишига олиб келади. хозирги замон катализаторлари мураккаб ва куп компонентли аралашмалар ва бирикмалардан тузилган булиб, улар таркибига активлочи кушимчалар киритилган булади. Бу катализаторларни таркиби электрик усулда топилади.

Катализаторни чуктириб тайёрлаш учун купинча нитрат тузларининг ёки органик карбон кислоталарининг сувли эритмаларидан фойдаланилади. Сульфатлар ва галогенидларни ишлатиш таклиф килинмайди, чунки SO₄ ва Cl ионлар гельги адсорбланиб тайёр катализаторни активлигини пасайтиради.

Чуктиришни амммиакли сувли эритмаси, (NH₄)₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃ лар билан амалга оширилади. Чуктириш жараёни совук ёки иссик шароитда концентрланган ва концентрланмаган эритмалардан олиб борилиши мумкин. Чуктирилаётган вактдла тула чуктиришга эришиши керак, бу эса эмпирик усулда амалга оширилади. Чуктириш тезлигини, хароратини ва эритмалар концентрациялаши кенг микёсда узгартириш мумкин. Масалан, актив Zn(OH)₂ суюлтирилган эритмалардан чуктирилади, актив Cu-катализатори эса концентланган ишкорни мис нитрат ёки мис ацетат тузининг концентрланган эритмасига 60-80⁰С да куйиб чуктириб олинади. Аралаш катализаторларни олиш учун актив компонентлар тузларини эритмасини биргаликда чуктириб олиш максадга мувофикдир. Хисобларни металларни нисбатига караб килиш керак. олинган чукмаларни дистилланган сув билан ОН ёки NO₃ ионлари йуколгунча ювиш керак. тоза ювилмаганда катализатор активлдиги пастрок булади ва у тез чарчаб колади. Чукмада ортикча ишкорни булиши конденсация жараёнини хосил килади. Бунинг натижасида юзага конденсация махсулотларининг учмайдиган бирикмаларини плёнкаси хосил булади, бу эса адсорбцияни кийинлаштиради. Шунинг учун чуктирилган геллар яхшилаб-тозалаб ювилади.

Ювилган чукмалар термостатларда хар хил хароратларда куритилади ва улардан катализаторлар тайёрланади. Катализаторлар таблетка, дона, симон ёки бошка формаларда тайёрланади ва махсус печларда киздирилиб меъёрига етказилади.

Каталитик активлик юза билан чамбарчас богликдир. Шунинг учун актив компонентлар нефтрал булган говак материаллар юзасига чуктирилади. Бу материаалларни ёювчилар (носитель) ёки «трегерли» дейилади.

Катализаторларни кайтариш (восстановление)

Чуктириш ёки шимдириш, киздириш усуллари билан олинган катализаторларни актив компонентларни оксид холида булганлиги учун уларни металл холигача кайтариш зарур. Al₂O₃, Cr₂O₃, ThO₃ водород таъсирида умуман кайтарилмайди, ёки жуда кийин кайтарилади.

СuO, NiO, CoO – водород таъсирида осон кайтарилади. Кайтарилган металл жуда ривожланган юзага эга булади. катализаторни активлиги, яъни унинг юзасини ривожланганлиги, кайтарилиш жараёнининг параметрларига богликдир. Бу параметрлар узгармас булиб, катализаторни кайта тайёрланганда хам шу натижа кайтариши керак. одатда кайтариш жараёни катализатор солинган реакторда утказилади ва кейин каталитик реакция давом эттирилади.

Хар бир катализатор узини кайтарилиш режимига эга булганлиги учун бу жараённи хамма катализатор учун бир хил шароитда утказиш мумкин эмас. Катализаторлар 180-200⁰С да, никель 205-300⁰С да, кобальт эса 400⁰С да кайтарилади. Кайтариш жараёни асосан тоза водород ёрдамида олиб борилади, лекин баъзан шу максадда сув гази, азот-водород аралашмаси, тоза оксид углерод, метанол ёки этанол парлари ва хоказо кулланилади.

Кайтариш жараёни усуллари турлича булишига карамай, жараённи умумий коидаларига риоя килиш керак. катализаторни кайтарилиш хароратигача кизидириш ва кайтарилиш жараёни тугагандан сунг уни совутиш аста-секин бир хил тезликда олиб борилиши керак.

Кайтарилган катализаторлар совутиш вактида жуда куп водород ютган (адсорбланган) булади. Шунинг учун улар пирофордилар, баъзида ёниб кетиши мумкин. Пирофорлигини сабаби юзага адсорбланган водородни кислород ёрдамида ёниши натижасидир.

Кайтарилган катализаторларни хавога олиб чекиб булмайди, чунки улар уз активлигини йукотиб куяди. Шунинг учун кайтарилган катализаторлар водород атмосферасида сакланади.

Катализаторни хизмат вакти. У ёки бу реакцияни олиб борадиган катализатор, вакт утиши билан узгарадиган узини активлик фаолиятини, хаётини чизигига эга. буни уч даврга булинади:

1. «Созревание» - етилиш;

   
   

2. Узгармас активлик даври

   
   

3. Ортиб бораётган чарчоклик

   
   

Хар бир катализатор учун бюу даврлар хар хил булади ва характери, давомийлиги билан бир неча минутдан бир неча йилгача боради.

Куп катализаторлар учун реакция бирдан бошланмайди, балки бироз индукцион (етилиш) вактидан сунг. Бу даврда катализаторни активлиги ортиб боради ва максимумга эришади. шундан сунг активлик бироз пасайиб баркарорлашади ва катализатор оптимал иш шароитига риоя килинганда баркарор ишлайди. Бу давр катализатор активлигини энг сермахсул фойдали даври хисобланади ва уни хусусиятига богликдир. Бу давр бир неча соатдан бир неча йилгача булиши мумкин. Масалан, Ni-ли гидрирлаш катализаторлари бир неча хафта активлигини йукотмайди, алюмосиликат катализатор эса крекинг жараёнида 10 мин ишлайди.

Каттик катализаторларнинг хоссаси ва уларни тайёрлаш.

Саноатда ишлатиладиган каттик катализаторлар гохида контактлар деб номланади ва улар алохида бир моддадан ташкил топмаган. Улар асосан мураккамб аралашмалар булиб ва купгина холларда контакт масса деб юритилади. Контакт массада бир хил моддалар катализаторлар булиб, бошкалари активатор ва ташувчи вазифасини бажаради.

Активатор ёки промоторлар деб асосий катализаторнинг активлигини оширувчи моддаларга айтилади. Масалан. сульфат кислота ишлаб чикаришда асосий компонент ванадий 5 оксидига зарур кушимча сифатида ишкорий металлар оксидлари кушилади. Кушимчаларнинг фаоллаштириш механизми кийин ва шу билан бирга хилма-хилдир. Баъзида активатор каталитик актив модданинг сиртини катталаштиради ёки катализаторнинг хароратга чидамлилигини оширади, баъзида катализаторни захарли моддалар билан таъсирлашишини олдини олиб химоя вазифасини бажаради. Ташувчилар ёки трегерлар деб иссикликка чидамли инерт, сиртига катализатор суртилган моддалар тушунилади. Ташувчилар сифатида пемза, асбест, силикагель, алюмогель, алюмосиликатлар, каолин, кумир ва бошка турзлар кулланилиши мумкин.

Саноат катализаторлари берилган реакцияга мувофик актив, захарли моддаларга чидамли, арзон ва контакт аппаратларида ишлатиш учун чидамли: механик, пишик, иссикликка чидамли ва маълум даражада иссиклик утказувчан булиши керак.

Фаол катализаторлар тайёрлашнинг асосий методлари

1. Гидроокис ва карбонатларнинг уларнинг тузлари аралашмасидан чукиши ва кейинчалик формаланиши ва тобланиши.

   
   

2. Аралаш катализаторлар ёки активатор ва ташувчилари булган катализаторлар олиш учун кукунларни кушма пресслаш.

   
   

3. Бир нечта моддаларни эритиб, шу билан бирга улардан бирини ишкорлантириш. Гидритлаш катализатори булган Ni – катализаторини тайёрлашда Ni, Al билан бирга эритилиб ва алюминий ишкорга айлантирилади.

   
   

4. Говак ташувчиларни катализатор ва активатор саклаган эритма билан туйинтириш ва уни куритиб тоблаш. Бу тур катализаторларга металл, оксид, кислотали ва асосий катализаторлар киради.

   
   

Баъзида катализаторларни хар хил металларнинг котишмаларидан ингичка сетка куринишида тайёрланади (платина-палладий-родийли сетка аммиакни оксидлаш учун).

Катализатор сифатида баъзи бир минераллар ва уларнинг аралашмаси кулланилади. Масалан: алюмосиликат, темир оксидлари, оксидлар ва бошкалар.