پایان نامه ارشد با موضوع عوامل سازنده و دانه بندی

دانلود پایان نامه

وقتی یک مرز فازی، کاتالیزور را از واکنش دهندهها جدا میکند، از کاتالیز شدن هتروژن یا ناهمگن صحبت به میان میآید. بیشتر کاتالیستهای ناهمگن جامد بوده و به آسانی از محصولات مایع یا گازی جدا میشوند. کاتالیستهای ناهمگن به مقیاس وسیع در صنایع به کار می روند. یکی از جنبههای جذاب آنها این است که بسیاری از این کاتالیستهای جامد ( که اغلب شامل ذرات فلزی روی یک جامد یا موقعیتهای اسیدی بر روی یک جامدند ) در دماهای بالاتر پایدارند و بنابراین محدودهی وسیعی از شرایط عمل را در اختیار میگذارند. علّت دیگر برای کاربرد گستردهی آنها این است که جداسازی آنها از محصولات ساده، و در نتیجه اقتصادی است[۱۲و۱۰].
۱-۷-1-طبیعت کاتالیستهای ناهمگن
کاتالیستهای ناهمگن قابل استفاده، موادی هستند با مساحت سطح بزرگ که ممکن است دارای یک و یا چندین فاز متفاوت بوده و در فشار یک اتمسفر و یا بالاتر عمل میکنند. در بعضی موارد تمامی توده یک ماده با مساحت سطح بزرگ به عنوان کاتالیست عمل میکند، و به چنین مادهای کاتالیست یکنواخت گویند (مانند زئولیتهای فعال). در بیشتر موارد از کاتالیستهای چند فازی استفاده میشود. این کاتالیستها مرکب از یک ماده، با مساحت سطح بزرگند ( اغلب سیلیکا یا گاما – آلومینا ) که به عنوان پایه برای تثبیت کاتالیست فعال عمل میکند[۱۰].
الف-روشهای تهیه کاتالیزورهای ناهمگن
به طور عمده از این 3 روش استفاده میشود: مخلوط کردن، تلقیح و رسوب دادن.
این 3 روش تقریبا مشابهاند. و تفاوت اصلی در ترتیب مراحلی است که منجر به تولید کاتالیزور میشود. عملیات واحد شامل هم زدن محلول ترکیب جامدها، رسوب کردن، تلقیح، شستن، صاف کردن، خشک کردن، کلسینه کردن، دانه بندی و مش بندی است.
مخلوط کردن
کاتالیزور به طور مستقیم با پایه مخلوط میشود. اگر نمک کاتالیزوری در محلول وجود داشته باشد، خاصیت مویینگی، محلول را به درون حفرههای ذرات پایه میکشاند. بر این اساس نمکهای کاتالیزوری رسوب میکنند. بعد از اینکه به طور کامل مخلوط شدند کاتالیزور و پایه به شکل قرص در آورده و خارج میشود. برای تسهیل در تهیهی قرص از روان کننده استفاده میشود.
تلقیح
قبل از اضافه کردن عوامل کاتالیزوری پایه را به شکل قرص در آورده، در این مورد حفره قرصها راحت تر با محلول نمک کاتالیزوری پر میشوند و حلال که معمولا آب میباشد، تبخیر میشود. برای افزایش غلظت عوامل کاتالیزوری ممکن است این مرحله چندین مرتبه تکرار شود. ساخت کاتالیزور به روش تلقیح معمولا شامل مراحل زیر میباشد:
1 – تخلیه منافذ پایه
2 – تماس دادن (خیساندن) پایه در محلول نمک های عناصر فعال مورد نیاز
3 – جدا نمودن محلول اضافی
4 – خشک کردن و در پایان کلسینه کردن[۱۳و۱۲].
از روشهای آغشته سازی میتوان به دو نوع تلقیح خشک و مرطوب اشاره کرد. در آغشتهسازی مرطوب پایه در محلولی با حجم چند برابر حجم خالی خود غوطه ور میشود. در آغشتهسازی خشک پایه در محلولی با حجمی مساوی حجم خالی خود قرار میگیرد.
فرآیند رسوب دادن
برای رسوب دادن مواد کاتالیزوری دو یا چند مولکول و معمولا جامدهای سوسپانسیون با هم مخلوط میشوند. به عنوان مثال، یک محلول از نیترات نیکل و سوسپانسیون آلومینا توسط آمونیوم هیدروکسید رسوب میکند. الیاف، روان کنندهها، چسبندهها، فعال کنندهها، تقویت کنندهها و دیگر عوامل سازنده نیز باید اضافه شوند. در این روش میزان مصرف فلزات کاتالیزوری نسبت به روش تلقیح بیشتر است که در مورد فلزات ارزان قیمت مثل نیکل (نه در مورد فلز گرانقیمت پلاتین) روش قابل قبولی است.
ب-فرآیندهای کاتالیزوری ناهمگن
مکانیسم واکنشهای کاتالیزوری روی جامدات در 5 مرحلهی متوالی انجام میشود:
1 – نفوذ واکنشگر )انتقال واکنش دهنده ها به سطح کاتالیزور (
2 – جذب واکنشگر ) جذب واکنش دهنده ها روی سطح کاتالیزور (
3 – واکنش سطحی ) واکنش روی سطح کاتالیزور که شامل یک یا بیش از یک واکنش دهنده است(
4 – واجذبی محصولات ) واجذب محصولات از سطح کاتالیزور (
5 – پخش محصولات ) انتقال محصولات در جهت دور شدن از سطح کاتالیزور (
مراحل 2، 3 و 4، ماهیت شیمیایی دارند و میتوان آنها را عامل تشکیل دهندهی واکنش کاتالیزور دانست. تعیین کندترین مرحله در یک حالت خاص همواره از سینتیک مشخص نیست. از طرف دیگر مراحل 1 و 5 شامل هیچ تغییر و تبدیل شیمیایی نیستند. مرحلهی 1 یک فرآیند فیزیکی است که طی آن واکنش دهندهها از میان فاز گازی یا مایع احاطه کننده کاتالیزور جامد به طرف محلهای فعال سطح حمل میشوند. این یک فرآیند نفوذ است و پدیده ی انتقال جرم خوانده میشود. مرحله 5 نیز همین فرآیند است. ولی برای دور کردن محصولات از سطح کاتالیزور میباشد[۱۳و۱۲].
۱-۸-پارامترهای طراحی بستر کاتالیست[۹]