دانلود مقاله کامل درباره کاربرد کاتالیزورهای متخلخل در صنایع شیمیایی

اختصاصی از یاری فایل دانلود مقاله کامل درباره کاربرد کاتالیزورهای متخلخل در صنایع شیمیایی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل: Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه :27

بخشی از متن مقاله

خلاصه

همانند سازی عددی واکنش تغییر آب و گاز، در یک کاتالیزور صنعتی انجام می‌گیرد. تجزیه و تحلیل این سیستم روی تاثیرات چند جانبه انتقال جرم ذرات درونی و واکنش کاتالیزور متمرکز می شود. واکنش های سلول wk در تغییرات مرحله‌ای یک وضعیت جریان ورودی، الگوسازی می شود. مقدار داده های موجود مهم برای مقایسه حقیقی آزمایشات و همانند سازی ها، برای چندین واکنش ها در تغییرات مرحله‌ای غلظت مورد ارزیابی قرار می گیرد. سودمندی سلول wk در مقایسه با واکنشگرهای جریان، در بخشهای حساسیت واکنش های سیستم در رابطه با پارامترهای جریان ورودی مورد بحث قرار می گیرد. جریان نامتقارن کنش و واکنش ها، هنگامی که سلول wk بطور مشابه همانند یک عضو واکنشگر عمل می کند، به عنوان مناسب‌ترین جریان مورد ملاحظه قرار می گیرد. سیستم مربوطه سهمی گون با معادله های نسبی متفاوت توسط تکنیک ادغام روشهای خطوطی با یک زمان تطبیقی کامل و کنترل شبکه فضایی حل می شود.

مقدمه

کاتالیزورهای متخلخل در صنعت شیمیایی دارای استفاده و کاربرد وسیعی می باشند. واکنشها در یک سیستم منفذ (سوراخ ریز) انتقال داده می شوند و واکنش نشان می‌دهند، و محصولاتی که تشکیل می شوند خارج از یک گنداله (ساچمه pellet) کاتالیزور انتقال جرم انتجام می شوند. انتقال جرم چند جزئی (دارای چند جزء سازنده) از میان یک گنداله کاتالیزور نقل و انتقال می یابند و دارای ساختار منفذ داخلی بسیار پیچیده ای می باشند، بنابراین می بایست به شرح آنها بپردازیم. مدلهای متعدد و نظریه های متعددی انتشار یافته است که به رابطه بافت محکم اسفنجی با انتقال جرم و ویژگیهای واکنشی محیطهای اسفنجی می پردازد. این مدلها بر طبق فرضیات مربوط به ساختار داخلی محکم این بافت اسفنجی، می توانند به دو گروه طبقه بندی شوند. Wakao و [1] Smith، برای گنداله ها یا ساچمه هایی با یک سیستم منفذ دو سویه، مدل منفذ نامرتب (بی نظم) را توسعه دادند. آنها فرض نمودند که گنداله‌ها یا ساچمه ها شامل ذرات فشرده با منفذهای زیر می باشند. Mann و
[2] Thomson، مدل شده به منفذهای ریز بن بست وجود دارد. Johnson و [3] Stewart و Feng و [4] Stewart یک مدل جامد (محکم/ Solid) اسفنجی را بکار گرفتند که منفذها بطور تصادفی (نامنظم) جهتدار و به حالت زنجیری و به هم پیوسته می باشند. این مدلها به گروه مدلهای پیوستار یا زنجیره ای تعلق دارند. این مدلها دارای کاربرد آسان و کاملاً دقیق می باشند و این کاربرد آسان در صورتی می باشد که یک بافت محیط اسفنجی در طی واکنش های شیمیایی، دستخوش تغییرات مهم نشود. با این وجود، اگر تغییرات مهمی در اتصال یافتگی منفذها، در روزن گیری منفذها، و قطعه ها حاصل شود، این مدلها مناسب نخواهند بود.

در بکارگیری مدلهای مجزا (منفصل) براساس یک نمایش شبکه ای از محیط اسفنجی، در سالهای اخیر، پیشرفتهای مهمی حاصل شده است. در اصل، این مدلها، محیط اسفنجی را در یک شبکه هم ارز تصادفی (شبکه ای یا منفذهای نامرتب و تصادفی) که دارای منفذهای اتصال زنجیره‌ای است، طرح ریزی می کنند. هنگامی که این طرح ریزی انجام می شود، فرآیندهای جابجایی و واکنش به عنوان مثال شامل پدیده نشست و تراوش خواهند شد، که این پدیده ممکن است در یک روش بسیار واقع بینانه مورد مطالعه قرار بگیرد.

Hallewand و [6] Gladden برای مشکل نشست و نفوذ و واکنشی که بطور همزمان در کاتالیزورهای اسفنجی رخ می دهد، یک مدل شبکه ای منفذی تصادفی (نامرتب) را بکار بردند. Zhang و [7] Seaton پدیده نشست و واکنش در شبکه های منفذی را مورد مطالعه قرار دادند و کشف نمودند که وضعیتهایی تحت یک مدل پیوستار و زنجیره ای با نشست کارآمد برآورد شده در عدم یک واکنش، با شبیه سازی (همشکل سازی) شبکه منفذی در سازگاری بسیار خوبی قرار دارد. Rieckmann و [8,9] Keil، [10] Keil et al، [11] Keil، نتایجی از شبیه سازی انتقالهای (جابه‌جایی) گروهی دائمی و واکمنش های شیمیایی را در شبکه های کوبیک (مکعبی) سه بعدی تصادفی از مویین های اتصال یافته زنجیره ای، منتشر نمودند. آنها مدل گاز گردغباردار را [12] (DGM) برای شرح پدیده انتقال چند جزئی انتخاب نمودند.

این امر شناخته شده است که سلول (محفظه) wk (شکل 1) یک ابزار مناسب برای بررسی انتقال جرم در محیط های اسفنجی است. چندین مدل اصلاح یافته از این سلول (محفظه) برای ارزیابی ویژگیهای انتقال در محیطهای اسفنجی بکار برده می‌شود. این محفظه شامل دو محفظه یا اتاقک می باشد که توسط یک دیسک فنری از یکدیگر مجزا شده اند. گنداله‌ها یا ساچمه های استوانه‌ای بطور موازی در دیسکهای فلزی نصب و طراحی می شوند. جریان پیوسته هر دو محفظه ها روی یک سطح فشار مشابه عمل می کند. جابه‌جایی یا انتقال جرم در یک بعد فضایی رخ می دهد، چون محفظه‌های گنداله یا ساچمه توسط دیسک متالیک (فلزی) مسدود می شوند، یعنی جهت انتقال جرم بصورت عمودی است همانند شکل 1. قبل از شروع جریان حرکت، محفظه wk با گاز A همتراز و هم سطح می شود. در شروع جریان، مرحله غلظت یا تراکم در مدخل های (ورودیهای) محفظه تغییر می یابد با جایگزین شدن گاز  A ، توسط گاز دیگر  B انجام می‌شود ( برای مثال Ar ؛ مرحلة تغییر ) . همانطوریکه این سیستم واکنش نشان می‌دهد، آزمایش و ترکیل جریان ورودی محفظه تجزیه شده و ثبت می‌شود. این امر آشکار است که محفظه Wk می‌تواند با سنجشهای واکنش‌های کاتالیزور وفق داده شود (یا با سنجشهای جذب سطحی)، و در یک ساچمه یا کندالة اسفنجی تشکیل شود. تنها مشکل اندازه‌گیری‌های  سنجشهای دما بالا، مشکل نشت در میان فضای ساچمه و واشر آب‌بندی است. اخیراً ، مشکل نست در محفظة WK ، توسط یک آب بندی گرافیت حلقة o در ساچمة کاتالیزور برطرف شده است.

هنگامی که محفظه طبق وضعیت‌های غیر ثابت عمل می‌کند یا هنگامی که در محیط اسفنجی ، واکنشهای شیمیایی (جذب سطحی) رخ می‌دهد، جریانهای مولار  در یک ترلیک گاز ذغال اجزای n ، قانون گراهام عمومی شده را برآورده نمی‌کنند.

*** متن کامل را می توانید بعد از پرداخت آنلاین ، آنی دانلود نمائید، چون فقط تکه هایی از متن به صورت نمونه در این صفحه درج شده است ***

دانلود مقاله کاتالیزورهای ناهمگن

اختصاصی از یاری فایل دانلود مقاله کاتالیزورهای ناهمگن دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

در مطالعه یک واکنش شیمیایی دو موضوع از اهمیت برخوردار است نخست این که آیا واکنش انجام می شود واگر چنین است تا چه حد پیشرفت خواهد کرد ؟ معمولاً تمام واکنشها قبل از این که کامل شوند متوقف می شوند سوال این است که سیستم در چه موقعیت تعادلی متوقف می شود پاسخ به این سوالات ونظایر آن در حوضه ترمودینامیک شیمیایی است دومین موضوع این است که موقعیت تعادلی با چه سرعتی قابل حصول است ؟وواکنش باچه سرعتی پیش می رود ؟ پاسخ به این سوالات وسوالهای مربوطه در حیطه کاری سینتیک شیمیایی است .

در طراحی یک فرایند شیمیایی هر دو موضوع باید در نظر گرفته شود . ترمودینامیک مشخص می کند تحت یک شرایط ویژه ، ماکزیمم محصول قابل تولید چقدر است اگر راندمان پایین وثابت تعادل کوچک باشد نتیجه عمل یک واکنش باارزش نخواهد بود . از طرف دیگر اگر فرایندی دارای ثابت تعادل بزرگی باشد ، اما سرعت رسیدن به این تعادل کند باشد ارزش چندانی نخواهد داشت فاکتورهای اقتصادی ، اغلب هردو عامل سرعت وراندمان بالا را نیاز خواهند داشت .

ترمودینامیک شیمیایی شاخه ای شناخته شده از علوم می باشد . بسیاری از اطلاعات روی اغلب سیستمهای شیمیایی قابل دسترس بوده واز آنها می توان موقعیت تعادلی را به صورت تابعی از دما وفشار ، غلظتها وهر متغییر دیگر تخمین زد . حتی وقتی اطلاعات دقیقی در دست نباشد ، دانش ترمودینامیک می تواند جواب را به خوبی حدس بزند .

اساس کلی ترمودینامیک شیمیایی این است که تغییرات در انرژی آزاد گیبس G ، انتالپی H وانتروپی S به حالتهای اولیه ونهایی سیستم بستگی دارد ، ونه به مسیری که سیستم از آن عبور می کند . در صورتی که مسئله برای سینتیک شیمیایی کاملا متفاوت است . پارامتر های موجود در سینتیک شیمیایی (ثابت سرعت K ، انرژی اکتیواسیون Ea ، درجه واکنش n) به طورمحسوسی به مسیر پیموده شده بستگی دارند وایجاد یک مسیر کاتالیز شده نه تنها مقادیر این پارامترهارا بلکه اهمیت آنها را تغییر می دهد . کاتالیزور نیز یک پارامتر سینتیکی می باشد وتعریفی که برای آن پذیرفته شده ورایج است این است که : کاتالیزور ماده ای است که سرعت واکنش شیمیایی را برای رسیدن به تعادل افزایش می دهد ، بدون آنکه در طی فرایند مصرف گردد .

در این تعریف استنباطهای مهمی وجود دارند که آنها رابررسی می کنیم این تعریف نشان می دهد که موقعیت تعادل درحضور کاتالیزور وعدم حضور کاتالیزور یکسان می باشد . البته قوانین ترمودینامیک نیز همین موضوع را ایجاب می کنند . از نقطه نظر ترمودینامیک فقط اختلاف حالت نهایی واولیه مهم است وبنابراین به کار رفتن یا نرفتن کاتالیزور تغییری در موقعیت تعادلی ایجاد نمی کند . در نتیجه تغییرات آنتروپی وآنتالپی استاندارد برای واکنشهای کاتالیستی وغیر کاتالیستی در هردمای داده شده باید یکسان باشد .

این موضوع خود منجر به مزایایی در اندازه گیری تغییر آنتالپی می شود. اندازه گیریهای کالریمتری آنتالپی واکنش در دمای متعارفی بسیارساده تر از دماهای بالاتر است که معمولا واکنشهای غیر کاتالیستی در آن دماها انجام می شوند . از اندازه گیریهای انجام شده برروی یک واکنش کاتالیستی که در دمای پایین ومناسب انجام می شود اطلاعات معادلی به دست می آید . برای مثال تعیین آنتالپی هیدروژناسیون اتن را در نظر می گیریم . در جدول (5-1) مقادیری که با کمک یک کاتالیست تعیین شده بامقادیر بدست آمده از انتالپی احتراق وهمچنین از تغییرات ثابت تعادل با دما در یک سیستم غیر کاتالیستی در دماهای بالا باهم مقایسه شده اند ، که توافق خوبی را نشان می دهد .

البته موارد گفته شده فقط وقتی معتبراند که واکنشهای کاتالیزوری وغیر کاتالیزوری یکسان بوده ومحصول یکسانی تولید نمایند . اما چنین حالتی بسیار نادر است . برای مثال اکسیداسیون همگن پروپن ایجادمحصولات اصلی دی اکسید کربن وآب می کند . اما در اکسیداسیون کاتالیزوری ممکن است محصولات واسطه مختلفی با راندمان خوبی به دست آید . بسته به نوع کاتالیزور مورد استفاده ممکن است اکرولین (پروپنال) ، اسیدکریلیک (پروپیونیک اسید) ، استون(پروپانون) ، استالدئید (اتانال) ، اسیداستیک (اتانوئیک) وغیره به دست آید . این مسئله در برخی اوقات مشکلاتی را ایجاد می کند وبه جاست که در مورد آن اندکی بحث شود . در ابتدا باید براین مطلب تأکید شود که کاتالیزور تنها سرعت واکنشی را افزایش می دهد که از لحاظ ترمودینامیکی امکان وقوع دارد و نمی تواند باعث آغاز یک واکنش که از نظر ترمودینامیکی غیر ممکن است گردد.

واکنشهای کاتالیزوری به همان اندازه واکنشهای غیر کاتالیزوری تحت تأثیر قوانین ترمودینامیک هستند . بنابراین اگر اکسیداسیون پروپن قادر به ایجاد محصولات واسطه اکسیداسیون گردد ، هر واکنش باید از لحاظ ترمودینامیکی قابل قبول باشد .   این محصولات را به شرطی می توان از هم جدا کرد که زمان تماس آنها با کاتالیزور کم باشد این محصولات در صورت تماس زیاد با کاتالیزور به دی اکسید کربن وآب به طور کامل اکسید می شوند . در واقع این محصولات را محصولات نیمه پایدار (1) گویند . این موقعیت در شکل (5-1) نشان داده شده است.

  موضوع دیگر اینکه حضور کاتالیزور تغییری درثابت تعادل نمی دهد . به عبارت دیگر خارج قسمت سرعتهای رفت وبرگشت واکنش باید بدون تغییر بماند . به هر حال چون کاتالیزور سرعت های رفت را زیاد می کند ، باید سرعت برگشت نیز باهمان فاکتور افزایش یابد برای مثال در یافتن کاتالیزور مناسب برای سنتز آمونیاک ، ساده تر این است که تجزیه آمونیاک را بررسی کنیم ، چرا که در دمای بالا ، حتی در فشار اتمسفری تعادل به سمت محصولات مورد نظر پیش می رود .

 5-2 دسته بندی سیستم های کاتالیزوری

مطالب گفته شده به طور کلی برای تمام اشکال کاتالیزوری صادق می باشد . هرگاه صحبت از کاتالیزور باشد این مسائل اعتبار کلی وعمومی خواهند داشت . در حقیقت می توان سیستمهای کاتالیزوری را به دو دسته مجزا تقسیم کرد : الف) وقتی کاتالیزور باواکنش دهنده ها در یک فاز باشند وهیچ مرز فازی بین آنها وجود نداشته باشد واکنش کاتالیزوری را همگن یا یک نواخت نامند . این نوع کاتالیزور ها در حالت زیر اتفاق می افتد : 1- در فاز گازی ، به عنوان مثال وقتی اکسیدنیتروژن اکسیداسیون دی اکسید گوگرد را کاتالیز می کند . 2- در فاز مایع ، وقتی که اسیدها وبازها موتاراتاسیون (1) گلوکز را کاتالیز می نماید . ب) وقتی یک مرز فازی ، کاتالیزور را از واکنش دهنده ها جدا می کند ، از کاتالیز شدن هتروژن یا ناهمگن صحبت به میان می آید . تعدادی از ترکیبات فازی که می تواند اتفاق افتد در جدول (5-2) نشان داده شده است . ترکیبات فازی دیگر به ندرت در کاتالیزور ها ایجاد می گردند .

شامل 112 صفحه فایل word قابل ویرایش