Кимёвий технология Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус талим вазирлиги н. Каттаев, М. Мухаммадиев, Х. Мирзохидов

Қайновчи қаватли (муаллиқ осилиб турувчи) каттализаторли аппаратлар. Бундай аппаратлар қўзғолмас ёки фильтрловчи қаватли каттализаторли аппаратлар ўрнига қўлланилади. Қайновчи қаватли аппаратлар юқорида санаб ўтилган камчиликларни йўқотади ва контакт аппарати конструкциясини соддалаштириш имконини беради. Қайновчи қаватли аппаратларда одатда майда заррачали, доначаларининг диаметри 0,1-2 мм. бўлган каттализаторлар қўлланилади. Майда заррачаларнинг муаллақ осилиб турувчи қавати реакцияга киришувчи газларнинг (ёки суюқ) оқими туфайли ҳосил бўлади. Бунинг учун устига каттализатор доначалари солиб қўйилган панжара орқали пастдан юқорига томон газ юборилади. Газ шундай тезликда келадики, у каттализатор заррачаларини қўзғолмас ҳолатдан муаллақ осилиб турувчи ҳолатга ўтказади. Осилиб турувчи қаватда каттализатор доначалари ҳар томонга йўналган ҳолда тўғри чизиқли, гирдобли ва бошқа хилда харакатлар қилади, натижада реагентлар диффузияси (реагентлар каттализатор доначаларига диффузия-ланади) тезлашади. Бундан ташқари яна каттализаторнинг ич - ичига газ пуфак-лари кириб уни ораларидан ўтиб гўё қайнаб турган қаватни ҳосил қилади. Шунинг учун ҳам бундай каттализатор қаватига "қайновчи" қават дейишади. Қайновчи қаватли каттализаторли катталитик реакторларда ҳарорат режими изотермик бўлади. Қайновчи қаватли каттализаторли контакт аппаратининг схемаси 55-расмда берилган. Бундай аппаратларда бир неча газ тақсимловчи панжаралар (3) ўрнатилган бўлади. Реакцияга киришувчи газлар аралашмаси пастдан юқорига кўтарилиб ҳар бир токча (панжара) устида қайновчи каттализатор қаватини (2) ҳосил қилади. Реакция маҳсулотлари аппаратнинг юқори кенгайган қисмидан (1) чиқиб кетади. Аппаратнинг кенгайган қисмида газ оқимининг тезлиги камаяди натижада газлар аралашмасидан каттализатор доначалари пастга тушади ва газ оқими билан каттализаторнинг чиқиб кетиши кескин камаяди. Иссиқлик алмашинуви ҳар бир каттализатор қаватида ўрнатилган иссиқ алмаштиргичлар (5) ёрдамида амалга ошади.
Иссиқлик алмаштиришни бундай принципда амалга оширилиши жараёнининг иссиқлик режимини оптимал ҳарорат эгри чизиғига максимал яқинлаштиради.
Қайновчи қаватли тўрт токчали контакт аппарати учун тайёр маҳсулотга айланиш даражаси 66-расмда берилган. Каттализатор қаватида газ аралашмаси концентрациясининг тез тенглашуви туфайли бутун жараён оптимал эгри чизиғи 0 яқинида яьни Х1 Х2 ва Х3 да кечада. а, в, с чизиғи бўйича ҳарорат, аппаратнинг биринчи, иккинчи ва учунчи қаватларида иссиқ алмаштиргичлар ёрдамида тўғриланади. 1, 2, 3 ва 4 изотермалар ҳар бир қаватда тайёр маҳсулотга айланишига тўғри келади.
Қайновчи қаватли аппаратларда изотермик шароит туфайли ҳар бир қаватида ҳарорат режимини автоматик тўғрилаб туриш осон амалга оширилади.
Муаллақ осилиб турувчи қаватнинг устунлиги шундаки, каттализатор заррачалари ўлчамини кичрайтириш натижасида, каттализаторнинг ички актив юзасидан тўлиқ фойдаланиш имконияти туғилади.
Қайновчи қаватнинг қўзғалмас ёки фильтрловчи қаватга нисбатан асосий камчилиги, унда газ тўлиқ аралаштирилганлиги сабабли жараённинг харакатлантирувчи кучинни камайишидир ҳамда газнинг бир қисми каттализатор қаватидан пуфак шаклида чиқишидир. Илгари айтилганидек ҳаракатлантирувчи кучнинг камайиши айни қаватда маҳсулот айланиш даражасига пропор-ционалдир. Шунинг учун ҳам каттализатор бир қаватли эмас балки бир неча қаватларда (токчаларда) қўйилади, натижада унинг ҳаракатлантирувчи кучи қўзғалмас қаватли аппаратникига яқинлашди. Бошқа камчилиги каттализатор ҳаракатда бўлганлиги учун унинг тез едирилишидир. Шунинг учун ҳам қайновчи қават учун ўта мустаҳкам, қаттиқ, едирилишга чидамли, майда доначали каттализатор массасидан фойдаланилади. Бунга қўзғалмас қаватли каттализаторни ишлатиб бўлмайди.
Технологик жараённинг шароитига қараб, қайновчи қаватли каттализа-торли контакт аппаратларининг, каттализатори регенерацияланмайдиган ва тўхтовсиз регенерацияланадиган турлари ишлатилади.
Қайновчи қаватли аппаратлар каттализаторни тўхтовсиз регенарациялаш учун алмаштириб туриш зарур бўлган катталитик жараёнларни ўтказишда муваффақиятли қўлланилмоқда. Масалан, углеводородларни дегидрогенлашда гидроформингда (парафинларни дегидрогенлаш ва дегидроциклизациялашда), катталитик крекингда ва бошқаларда. Эндотермик жараёнларни ўтказишда иссиқлик ташувчи, реакцияга киришувчи қиздирилган газлар аралашмаси баьзан эса каттализаторнинг ўзи бўлиши мумкин.
Осилиб турувчи қаватли каттализаторли аппаратлар каттализатори регенерациялашни талаб қилмайдиган жараёнларида ҳам кенг қўлланилади. Масалан, ксилол ёки нафталиндан фталл ангидридини олишда, этиленни, этилен оксидигача оксидлашда, акрилонитрил ишлаб чиқаришда, SO₂ ни SO₃ гача оксидлашда ва бошқаларда.
Бундай аппаратларни айниқса, ўта чангли атмосферага чиқариб юбориладиган газларни зарарли аралашмалардан тозалашда фойдаланиш истиқболлидир. Масалан, айрим корхоналарнинг муриларидан чиқадиган тутун таркибидаги атмосферани ифлословчи заҳарли газ SO₂ ни SO₃ гача оксидлаб, сўнгра SO₃ ни сорбциялаб ажратиб олишда,азот оксидларини қайтарувчилар таьсирида то эркин азот элементигача қайтаришда, органик аралашмаларни тўлиқ ёндиришда ва бошқаларда.
Каттализатори ҳаракат қилиб турувчи реакторлар нефть маҳсулотларини буғ фазали крекинг қилишда айниқса жуда кенг қўлланилади. Яъни бошқа, каттализаторнинг регенератор билан реактор орасида тўхтовсиз ҳаракат қилиб айланиб туриши талаб қилинадиган каттализнинг бошқа жараёнларида ҳам ундан фойдаланиш мумкин. Бундай реакторларнинг икки типи кенг қўлланилади: а) майда доначали каттализаторнинг газ оқимида муаллақ осилиб турган хили; б) шахта аппаратларида реакцияга киришувчи газлар билан бир-галикда тўғри ёки қарама-қарши оқимда юқоридан пастга тушадиган йирик доначали зич қаватли каттализаторли хили.
Каттализатори ҳаракат қилиб турувчи реактор қурулмасининг схемаси 67- расмда берилган. Унда буғ-газ аралашмасининг тезлиги шунчалик каттаки каттализатор доначаларига газнинг ишқаланиш кучи донача массасидан катта. Шунинг учун ҳам майда каттализатор доначалари газ оқими билан биргаликда ҳаракат қилувчи ва контакт аппаратнинг юқори қисмидан чиқиб кетади. Каттализаторнинг асосий массаси, циклон сепараторларда реакция маҳсулот-ларидан ажралади ва эжектор билан регенераторга юборилади, у ерда каттализатор сиртига ўтириб қолган кокс, кислородда ёқиш орқали тозаланилади. Регенерацияланган қаттиқ қизиган каттализатор тик қувур орқали пастга тушиб хом ашё буғлари билан қўшилиб эжектор ёрдамида яна реакторга юборилади.
Бу қурилманинг камчилиги, ундан чангсимон каттализаторни газ оқимидан тўлиқ ажратиб олиб бўлмайди. Ҳамда чанг ушлагичлар: циклон, электрофильтр каби ортиқча қурилмалар керак бўлади ва улар анча жойни эгаллайди.
Қаттиқ каттализаторларда суюқ фазали жараёнлар кўпинча турли хилдаги аралаштиргичлари бўлган аппаратларда, жумладан пропеллерли (парракли, 31-расм), куракли (парракли, 33-расм) ва шу кабиларда амалга оширилади, қайсиким маҳсулотга айланиш даражасини юқори бўлишини таьминлаш учун, улар бир нечатаси бир-бирисига батарея қилиб уланади. Масалан, тизма типида (35-расм). Пневматик аралаштирувчи аппаратларни (32-расм) ҳам қўллаш мумкин.
Бунда ҳам майда доначали каттализатор қўлланилади ва у маҳсулотлар аралашмасидан тиндиргичларда, гидроциклонларда ва фильтрларда ажратиб олинади.
Кимёвий технологик жараёнларни такомиллаштиришнинг истиқболли усуллари. Кимёвий технологик жараёнларни янги шаклланиш яьни вужудга келиш босқичда бўлган янги усул ва усулларни тадбиқ этиш йўли билангина такомиллаштириш ва интенцивлаштириш мумкин. Бундай усулларга фотокимёвий, радиацион - кимёвий, биокимёвий плазмокимёвий жараёнлар ва ультратовушдан фойдаланиш кабилар киради. Радиацион - кимёвий ва биокимёвий жараёнлар, кимёвий реакцияларни қўзғаш яъни активлаш ва тезлатиш механизмлари бўйича одатдаги катталитик жараёнларга ўхшайди.
Радиацион кимёвий жараёнлар юқори қувватли катта энергияни ионловчи нурланиши (нур сочиш ёки нур чиқариш) таьсирида боради. Бунда қўзғовчи яьни жараённи тезлатувчиси, электромагнит нурланиш (рентген ва) γ-нурланиш ва катта энергиянинг зарядланган заррачаларидир. (тезлашган электронлар α ва β заррачалар, тротонлар ва бошқалар) Реакцияга киришувчи системага ионловчи нурланишнинг таьсир механизми бу реакцияга киришувчи моддаларга энергия ўтказишдан иборатдир. Бунда аввал зарядланган заррача-ларнинг реагентлар молекулалари билан тўқнашуви натижасида беқарор актив молекула ҳосил бўлади, сўнгра у молекула атомларга парчаланади ёки қўзғалмаган молекула билан реакцияга киришиб ионлар ёки эркин радикаллар ҳосил қилади. Эркин радикаллар ҳам ионлар ҳам ўзаро бир-бириси билан ёки ҳали маҳсулотга айланмаган молекулалар билан бирикиб реакциянинг охирги тайёр маҳсулоти ҳосил бўлади.
Радиацион - кимёвий жараёнлар жуда катта тезликда боради, чунки уларда активланиш энергияси активланмаган молекулаларнинг реакцияларига қараганда, кескин камаяди. Радиацион - кимёвий реакцияларда энергетик ғов унчалик катта эмас (20 - 40 кж/моль атрофида). Шу сабабли кўпгина радиа-цион кимёвий жараёнлар нисбатан паст ҳароратда олиб борилади. Радиацион - кимёвий жараёнларни тадқиқ қилиш, ишлаб чиқиш ва уларни ишлаб чиқаришга тадбиқ этиш янги радиацион - кимёвий технология иштирокида амалга оширилади. Ишлаб чиқаришга тадбиқ этилган радиацион - кимёвий жараёнларга аввало галогенлаш, сульфолаш, қўшбоғга бирикиш ва бошқа реакциялар киради. Радиацион усул юқори молекуляр бирикмалар технологиясида полемерлаш жараёнларида, ҳамда макромолекулаларни ''тикиш" йўли билан полимерларни "термик" барқарорлиги ва механик мустаҳкамлигини оширишда қўлланилади. Каучукни радиацион вулканлаш жараёни, полимер материалларидан буюмлар: плёнка (юпқа парда), қувурлар, кабель изоляциялар ва бошқаларни тайёрлаш ишлаб чиқаришга тадбиқ этилган.
Биокимёвий жараёнлар кимёвий технология учун жуда истиқболлидир. Улар жуда актив табиий каттализаторлар - ферментлар ва гармонлар, змх ҳамда ушбу каттализаторни сақловчи микроорганизмлар таъсирида тирик организмларда атмосфера шароитида (ҳарорат ва босимни оширмай) боради. Биокимёвий жараёнларнинг саноатда имкониятлари чексиз, аммо ҳали улар тўлиқ ўрганилган эмас. Яқинда фаннинг янги бир тармоғи техник микробиология (биотехнология) пайдо бўлди, у хилма - хил кимёвий маҳсу-лотлар ишлаб чиқаришнинг биокимёвий усулларини ўрганади. Антибиотиклар, витаминлар, гармонларни микробиологик синтези амалиётига тадбиқ этилган. Техник микробиологиянинг истиқболида атмосфера азотини фиксациялаш (бириктириб олиш), оқсил ва ёғ синтези, олтингугуртни SO₂ ва SO₃ гача оксидлаш ва аксинча олтингугуртни унинг бирикмаларидан қайтириб олиш, рудалардан металларни микробиологик усулда ажратиб олиш кабилар бор. Айниқса озиқ - овқат маҳсулотларини, жумладан оқсилни микробиологик синтез усулида олиш бениҳоят катта аҳамиятга эгадир.
Маьлумки бутун дунёда оқсил маҳсулотлари танқислиги сезилмоқда. Бу муаммони ечиш йўлларидан бири микробиологик усулда оксил моддаларини ишлаб чиқаришни йўлга қўйишдир.
Бир қатор биокимёвий жараёнлар, анчадан буён саноатда оқсил, озиқа турушлари, турли хил ачитишлар ёрдамида спиртлар, кислоталар олишда, оқава сувларини биологик усулда тозалаш кабиларда қўлланилиб келинмоқда.Тирик организмларда амалга ошадиган каттализ принципларини моделлаш, қатор ишлаб чиқариш тармоқларини қайта қуриш, озиқ - овқат ресурсларини кенгайтириш имконини беради.