În ce industrii se utilizează un catalizator industrial. Semnificația și scopul catalizei industriale. Esența și tipurile de cataliză. „Producție industrială de catalizatori”

Agenția Federală pentru Educație

Instituție de învățământ de stat

studii profesionale superioare

„UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ TOMSK”

Facultatea de Tehnologie Chimică

Procese și dispozitive industriile chimice

Departamentul de Tehnologia Chimică a Combustibilului

« productie industriala catalizatori"

Interpret: Afanasyeva Yu.I.

supraveghetor:

Asistentul Chekantsev N.V.

Tomsk - 2010

Producția de catalizator

Calitatea catalizatorilor determină principalii indicatori ai industriilor chimice care utilizează masele de contact: randamentul produsului, intensitatea procesului, durata de funcționare continuă a reactoarelor. În același timp, costul catalizatorului, de regulă, este doar o fracțiune de procent din costul produsului țintă. Prin urmare, caracteristica lor definitorie este activitatea și stabilitatea în muncă. La studierea și dezvoltarea tehnologiei catalizatorilor, este necesar să se ia în considerare toate etapele succesive de producție din punctul de vedere al influenței lor asupra activității și stabilității catalizatorilor în funcțiune.

Puncte cheie

Producția de catalizatori include următoarele etape principale:

Obținerea materialului solid inițial: la fabricarea A120s, un gel izolat dintr-o soluție, de exemplu, A1(OH)3; la fabricarea catalizatorilor de oxizi și metale - săruri acide (nitrați, carbonați, acetați etc.).

Izolarea catalizatorului ca o fază în vrac independentă. Substanțele în exces sunt îndepărtate din materialul sursă.

Modificări ale compoziției catalizatorului la interacțiunea cu reactivii și sub influența condițiilor de reacție.

Materiile prime inițiale sunt de obicei săruri ale metalelor active catalitic, soluri, oxizi și minerale naturale. Alegerea materiilor prime este determinată de compoziția catalizatorului, conținutul de impurități și prețul acestuia.

Cerințe pentru materii prime: constanța compozițiilor chimice și de fază, absența impurităților nocive, dimensiunea necesară a particulelor, umiditatea necesară, costuri posibil mai mici.

Metode de modelare a catalizatorilor și purtătorilor: coagularea picăturilor, extrudarea, tabletarea, împrăștierea pastei, granularea, uscarea în uscător cu pulverizare, măcinarea materialului. Formarea materialului prin coagulare într-o picătură și uscare într-un uscător cu pulverizare este utilizată pe scară largă la fabricarea catalizatorilor precipitați. Cel mai metode universale sunt extrudarea pastei și tabletarea.

În timpul extrudarii, nămolul umed este stors sub forma unui cordon dintr-un șurub care funcționează continuu sau presa hidraulica. Forma și dimensiunea transversală a granulelor sunt determinate de găurile din capul de formare al presei. La ieșirea din cap, cordonul masei de contact este tăiat cu un cuțit rotativ sau o sfoară întinsă, iar cilindrii rezultați sunt ridicați de un transportor cu bandă.

Tablerea se efectuează sub presiune de până la 30 MPa, granulele sunt obținute sub formă de cilindri, inele, șei, stele etc. Talc, grafit, sticla lichida, unii acizi organici si alte substante.

Ungerea pastei în găurile plăcii de oțel perforate este posibilă pentru a granula sedimente de natură și consistență diferită. Mărimea granulelor rezultate este determinată de grosimea plăcii și diametrul găurilor. După uscare, granulele sunt scoase din placă cu o ștampilă specială sau stoarse cu aer comprimat.

Măcinarea catalizatorilor monolitici se realizează pe concasoare, iar fracția este separată pe site vibrante sau în separatoare cu tambur. În acest caz, particulele au o formă neregulată, se observă un numar mare de deșeuri sub formă de fine și praf, dar gama de granule obținute poate fi foarte largă.

Granularea este utilizată în principal la fabricarea maselor de contact prin amestecarea mecanică a componentelor.

Metodele de formare afectează suprafața specifică și structura poroasă a maselor de contact, determină rezistența mecanică a granulelor, făcând posibilă obținerea atât materiale rezistente(în timpul coagulării într-o picătură, uscare într-un uscător cu pulverizare) și cu rezistență scăzută (în timpul tabletării, extrudarii și măcinarii).

Metoda de preparare determină gradul de dispersie a componentei catalitice, forma, structura poroasă și activitatea masei de contact.

Un anumit tip de structură poroasă și o suprafață specifică este obținut prin diferite metode, în funcție de natura catalizatorului produs. În masele de contact precipitate, aceasta depinde în mare măsură de condițiile de precipitare (pH-ul mediului, concentrația soluțiilor inițiale, temperatură, viteza de precipitare, timpul de maturare a precipitațiilor), spălare și tratament termic. Catalizatorii obținuți prin impregnarea componentelor active ale unui purtător poros își păstrează în principal structura secundară. La amestecarea uscată a componentelor, porozitatea este determinată în mare măsură de metoda de turnare, de gradul de măcinare a încărcăturii inițiale și de adăugarea de substanțe speciale.

Rezistența mecanică a granulelor se realizează prin metoda turnării, condițiile de tratament termic. Creșterea rezistenței este promovată prin sinterizarea cristalitelor primare, cimentarea particulelor sub influența aditivilor speciali și utilizarea suporturilor rezistente la uzură.

Catalizatorii destinați funcționării în pat fluidizat se obțin în principal prin depunerea componentelor active pe purtători puternici sau prin topirea componentelor inițiale. Dintre masele de contact precipitate, aluminosilicații, alumogelurile și gelurile de silice sunt cele mai potrivite pentru utilizare în condiții de cântărire, în timpul preparării cărora gelul este coagulat în granule sferice puternice, netede.

Mase de contact precipitate

Aproximativ 80% din catalizatori și purtători sunt obținuți prin co-precipitare. Permite variarea structurii poroase și a suprafeței interioare într-o gamă largă. Dezavantajul este un consum semnificativ de reactivi, un număr mare Ape uzate. În funcție de natura precipitatului, masele de contact sunt împărțite în sare, acid și oxid.

Un exemplu de catalizatori de oxid sunt contactele oxidului de fier cu diverși promotori utilizați în conversia monoxidului de carbon cu abur. Diferite geluri de silice, alumogeluri, aluminosilicați utilizați pentru cracare, hidratare, deshidratare, alchilare și izomerizare a hidrocarburilor sunt catalizatori acizi. În procesul de preparare a acestora, atunci când soluțiile corespunzătoare sunt drenate, acid silicic sau aluminosilicic, precipită hidroxid de aluminiu. Formarea catalizatorilor de sare este însoțită de precipitarea sării, din cauza căreia compoziția se poate modifica în operațiunile tehnologice ulterioare.

Schema tehnologică generală

Figura 1 prezintă producția de mase de contact precipitate. Ordinea specificată de pregătire în fiecare caz poate varia, operațiunile individuale pot fi combinate sau absente.

Figura 1 - Prepararea catalizatorilor pentru metodele de turnare uscată (A) și umedă (B).

Dizolvare. La producerea catalizatorilor precipitați, se dizolvă compuși solizi practic puri (cel mai adesea săruri în apă), al căror transfer într-o soluție face posibilă accelerarea reacțiilor chimice ulterioare.

Catalizatorii de oxizi se obțin din soluții concentrate ale sărurilor corespunzătoare (nitrați, acetați, oxalați etc.). Pentru a prepara soluții de materii prime, fie se folosesc săruri cristaline gata preparate, fie oxizii, hidroxizii, carbonații corespunzători sunt dizolvați în acizi sau alcalii.

Când sarea interacționează cu apa, are loc hidratarea, ducând la formarea unui cation hidratat, care este hidrolizat în continuare conform schemei (1):

(1)

Produșii de hidroliză polimerizează în complecși - [Me(OH)m]np+, unde n depinde de condițiile de hidroliză și de natura metalului și poate varia într-un interval larg. Adâncimea de hidroliză a materiilor prime afectează proprietăți fizice precipitații și proprietățile catalizatorului.

Agitarea permite distribuirea uniformă a particulelor solide în fază lichidăși accelerează dizolvarea. Pe măsură ce temperatura crește, transferul de masă și solubilitatea în apă crește, viteza de dizolvare crește (cloruri, nitrați, săruri de amoniu). Dizolvarea mai rapidă este facilitată prin măcinarea materiei prime.

Dizolvarea se realizează în reactoare cu agitare, în malaxoare în contracurent cu deplasarea mecanică a materialului solid spre curgerea solventului.

Precipitare. Procesul de formare a unei faze solide în timpul turnării soluțiilor componentelor inițiale. Tranziția substanței dizolvate la precipitat are loc prin formarea nucleelor ​​fazei solide și creșterea cristalelor sau mărirea particulelor de tip gel cu precipitarea lor simultană. Formele active catalitic sunt stări instabile termodinamic ale materiei. Cristalizarea se accelerează odată cu scăderea temperaturii.

Numărul de nuclee (centri de cristalizare) n este legat de gradul de suprasaturare prin relația (2):

(2)

unde A este coeficientul de proporționalitate; C este concentrația soluției, Cp este concentrația soluției saturate.

Cu cât suprasaturația C/Cp este mai mare, cu atât se formează mai mulți centri de cristalizare și precipitatul este mai fin și mai activ. Pentru a crește numărul de nuclee, trebuie utilizate soluții stoc concentrate. O creștere a temperaturii și pH-ului mediului, precum și o creștere a tăriei ionice a soluției, contribuie la scăderea n. Viteza de nucleare depinde și de acțiunea mecanică asupra soluției (amestecare, expunere la câmpuri electrice și magnetice etc.).

Creșterea industrială rapidă pe care o experimentăm acum nu ar fi fost posibilă fără dezvoltarea de noi tehnologii chimice. În mare măsură, acest progres este determinat aplicare largă catalizatori care transformă materiile prime de calitate scăzută în produse de mare valoare. Vorbind la figurat, catalizator- aceasta este piatra filosofală a alchimistului modern, doar că el nu transformă plumbul în aur, ci materiile prime în medicamente, materiale plastice, chimicale, combustibil, îngrășăminte și alte produse utile. Poate, chiar primul proces catalitic pe care omul a învățat să-l folosească este fermentația. Rețetele pentru prepararea băuturilor alcoolice erau cunoscute de sumerieni încă din anul 3500 î.Hr. Vezi VIN; BERE.

O piatră de hotar semnificativă în aplicație practică cataliză a devenit producția de margarină hidrogenarea catalitică a uleiului vegetal. Această reacție a fost efectuată pentru prima dată la scară industrială în jurul anului 1900. Și încă din anii 1920, metodele catalitice pentru obținerea noi materiale organice mai ales materiale plastice. Punctul cheie a fost producerea catalitică de olefine, nitrili, esteri, acizi etc. - „cărămizi” pentru „construcția” chimică a materialelor plastice. Al treilea val de utilizare industrială a proceselor catalitice aparţine anilor 1930 şi asociate cu rafinarea petrolului. În ceea ce privește volumul, această producție a lăsat curând pe toate celelalte cu mult în urmă. Rafinarea petrolului constă din mai multe procese catalitice:

cracare,

reformare,

Hidrosulfonarea,

Hidrocracare,

izomerizare,

Polimerizare

Alchilare.

Și, în sfârșit al patrulea valîn utilizarea catalizei legate de securitate mediu inconjurator . Cea mai cunoscută realizare în acest domeniu este crearea unui convertor catalitic pentru gazele de evacuare a vehiculelor. Convertizoarele catalitice, care sunt instalate în mașini din 1975, au jucat un rol important în îmbunătățirea calității aerului și au salvat multe vieți în acest fel.

Aproximativ o duzină de premii Nobel au fost acordate pentru munca în domeniul catalizei și domenii conexe. Semnificația practică a proceselor catalitice este evidențiată de faptul că ponderea azot, care face parte din compușii care conțin azot obținuți industrial, reprezintă aproximativ jumătate din totalul de azot care face parte din Produse alimentare. Cantitatea de compuși de azot produși în mod natural este limitată, astfel încât producția de proteine ​​alimentare depinde de cantitatea de azot aplicată solului cu îngrășăminte. Ar fi imposibil să hrănești chiar și jumătate din umanitate fără amoniac sintetic, care este produs aproape exclusiv prin catalitic Procesul Haber-Bosch. Domeniul de aplicare al catalizatorilor este în continuă extindere. De asemenea, este important ca cataliza poate crește semnificativ eficiența tehnologiilor dezvoltate anterior. Un exemplu este îmbunătățirea cracarei catalitice prin utilizarea zeoliti.

Hidrogenarea. Un număr mare de reacții catalitice sunt asociate cu activarea unui atom de hidrogen și a unei alte molecule, ducând la interacțiunea lor chimică. Acest proces se numește hidrogenare și stă la baza multor etape de rafinare a petrolului și producerea de combustibili lichizi din cărbune ( procesul Bergius). Producția de benzină de aviație și de combustibil din cărbune a fost dezvoltată în Germania în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, deoarece această țară nu are campuri petroliere. Procesul Bergius este adăugarea directă de hidrogen la carbon. Cărbunele este încălzit sub presiune în prezența hidrogenului și se obține un produs lichid, care este apoi procesat în benzină de aviație și combustibil pentru motor. Oxidul de fier este utilizat ca catalizator, precum și catalizatori pe bază de staniu și molibden. În timpul războiului, aproximativ 1.400 de tone de combustibil lichid pe zi au fost obținute la 12 fabrici germane folosind procesul Bergius. O alta proces, Fischer–Tropsch, constă din două etape. În primul rând, cărbunele este gazeificat, adică. efectuează reacția sa cu vapori de apă și oxigen și obține un amestec de hidrogen și oxizi de carbon. Acest amestec este transformat în combustibil lichid folosind catalizatori care conțin fier sau cobalt. Odată cu sfârșitul războiului, producția de combustibil sintetic din cărbune în Germania a fost întreruptă. Ca urmare a creșterii prețului petrolului care a urmat embargoului petrolului din 1973-1974, au fost depuse eforturi puternice pentru a dezvolta o metodă viabilă din punct de vedere economic de producere a benzinei din cărbune. Astfel, lichefierea directă a cărbunelui poate fi efectuată mai eficient utilizând un proces în două etape în care cărbunele este mai întâi contactat cu un catalizator de alumină-cobalt-molibden la o temperatură relativ scăzută și apoi la o temperatură mai ridicată. Costul unei astfel de benzine sintetice este mai mare decât cel obținut din petrol.

Amoniac. Unul dintre cele mai simple procese de hidrogenare din punct de vedere chimic este sinteza amoniacului din hidrogen și azot. Azotul este o substanță foarte inertă. Pentru a rupe legătura N-N din molecula sa, este necesară o energie de ordinul a 200 kcal/mol. Cu toate acestea, azotul se leagă de suprafața catalizatorului de fier în stare atomică, iar acest lucru necesită doar 20 kcal/mol. Hidrogenul se leagă de fier și mai ușor. Sinteza amoniacului se desfășoară după cum urmează:

Acest exemplu ilustrează capacitatea unui catalizator de a accelera în mod egal atât reacțiile directe, cât și cele inverse, adică faptul că catalizatorul nu modifică poziția de echilibru a reacției chimice.

Hidrogenarea uleiului vegetal. Una dintre cele mai importante reacții de hidrogenare în practică este hidrogenarea incompletă a uleiurilor vegetale în margarină, ulei de gătit și alte produse alimentare. Uleiurile vegetale sunt obținute din boabe de soia, semințe de bumbac și alte culturi. Acestea includ esteri, și anume trigliceridele acizilor grași cu diferite grade de nesaturare. Acidul oleic CH 3 (CH 2) 7 CH \u003d CH (CH 2) 7 COOH are o legătură dublă C \u003d C, acidul linoleic are două și acidul linolenic are trei. Adăugarea de hidrogen pentru a rupe această legătură previne oxidarea (râncezirea) uleiurilor. Acest lucru le ridică punctul de topire. Duritatea majorității produselor obținute depinde de gradul de hidrogenare. Hidrogenarea se realizează în prezența unei pulberi de nichel fin dispersate depuse pe un substrat sau nichel. catalizator Raneyîntr-o atmosferă de hidrogen foarte purificată.

Dehidrogenare. Dehidrogenarea este, de asemenea, o reacție catalitică importantă din punct de vedere industrial, deși amploarea aplicării sale este incomparabil mai mică. Cu ajutorul lui, de exemplu, se obține stirenul, un monomer important. Pentru a face acest lucru, dehidrogenați etilbenzenul în prezența unui catalizator care conține oxid de fier; potasiul și un anumit stabilizator structural contribuie, de asemenea, la reacție. La scară industrială, propanul, butanul și alcani sunt dehidrogenați. Dehidrogenarea butanului în prezența unui catalizator de alumină-crom produce butene și butadienă.

cataliză acidă. Activitatea catalitică a unei clase mari de catalizatori se datorează proprietăților lor acide. Conform I. Bronsted şi T. Lowry Un acid este un compus care poate dona un proton. Acizii puternici își donează cu ușurință protonii bazelor. Conceptul de aciditate primit dezvoltare ulterioarăîn lucrări G. Lewis, care a definit un acid ca fiind o substanță capabilă să accepte o pereche de electroni dintr-o substanță donor cu formarea unei legături covalente datorită socializării acestei perechi de electroni.

Aceste idei, împreună cu ideile despre reacțiile cu formarea ionilor de carbeniu, au ajutat la înțelegere mecanismul diferitelor reacții catalitice, în special cele care implică hidrocarburi. Puterea unui acid poate fi determinată folosind un set de baze care își schimbă culoarea atunci când se adaugă un proton. Se pare că unii catalizatori importanți din punct de vedere industrial se comportă ca acizi foarte puternici. Acestea includ catalizatorul Procesul Friedel-Crafts, cum ar fi HCl–AlCl 2 O 3 (sau HAlCl 4) și aluminosilicați. Puterea acidului- aceasta este o caracteristică foarte importantă, deoarece viteza de protonare, o etapă cheie în procesul de cataliză acidă, depinde de aceasta. Activitatea catalizatorilor precum aluminosilicații utilizați în cracarea petrolului este determinată de prezența acizilor Bronsted și Lewis pe suprafața lor. Structura lor este similară cu structura silicei (dioxid de siliciu), în care unii dintre atomii de Si 4+ sunt înlocuiți cu atomi de Al 3+. Excesul de sarcină negativă care apare în acest caz poate fi neutralizat de cationii corespunzători. Dacă cationii sunt protoni, atunci aluminosilicatul se comportă ca Acid Bronsted:

Activitatea catalizatorilor acizi condiţionat capacitatea lor de a reacționa cu hidrocarburile pentru a forma un ion carbeniu ca intermediar. Ionii de alchilcarbeniu conțin un atom de carbon încărcat pozitiv legat de trei grupări alchil și/sau atomi de hidrogen. Ele joacă un rol important ca intermediari formați în multe reacții care implică compuși organici. Mecanismul de acțiune al catalizatorilor acizi poate fi ilustrat prin exemplul reacției de izomerizare a n-butanului la izobutan în prezența HCl–AlCl 3 sau Pt–Cl–Al 2 O 3 . Mai întâi, o cantitate mică de olefină C4H8 atașează ionul de hidrogen încărcat pozitiv al catalizatorului acid pentru a forma un ion terțiar carbeniu. Apoi, ionul hidrură încărcat negativ H - este separat de n-butan cu formarea de izobutan și ionul secundar de butilcarbeniu. Acesta din urmă, ca urmare a rearanjarii, se transformă într-un ion terțiar de carbeniu. Acest lanț poate continua cu eliminarea ionului hidrură din următoarea moleculă de n-butan etc.:

În mod semnificativ, ionii terțiari de carbeniu sunt mai stabili decât cei primari sau secundari. Ca rezultat, sunt prezenți în principal pe suprafața catalizatorului și, prin urmare, principalul produs al izomerizării butanului este izobutanul. Catalizatori acizi sunt utilizate pe scară largă în rafinarea petrolului - cracare, alchilare, polimerizare și izomerizare a hidrocarburilor (vezi și CHIMIA ȘI METODE DE RAFINAREA ȚEIEI).

Instalat mecanismul de acțiune al ionilor de carbeniu jucând rolul catalizatorilor în aceste procese. În același timp, ei participă la o serie de reacții, inclusiv formarea de molecule mici prin divizarea celor mari, combinarea de molecule (olefină cu olefină sau olefină cu izoparafină), rearanjarea structurală prin izomerizare, formarea de parafine și hidrocarburi aromatice. prin transfer de hidrogen. Una dintre cele mai recente aplicații industriale ale catalizei acide este producerea de combustibili cu plumb prin adăugarea de alcooli la izobutilenă sau izoamilen. Adăugarea de compuși oxigenați la benzină reduce concentrația de monoxid de carbon din gazele de eșapament. Eterul metil terțiar butilic (MTBE) cu un număr octanic de amestec de 109 face, de asemenea, posibilă obținerea combustibilului cu octan ridicat necesar pentru a funcționa un motor de automobile cu compresie ridicată, fără a recurge la introducerea plumbului tetraetil în benzină. Se organizează și producția de combustibili cu cifre octanice 102 și 111.

cataliză principală. Activitatea catalizatorului condiţionat proprietățile lor principale. Un exemplu vechi și binecunoscut de astfel de catalizatori este hidroxid de sodiu utilizate pentru hidroliza sau saponificarea grăsimilor în producția de săpun, iar un exemplu recent îl reprezintă catalizatorii utilizați la producerea de materiale plastice și spume poliuretanice. Uretanul se formează prin interacțiunea alcoolului cu izocianatul, iar această reacție este accelerată în prezența aminelor bazice. În timpul reacției, baza este atașată la atomul de carbon din molecula de izocianat, în urma căreia apare o sarcină negativă asupra atomului de azot și crește activitatea acestuia față de alcool. Un catalizator deosebit de eficient este trietilendiamina. Materialele plastice poliuretanice se obțin prin reacția diizocianaților cu polioli (polialcooli). Când izocianatul reacţionează cu apa, uretanul format anterior se descompune pentru a elibera CO2. Când un amestec de polialcooli și apă reacționează cu diizocianați, spuma poliuretanică rezultată se formează cu CO2 gazos.

Catalizatori cu acțiune dublă. Acești catalizatori accelerează două tipuri de reacții și dau rezultate mai bune decât trecerea reactanților în serie prin două reactoare care conțin fiecare un singur tip de catalizator. Acest lucru se datorează faptului că situsurile active ale catalizatorului cu dublă acțiune sunt foarte apropiate unele de altele, iar produsul intermediar format pe una dintre ele se transformă imediat în produs final pe cealaltă. Combinarea unui catalizator de activare a hidrogenului cu un catalizator de promovare a izomerizării hidrocarburilor dă un rezultat bun. Activarea hidrogenului efectuează unele metale, și izomerizarea hidrocarburilor - acizi. Un catalizator eficient cu dublă acțiune care este utilizat în rafinarea petrolului pentru a transforma nafta în benzină platină fin dispersată depusă pe alumină acidă. Conversia componentelor nafta, cum ar fi metilciclopentan (ICP), în benzen crește numărul octanic al benzinei. La început ICP dehidrogenează pe partea de platină a catalizatorului la o olefină cu aceeași schemă de carbon; apoi olefina trece în partea acidă a catalizatorului, unde izomerizează la ciclohexenă. Acesta din urmă trece în partea de platină și se dehidrogenează în benzen și hidrogen. Catalizatorii cu acțiune dublă accelerează semnificativ reformarea uleiului. Ele sunt utilizate pentru izomerizarea parafinelor normale în izoparafine. Acestea din urmă, care fierb la aceleași temperaturi ca fracțiile de benzină, sunt valoroase deoarece au un număr octanic mai mare în comparație cu hidrocarburile simple. În plus, conversia n-butanului în izobutan este însoțită de dehidrogenare, contribuind la producerea de MTBE.

Polimerizare stereospecifică. O etapă importantă în istoria catalizei a fost descoperirea polimerizării catalitice a a-olefinelor cu formarea de polimeri stereoregulați. Catalizatorii de polimerizare stereospecifici au fost descoperiți de K. Ziegler când a încercat să explice proprietățile neobișnuite ale polimerilor pe care i-a obținut. Un alt chimist, J. Natta, a sugerat că unicitatea polimerilor Ziegler este determinată de stereoregularitatea lor. Experimentele de difracție cu raze X au arătat că polimerii preparați din propilenă în prezența catalizatorilor Ziegler sunt foarte cristalini și au într-adevăr o structură stereoregulată. Natta a introdus termenii „izotactic” și „sindiotactic” pentru a descrie astfel de structuri ordonate. În cazul în care nu există ordine, se folosește termenul „atactic”:

Reacția stereospecifică are loc la suprafață catalizatori solizi care conțin metale de tranziție din grupele IVA-VIII (cum ar fi Ti, V, Cr, Zr) în stare parțial oxidată și orice compus care conține carbon sau hidrogen, care este asociat cu un metal din grupele I-III. Un exemplu clasic de astfel de catalizator este precipitatul format în timpul interacțiunii dintre TiCl4 și Al(C2H5)3 în heptan, unde titanul este redus la starea trivalentă. Acest sistem extrem de activ catalizează polimerizarea propilenei la temperatură și presiune normale.

oxidare catalitică. Utilizarea catalizatorilor pentru controlul chimiei proceselor de oxidare are o mare importanță științifică și practică. În unele cazuri, oxidarea trebuie să fie completă, de exemplu, la neutralizarea contaminanților cu CO și hidrocarburi din gazele de eșapament ale mașinii. Cu toate acestea, mai des este necesar ca oxidarea să fie incompletă, de exemplu, în multe procese utilizate pe scară largă în industrie pentru transformarea hidrocarburilor în produse intermediare valoroase care conțin grupări funcționale precum -CHO, -COOH, -C-CO, -CN. . În acest caz, se folosesc atât catalizatori omogene, cât și eterogene. Un exemplu de catalizator omogen este un complex de metal de tranziție, care este utilizat pentru a oxida para-xilenul la acid tereftalic, ai cărui esteri sunt baza pentru producerea fibrelor de poliester.

Catalizatori pentru oxidarea eterogenă. Acești catalizatori sunt de obicei oxizi solizi complecși. Oxidarea catalitică are loc în două etape. În primul rând, oxidul de oxigen este captat de o moleculă de hidrocarbură adsorbită pe suprafața oxidului. Hidrocarbura este oxidată și oxidul este redus. Oxidul redus reacționează cu oxigenul și revine la starea inițială. Folosind un catalizator de vanadiu, anhidrida ftalică se obține prin oxidarea parțială a naftalinei sau butanului.

Producția de etilenă prin dehidrodimerizarea metanului. Sinteza etilenei prin dehidrodimerizare permite ca gazele naturale să fie transformate în hidrocarburi mai ușor transportabile. reacţie

2CH4 + 2O2 → C2H4 + 2H2O

efectuat la 850 °C folosind diferiți catalizatori; cele mai bune rezultate se obțin cu catalizatorul Li-MgO. Probabil, reacția are loc prin formarea unui radical metil prin separarea unui atom de hidrogen dintr-o moleculă de metan. Scindarea este efectuată de oxigen incomplet redus, de exemplu, O 2 2–. Radicalii metil din faza gazoasă se recombină pentru a forma o moleculă de etan și sunt transformați în etilenă în timpul dehidrogenării ulterioare. Un alt exemplu de oxidare incompletă este conversia metanolului în formaldehidă în prezența unui catalizator de argint sau fier-molibden.

Zeoliți. Zeoliții alcătuiesc o clasă specială de catalizatori eterogene. Aceștia sunt aluminosilicați cu o structură de fagure ordonată, a căror dimensiune celulară este comparabilă cu dimensiunea multor molecule organice. Se mai numesc si ei Site moleculare. De cel mai mare interes sunt zeoliții, ai căror pori sunt formați din inele formate din 8-12 ioni de oxigen (Fig. 2). Uneori, porii se suprapun, ca în zeolitul ZSM-5 (Fig. 3), care este folosit pentru conversia foarte specifică a metanolului în hidrocarburi din fracția de benzină. Benzina conține cantități semnificative de hidrocarburi aromatice și, prin urmare, are un număr octanic ridicat. În Noua Zeelandă, de exemplu, o treime din toată benzina consumată este obținută folosind această tehnologie. Metanolul se obține din metanul importat.

Imaginea 2 - Structura zeoliților cu pori mari și mici.

Imaginea 3 - Zeolit ​​ZSM-5. Reprezentarea schematică a structurii sub formă de tuburi care se intersectează.

Catalizatorii care alcătuiesc grupul de zeoliți Y măresc semnificativ eficiența cracarei catalitice datorită în primul rând proprietăților lor acide neobișnuite. Înlocuirea aluminosilicaților cu zeoliți face posibilă creșterea randamentului benzinei cu mai mult de 20%. În plus, zeoliții sunt selectivi în ceea ce privește dimensiunea moleculelor care reacţionează. Selectivitatea lor se datorează mărimii porilor prin care pot trece molecule de numai anumite dimensiuni și forme. Acest lucru se aplică atât materiilor prime, cât și produselor de reacție. De exemplu, din cauza constrângerilor sterice, para-xilenul se formează mai ușor decât izomerii orto și meta mai voluminosi. Acestea din urmă sunt „blocate” în porii zeolitului (Fig. 4).

Figura 4 - Schema care explică selectivitatea zeoliților în raport cu reactivii (a) și produsele (b).

Utilizarea zeoliților a făcut o adevărată revoluție în unele tehnologii industriale - deparafinare motorină și ulei de motor, obținând intermediari chimici pentru producerea materialelor plastice prin alchilare aromatică, izomerizare a xilenului, disproporționare cu toluen și cracare catalitică a uleiului. Zeolit ​​ZSM-5 este deosebit de eficient aici.

Deparafinarea produselor petroliere- extracția parafinei și a cerezinei din produse petroliere (combustibili diesel, uleiuri), în urma cărora calitatea acestora se îmbunătățește, în special, scade punctul de curgere.

Parafină(Parafina germană, din lat. Parum - puțin și affinis - înrudit), un amestec de hidrocarburi saturate C 18 -C 35, predominant. structură normală cu un mol. m. 300-400; cristale incolore cu t pl. \u003d 45–65 o C, densitate 0,880–0,915 g / cm 3 (15 o C).

Ceresin(din lat. cera - ceară), un amestec de hidrocarburi solide (în principal alchilciclani și alcani), obținut după purificarea ozoceritei. Prin densitate, culoare (de la alb la maro), punct de topire (65-88 ° C) și vâscozitate, ceresina este asemănătoare cerii.

Catalizatori și protecția mediului. Utilizarea catalizatorilor pentru reducerea poluării aerului a început la sfârșitul anilor 1940. În 1952, A. Hagen-Smith a descoperit că hidrocarburile și oxizii de azot, care fac parte din gazele de eșapament, reacționează la lumină pentru a forma oxidanți (în special, ozon), care irită ochii și dau alte efecte nedorite. Aproximativ în aceeași perioadă, Y. Houdry a dezvoltat o metodă de purificare catalitică a gazelor de eșapament prin oxidarea CO și hidrocarburi la CO 2 și H 2 O. În 1970, a fost formulată Declarația pentru aer curat (revizuită în 1977, extinsă în 1990), conform căreia toate mașinile noi, începând cu modelele din 1975, trebuie să fie echipate cu convertoare catalitice pentru gaze de eșapament. Au fost stabilite norme pentru compoziția gazelor de eșapament. Deoarece compușii de plumb s-au adăugat la catalizatorii otrăvitori de benzină, a fost adoptat un program de eliminare treptată. S-a atras atenția și asupra necesității reducerii conținutului de oxizi de azot. Catalizatorii au fost creați special pentru convertoarele auto, în care componentele active sunt depuse pe un substrat ceramic cu structură de fagure, prin celulele cărora trec gazele de eșapament. Substratul este acoperit cu un strat subțire de oxid de metal, cum ar fi Al2O3, pe care se aplică un catalizator - platină, paladiu sau rodiu. Conținutul de oxizi de azot formați în timpul arderii combustibililor naturali la centralele termice poate fi redus prin adăugarea unor cantități mici de amoniac în gazele de ardere și trecerea acestora printr-un catalizator de titan-vanadiu.

Enzime. Enzimele sunt catalizatori naturali care reglează procesele biochimice dintr-o celulă vie. Ei participă la procesele de schimb de energie, defalcarea nutrienților, reacțiile de biosinteză. Multe reacții organice complexe nu pot avea loc fără ele. Enzimele funcționează la temperatură și presiune obișnuită, au o selectivitate foarte mare și sunt capabile să mărească viteza reacțiilor cu opt ordine de mărime. În ciuda acestor avantaje, doar aproximativ 20 din cele 15.000 de enzime cunoscute sunt utilizate pe scară largă. Omul folosește enzime de mii de ani pentru a coace pâine, a produce băuturi alcoolice, brânză și oțet. Acum enzimele sunt folosite și în industrie: în prelucrarea zahărului, în producția de antibiotice sintetice, aminoacizi și proteine. La detergenți se adaugă enzime proteolitice care accelerează procesele de hidroliză. Cu ajutorul bacteriilor Clostridium acetobutylicum, H. Weizmann a realizat conversia enzimatică a amidonului în acetonă și alcool butilic. Această metodă de obținere a acetonei a fost folosită pe scară largă în Anglia în timpul Primului Război Mondial, iar în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, cauciucul butadienic a fost fabricat cu ajutorul său în URSS. Un rol excepțional de mare l-a jucat utilizarea enzimelor produse de microorganisme pentru sinteza penicilinei, precum și a streptomicinei și a vitaminei B12. Alcoolul etilic produs enzimatic este utilizat pe scară largă ca combustibil pentru automobile. În Brazilia, mai mult de o treime din cele aproximativ 10 milioane de mașini funcționează cu 96% alcool etilic derivat din trestie de zahăr, iar restul cu un amestec de benzină și alcool etilic (20%). Tehnologia de producere a combustibilului, care este un amestec de benzină și alcool, este bine dezvoltată în Statele Unite. În 1987, din boabele de porumb s-au obținut aproximativ 4 miliarde de litri de alcool, din care aproximativ 3,2 miliarde de litri au fost folosiți drept combustibil. Diverse aplicații se găsesc și în așa-numitul. enzime imobilizate. Aceste enzime sunt asociate cu un purtător solid, cum ar fi silicagel, peste care trec reactivii. Avantajul acestei metode este că asigură contactul eficient al substraturilor cu enzima, separarea produselor și conservarea enzimei. Un exemplu de utilizare industrială a enzimelor imobilizate este izomerizarea D-glucozei la fructoză.

Literatură

1. Gates B.K. Chimia proceselor catalitice. M., 1981

2. Boreskov G.K. Cataliză. Întrebări de teorie și practică. Novosibirsk, 1987

3. Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. Noua teorie generală a catalizei. L., 1991

4. Tokabe K. Catalizatori și procese catalitice. M., 1993

5. Enciclopedia lui Collier. - societate deschisă. 2000.

Majoritatea proceselor de reacție din industria chimică se desfășoară cu utilizarea catalizatorilor.

Catalizatorii pot fi substanțe individuale solide, lichide, gazoase, precum și amestecurile acestora.

Cataliza este împărțită în două clase:

1. Omogen

2. Eterogen

În primul caz, catalizatorul și reactanții sunt în aceeași fază (gaz sau lichid), în al doilea caz sunt în faze diferite, cel mai adesea catalizatorul este în fază solidă.

Luați în considerare metodele generale de utilizare a catalizatorilor în industria chimică. Cerințe de bază pentru catalizatori:

asigura contactul reactivilor cu cea mai mare suprafata a catalizatorului;

· găsi conditii optime pentru funcționarea pe termen lung a catalizatorului (temperatura optimă, imposibilitatea otrăvirii sale sau a contaminării suprafeței și așa mai departe);

· creați un sistem convenabil de regenerare a catalizatorului.

Dacă toate cele trei condiții sunt îndeplinite, catalizatorul funcționează decenii fără schimbare.

Utilizarea catalizatorilor solizi poate merge în funcție de următoarele opțiuni:

1. catalizatorul este plasat în reactor, iar acolo stă nemișcat pe grile;

2. catalizatorul se deplasează împreună cu rafturile;

3. catalizatorul se află în reactor în stare fin divizată (aproape praf) în pat suspendat (pat fluidizat, pat fluidizat).

În primul caz, atunci când catalizatorul este imobil, există dezavantaje: o schimbare curată a ciclului de lucru și regenerarea catalizatorului, dificultăți în furnizarea și îndepărtarea căldurii în zona de reacție și complexitate în proiectarea reactoarelor.

În al doilea caz, se folosesc două dispozitive: un contact (reactor) și un regenerator. Catalizatorul este mutat continuu prin intermediul dispozitivelor mecanice prin aparatul de contact, trece de la acesta la regenerator și revine din nou la aparatul de contact. În acest caz, proiectarea aparatului este simplificată, iar reglarea procesului este facilitată.

În al treilea caz (cel mai bun), particulele fine de catalizator din reactor sunt în suspensie, care este menținută de fluxul de gaze de reacție. Întregul amestec capătă proprietățile unui lichid în fierbere, motiv pentru care un astfel de proces era numit anterior proces fluid, iar acum se numește proces în pat fluidizat sau în pat fluidizat. Particulele mici de catalizator se deplasează împreună cu gazele prin reactor de jos în sus. Avantajele acestei metode:

· suprafața dezvoltată mare a catalizatorului, care este spălată uniform de gaz din toate părțile;

procesul este continuu, deoarece catalizatorul este ușor îndepărtat din sfera de reacție, regenerat și returnat din nou în ciclu;

se realizează amestecarea perfectă a gazelor de reacție între ele și cu catalizatorul;

· Transferul de căldură se îmbunătățește brusc, catalizatorul schimbă rapid căldura cu gazele, ceea ce asigură încălzirea uniformă a acestora.

Compuși cu greutate moleculară mare (HMC)

Sinteza compușilor cu greutate moleculară mare, de ex. compușii macromoleculari este în prezent una dintre principalele tendințe în știința și industria chimică modernă. Este binecunoscută marea importanță a acestor compuși în viața noastră, ceea ce face posibilă obținerea unor produse precum cauciuc și cauciuc, materiale plastice, fibre artificiale, rășini, lacuri și vopsele și uleiuri speciale. În dezvoltarea metodelor pentru studiul și producerea DIU, un rol remarcabil revine chimiștilor ruși. În 1859, A.M. Butlerov a obținut un polimer de formaldehidă, iar în 1873 a studiat polimerizarea izobutilenei. Cu aceste lucrări, Butlerov, în cuvintele academicianului Arbuzov, „a deschis ușa către domeniul compușilor macromoleculari”. DIU se obține prin două metode principale:

1. Metoda de polimerizare și copolimerizare

2. Metoda policondensării

metoda de polimerizare

Polimerizarea se referă la reacțiile de unire a unui număr mare de molecule ale aceleiași substanțe sau substanțe diferite într-o moleculă mare. Reacția de combinare a moleculelor diferitelor substanțe se numește copolimerizare. În chiar vedere generala ecuația reacției de polimerizare poate fi reprezentată astfel:

Unde A denotă o moleculă de monomer și n- numărul de molecule conectate, adică gradul de polimerizare.

Pe scurt, polimerizarea este formarea unui polimer dintr-un monomer. Monomer este un termen care are sens numai în raport cu polimerul său. Dacă nu există polimer, nu există monomer. În principiu, polimerizarea este o reacție de adiție datorată ruperii dublelor legături din molecula de monomer. Cu toate acestea, această reacție este adesea complicată de procese de izomerizare cu deplasarea legăturilor duble și a grupărilor de atomi sau implicarea diferitelor alte substanțe (catalizatori, regulatori de creștere, emulgatori etc.) în reacție.

Există două tipuri principale de proces de creștere a lanțului polimeric:

1. Polimerizare în trepte - când legătura moleculelor este însoțită de mișcarea atomilor de hidrogen sau a grupurilor întregi de atomi. Produșii de reacție în fiecare etapă pot fi izolați.

2. Polimerizare în lanț sau liniară, când nu există mișcare a atomilor. Produsele stadiilor inițiale nu pot fi evidențiate izolat; produsul de reacție este DIU.

Un exemplu de reacție de primul tip este polimerizarea izobutilenei studiată de A.M. Butlerov. Reacţia este catalizată de acizi (H2SO4), în timpul cărora pot fi izolate diizobutilene, a căror hidrogenare dă izooctan, sau reacţia poate fi efectuată în continuare pentru a obţine poliizobutilenă. Mecanismul de reacție este:

Polimerizarea în lanț poate avea loc prin două mecanisme: ionic (catalitic) și radical (inițiat).

Polimerizarea radicală este cauzată (inițiată):

Substanțe capabile să se descompună în radicali liberi în condiții de reacție

energie termală

Iradiere (UV, radiații)

În timpul polimerizării termice, unele dintre moleculele de monomer sunt sub influență temperatură ridicată activate si reactioneaza intre ele. Folosind exemplul stirenului, acest lucru poate fi imaginat după cum urmează

Molecula dimer de stiren formată în acest fel este o particulă biradicală și datorită acestui fapt se leagă cu ușurință de alte molecule de stiren, formând radicali polimerici:

În acest caz, procesul de polimerizare este o reacție tipică valoroasă: locul activ care apare primul (adică etapa de inițiere) determină un lanț lung de reacții de adiție (etapa de creștere a lanțului). Pentru a obține viteze de reacție suficiente în timpul inițierii termice, sunt de obicei necesare temperaturi ridicate, la care apar procese secundare nedorite. O metodă mult mai convenabilă de inițiere a reacției de polimerizare este prin introducerea de substanțe capabile să genereze radicali liberi în zona de reacție. Astfel de compuși sunt peroxizii, hidroperoxizii și alți compuși. Peroxidul de benzoil este adesea folosit:

În general: (RCOO) 2 → RCOO+R+CO 2

Acești radicali liberi sunt centrii activi care încep procesul de formare a lanțului polimeric. De exemplu, polimerizarea stirenului în acest caz poate fi reprezentată după cum urmează:

Următoarele molecule de stiren sunt atașate la radicalii formați 1 și 2 și așa mai departe. (creștere în lanț). În general, aceste procese pot fi reprezentate după cum urmează:

Înainte de formarea unei macromolecule. La un moment dat, creșterea lanțului se oprește (terminarea lanțului) și macroradicalul crescut este transformat într-o macromoleculă polimerică stabilă.

Motivul unui circuit întrerupt este:

recombinare, adică compus, doi macroradicali R-(M)n-M+M-(M)n-R→R-(M)n-M-M-(M)n-R;

recombinarea unui macroradical cu alt radical inactiv;

interacțiunea unui macroradical cu alte substanțe;

Izomerizarea unui macroradical într-un compus stabil;

dificultăți spațiale.

În producție, viteza procesului de polimerizare joacă un rol imens. Este determinată atât de natura inițiatorului (catalizatorului), cât și de structura monomerului și de metoda de realizare a procesului.

Procesul de polimerizare poate fi efectuat:

în vrac, când se adaugă un catalizator direct la masa lichidă a monomerului și la o anumită temperatură are loc acumularea polimerului, însoțită de îngroșarea și apoi solidificarea masei;

În soluții

în emulsii;

in faza gazoasa.

Prima metodă este utilizată pe scară largă în producția de rășini sintetice. Este convenabil pentru implementarea practică, dar în acest caz este dificil să se efectueze îndepărtarea căldurii eliberate în timpul reacției, amestecarea este dificilă din cauza vâscozității ridicate, ceea ce duce la neomogenitatea polimerului. În polimerizarea în soluție, viteza este oarecum redusă și există dificultăți în îndepărtarea solventului.

Polimerizarea în emulsie a devenit larg răspândită, în special în producția de SC. Această metodă constă în faptul că monomerul este distribuit între unele lichide (cel mai adesea apă), în care nu se dizolvă, sub formă de picături minuscule, formând o emulsie tipică (lichid într-un lichid). Se adaugă un inițiator solubil într-una sau alta fază, apoi substanțe care dau stabilitate emulsiei - emulgatori și alte substanțe inutile - activatori, regulatori de creștere a lanțului, iar amestecul este amestecat în reactoare închise - polimerizatori la o anumită temperatură. Spre deosebire de primele două procese, acest proces are loc într-un sistem eterogen foarte dispersat. S-a constatat că în aceste condiții, descompunerea inițiatorului are loc mai ușor, procesele de terminare a lanțului sunt mai puțin dezvoltate, iar fenomenele de polaritate a moleculelor și alte fenomene sunt mai afectate pe interfața de fază. Toate acestea conduc la faptul că viteza de polimerizare în emulsii este de zece ori mai mare decât într-un mediu omogen.

Condițiile de polimerizare au o importanță decisivă în obținerea polimerilor cu proprietăți dorite, deoarece ordinea creșterii lanțului și structura moleculelor de polimer și, prin urmare, proprietățile fizice și tehnice ale acestuia depind de aceste condiții. Prima reacție de polimerizare în emulsie a fost efectuată de chimistul și inginerul rus Ostromyslensky în 1915. De atunci, problemele polimerizării în emulsie în țara noastră au fost intens dezvoltate de oameni de știință precum B.A. Dogadkin, B.A. Dolgoplosk, P.M. Homikovski, S.S. Medvedev și alții.

Polimerii hidrocarburici bazici se obțin prin polimerizarea derivaților de etilenă. Să luăm în considerare unele dintre ele.

Polietilenă

Etilena polimerizează cu dificultate, reacția se desfășoară la temperaturi ridicate (până la 200C) și presiuni (până la 1000 atm). Se formează Forțele Navale și MV 20000 și mai sus.

Polietilena a fost obținută pentru prima dată de Gustavson în 1884 prin polimerizarea catalitică (AlBr 3) a etilenei. Molecula PE este un lanț lung, în zig-zag, de grupări metil.

PE la temperaturi obișnuite nu se dizolvă în solvenți organici, dar la t>80°C se dizolvă bine în R-Hal și hidrocarburi aromatice. Acizii și alcaliile nu afectează PE. PE este foarte durabil, bine prelucrat și sudat. Domeniul de aplicare - izolatoare și acoperiri de protectie, produse de uz casnic.

În timpul polimerizării PE în prezența b/w AlCl 3 ca catalizator la t = 120-200 ° C și P = 100 atm, se obțin amestecuri de hidrocarburi cu lanțuri ramificate, care sunt utilizate după diluarea lor cu esteri acizi ca uleiuri lubrifiante speciale.

Polistiren

Polimerizarea stirenului este mai ușoară decât cea a etilenei - se realizează în condiții radicalice (peroxizi). Structura polistirenului:

Obțineți polimeri cu MW de la 3 la 600 de mii. Polimerii superiori sunt produse sticloase solide transparente. Peste 150C, începe să se depolimerizeze pentru a forma stiren. Copolimerizarea stirenului cu butadienă produce cauciuc stiren-butadien. Domeniul de aplicare - izolator electric, în tehnologie, în viața de zi cu zi.

Informații similare.

Vom cumpăra catalizatori industriali în orice volum în Rostov-pe-Don și regiunea Rostov.

Despre catalizatori

Catalizatorul este chimic care ajută la accelerarea reacției. Are o largă aplicație în diverse industrii. Principalii consumatori ai catalizatorului sunt industria de rafinare a petrolului, industria petrochimica, industria chimica, acestea fiind folosite cu succes in domeniul ecologiei si protectiei mediului.

Clasificare

Toate dispozitivele fabricate sunt clasificate:

• După tipul de reacție de cataliză - acid-bază, redox
• Conform grupului de proces de cataliză - sinteza amoniacului, cracarea produselor petroliere
• După natura bazei active utilizate - metal, oxid, sulfură, complex și altele
• Dupa metoda de fabricatie

Toți catalizatorii folosesc metale neferoase și prețioase: platină, aluminiu, fier, crom, nichel, vanadiu, cobalt, bismut, argint, aur și multe altele.

Catalizatorii industriali sunt, de asemenea, omogene și eterogene. Omogen – se află într-o fază comună cu substanța care reacţionează. Un catalizator care își formează propria fază, separată de substanțele care reacţionează, se numește heterogen. Folosind catalizatori industriali și de altă natură, nu numai că putem salva natura de substanțele otrăvitoare care există în orice industrie, dar și materiile prime.

Aplicație în industrie

Creșterea rapidă a industriei, la care asistăm acum, nu ar fi fost posibilă fără dezvoltarea și apariția unor noi substanțe chimice. procese tehnologice. Într-o măsură mai mare, progresul este facilitat de utilizarea pe scară largă a catalizatorilor, ei sunt cei care ajută la transformarea materiilor prime de calitate scăzută în produse de calitate superioară. Catalizatorul poate fi comparat cu piatra filosofală, despre care se credea că transforma anumite metale în aur. Dar numai catalizatorii transformă materiile prime în diverse medicamente, materiale plastice, chimicale, combustibili, îngrășăminte utile și necesare și alte lucruri utile.

Aplicarea catalizatorilor

Un eveniment semnificativ pentru utilizarea practică a catalizatorului este începerea producției de margarină prin hidrogenarea catalitică a uleiurilor vegetale. Acest lucru a fost realizat pentru prima dată la începutul secolului al XX-lea și deja în anii douăzeci, oamenii de știință au dezvoltat metode catalitice pentru a obține noi materiale organice. Olefinele, nitrilii, esterii, acizii au devenit un fel de „blocuri de construcție” pentru producția de materiale plastice.

Următorul val, când au început să folosească catalizatori industriali, a fost rafinarea petrolului. Curând, în această industrie, un catalizator nu a mai fost necesar, deoarece aceste dispozitive sunt utilizate în toate etapele procesului, cum ar fi:

• Cracare
• Reformare
• Hidrosulfonarea
• Hidrocracare
• Izomerizarea
• Polimerizare
• Alchilare

În ultimii ani, catalizatorii au fost utilizați pe scară largă în domeniul protecției mediului. Cel mai faimos dispozitiv care ne ajută să salvăm mediul înconjurător este catalizatorul de gaze de eșapament din mașini.

Domeniile de aplicare a neutralizatorilor sunt în continuă expansiune, reacția de cataliză face posibilă îmbunătățirea tehnologiilor dezvoltate anterior. De exemplu, cracarea catalitică a fost îmbunătățită prin utilizarea zeoliților.

hidrogenare

Practic, reacțiile catalitice sunt asociate cu faptul că un atom de hidrogen este activat cu o altă moleculă, ceea ce duce la interacțiuni chimice. Acest proces numit hidrogenare, și el este cel care stă la baza multor etape în rafinarea petrolului, precum și în producția de combustibil lichid din cărbune. În timpul războiului, procesul de hidrogenare a fost utilizat pe scară largă în Germania pentru a produce benzină pentru avioane și combustibil pentru mașini din cărbune, deoarece în Germania nu există petrol.

Hidrogenarea uleiurilor vegetale comestibile

O alta proprietate utilă, pe care catalizatorii au în Industria alimentară- aceasta este hidrogenarea uleiului vegetal în margarină, ulei de gătit și alte produse alimentare. În acest caz, pe catalizator sau pe substrat se aplică pulbere fină de nichel.

Dehidrogenare

Această reacție chimică de cataliză este folosită mai rar decât hidrogenarea, dar, cu toate acestea, este și importantă, ajută la obținerea stirenului, propanului, butanului, butenului.

cataliză acidă

Activitatea majorității catalizatorilor este determinată și depinde de proprietățile lor acide. Sunt catalizatori industriali acizi care sunt utilizați în majoritatea cazurilor în rafinarea petrolului pentru a produce parafine și hidrocarburi aromatice. Cea mai recentă utilizare a catalizatorilor este producția de combustibili cu plumb, precum și de benzine cu octan ridicat.

Trebuie spus că încă nu există o catalogare unificată a catalizatorilor industriali. Totul vine din experiență. Catalizatorii sunt clasificați în funcție de următorii parametri:

• Tip de reacție de cataliză
• Natura substanței care este activă
• Grup de proces catalitic.

Cea mai complexă opțiune este tocmai a treia, deoarece el este cel mai concentrat industria modernă- petrochimie, chimie, rafinare a petrolului.

Istoria creației

Se crede că prima utilizare a unui catalizator este producerea de eter etilic din alcool folosind acid sulfuric ca catalizator. În secolul al XVIII-lea s-a făcut descoperirea acțiunii catalitice a acidului pentru zaharificarea amidonului. Aici, argila și unele tipuri de metale au fost folosite ca catalizator. Dar totuși, conceptul de „cataliza” nu exista încă. Abia în 1834 Mitcherlich a introdus un astfel de concept ca „reacție de contact”. Denumirea „cataliza” a fost propusă de Berzelius un an mai târziu - în 1835.

Folosirea metalului de platină pentru oxidare a fost brevetată în 1831 de omul de știință Phillips, dar aplicațiile industriale Pe aici nu a primit cataliză din mai multe motive (platina și-a redus activitatea atunci când este combinată cu arsen și alte substanțe toxice conținute în gaze). După ce au dezvoltat o metodă de curățare a diferitelor gaze de substanțe toxice, a devenit posibilă crearea primului dispozitiv industrial mare. A fost pus în funcțiune în Rusia în 1897 și brevetat în 1902. Astăzi cel mai important mari intreprinderi Diverse industrii folosesc „kata” industrial, iar fiecare proces folosește propriul tip de catalizator, care are combinația optimă de proprietăți.

Volumul de producție al acestor dispozitive în lume este de peste 800 de mii de tone pe an. Unii dintre catalizatori funcționează de la 6 luni la un an, în timp ce alții au o durată de viață mult mai lungă - până la 10-12 ani. După ce limita de lucru a fost epuizată, catalizatorul trebuie eliminat în mod corespunzător.

Firma noastra va ofera termeni profitabili vanzari la cele mai bune preturi. Contactați-ne - rețineți că catalizatorii conțin nu numai metale prețioase, ci și substanțe nocive. Nu aruncați dispozitivele în gropile de gunoi, este mai bine să salvați natura și chiar un plus la acest lucru și să obțineți o sumă bună de bani pentru fier vechi.

CALIZĂ: APLICAȚII ALE CALIZEI ÎN INDUSTRIE

La articolul CATALYSIS

Creșterea industrială rapidă pe care o experimentăm acum nu ar fi fost posibilă fără dezvoltarea de noi tehnologii chimice. În mare măsură, acest progres este determinat de utilizarea pe scară largă a catalizatorilor, cu ajutorul cărora materiile prime de calitate scăzută sunt transformate în produse de mare valoare. Figurat vorbind, catalizatorul este piatra filosofală a alchimistului modern, doar că nu transformă plumbul în aur, ci materiile prime în medicamente, materiale plastice, chimicale, combustibil, îngrășăminte și alte produse utile.

Poate că primul proces catalitic pe care omul a învățat să-l folosească este fermentația. Rețetele pentru prepararea băuturilor alcoolice erau cunoscute de sumerieni încă din anul 3500 î.Hr. Vezi VIN; BERE.

O etapă semnificativă în aplicarea practică a catalizei a fost producția de margarină prin hidrogenarea catalitică a uleiului vegetal. Pentru prima dată, această reacție la scară industrială s-a desfășurat în jurul anului 1900. Și din anii 1920 s-au dezvoltat una după alta metode catalitice pentru producerea de noi materiale organice, în primul rând materiale plastice. Punctul cheie a fost producerea catalitică de olefine, nitrili, esteri, acizi etc. - „cărămizi” pentru „construcția” chimică a materialelor plastice.

Al treilea val de utilizare industrială a proceselor catalitice are loc în anii 1930 și este asociat cu rafinarea petrolului. În ceea ce privește volumul, această producție a lăsat curând pe toate celelalte cu mult în urmă. Rafinarea petrolului constă în mai multe procese catalitice: cracare, reformare, hidrosulfonare, hidrocracare, izomerizare, polimerizare și alchilare.

Și, în sfârșit, al patrulea val în utilizarea catalizei este legat de protecția mediului. Cea mai cunoscută realizare în acest domeniu este crearea unui convertor catalitic pentru gazele de eșapament ale automobilelor. Convertizoarele catalitice, care sunt instalate în mașini din 1975, au jucat un rol important în îmbunătățirea calității aerului și au salvat multe vieți în acest fel.

Aproximativ o duzină de premii Nobel au fost acordate pentru munca în domeniul catalizei și domenii conexe.

Semnificația practică a proceselor catalitice este evidențiată de faptul că ponderea azotului, care face parte din compușii care conțin azot obținuți industrial, reprezintă aproximativ jumătate din tot azotul care face parte din produsele alimentare. Cantitatea de compuși de azot produși în mod natural este limitată, astfel încât producția de proteine ​​alimentare depinde de cantitatea de azot aplicată solului cu îngrășăminte. Ar fi imposibil să hrănești chiar și jumătate din umanitate fără amoniac sintetic, care este produs aproape exclusiv prin procesul catalitic Haber-Bosch.

Domeniul de aplicare al catalizatorilor este în continuă extindere. De asemenea, este important ca cataliza să poată crește semnificativ eficiența tehnologiilor dezvoltate anterior. Un exemplu este îmbunătățirea cracarei catalitice prin utilizarea zeoliților.

Hidrogenarea. Un număr mare de reacții catalitice sunt asociate cu activarea unui atom de hidrogen și a unei alte molecule, ducând la interacțiunea lor chimică. Acest proces se numește hidrogenare și stă la baza multor etape ale rafinării petrolului și producției de combustibili lichizi din cărbune (procesul Bergius).

Producția de benzină pentru aviație și combustibil pentru motor din cărbune a fost dezvoltată în Germania în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, deoarece în această țară nu există câmpuri petroliere. Procesul Bergius este adăugarea directă de hidrogen la carbon. Cărbunele este încălzit sub presiune în prezența hidrogenului și se obține un produs lichid, care este apoi procesat în benzină de aviație și combustibil pentru motor. Oxidul de fier este utilizat ca catalizator, precum și catalizatori pe bază de staniu și molibden. În timpul războiului, aproximativ 1.400 de tone de combustibil lichid pe zi au fost obținute la 12 fabrici germane folosind procesul Bergius.

Un alt proces, Fischer - Tropsch, constă din două etape. În primul rând, cărbunele este gazeificat, adică. efectuează reacția sa cu vapori de apă și oxigen și obține un amestec de hidrogen și oxizi de carbon. Acest amestec este transformat în combustibil lichid folosind catalizatori care conțin fier sau cobalt. Odată cu sfârșitul războiului, producția de combustibil sintetic din cărbune în Germania a fost întreruptă.

Ca urmare a creșterii prețului petrolului care a urmat embargoului petrolului din 1973-1974, au fost depuse eforturi puternice pentru a dezvolta o metodă viabilă din punct de vedere economic de producere a benzinei din cărbune. Astfel, lichefierea directă a cărbunelui poate fi efectuată mai eficient utilizând un proces în două etape în care cărbunele este mai întâi contactat cu un catalizator de alumină-cobalt-molibden la o temperatură relativ scăzută și apoi la o temperatură mai ridicată. Costul unei astfel de benzine sintetice este mai mare decât cel obținut din petrol.

Amoniac. Unul dintre cele mai simple procese de hidrogenare din punct de vedere chimic este sinteza amoniacului din hidrogen și azot. Azotul este o substanță foarte inertă. Pentru o pauză conexiuni N-N molecula sa necesită o energie de ordinul a 200 kcal/mol. Cu toate acestea, azotul se leagă de suprafața catalizatorului de fier în stare atomică, iar acest lucru necesită doar 20 kcal/mol. Hidrogenul se leagă de fier și mai ușor. Sinteza amoniacului se desfășoară după cum urmează:

Acest exemplu ilustrează capacitatea unui catalizator de a accelera în mod egal atât reacțiile directe, cât și cele inverse, de exemplu. faptul că catalizatorul nu modifică poziția de echilibru a reacției chimice.

Hidrogenarea uleiului vegetal. Una dintre cele mai importante reacții de hidrogenare în practică este hidrogenarea incompletă a uleiurilor vegetale în margarină, ulei de gătit și alte produse alimentare. Uleiurile vegetale sunt obținute din boabe de soia, semințe de bumbac și alte culturi. Acestea includ esteri, și anume trigliceridele acizilor grași cu diferite grade de nesaturare. Acidul oleic CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH are o legătură dublă C=C, acidul linoleic are două, iar acidul linolenic are trei. Adăugarea de hidrogen pentru a rupe această legătură previne oxidarea (râncezirea) uleiurilor. Acest lucru le ridică punctul de topire. Duritatea majorității produselor obținute depinde de gradul de hidrogenare. Hidrogenarea se realizează în prezența unei pulberi fine de nichel depuse pe un substrat sau catalizator de nichel Raney într-o atmosferă de hidrogen înalt purificată.

Dehidrogenare. Dehidrogenarea este, de asemenea, o reacție catalitică importantă din punct de vedere industrial, deși amploarea aplicării sale este incomparabil mai mică. Cu ajutorul lui, de exemplu, se obține stirenul, un monomer important. Pentru a face acest lucru, dehidrogenați etilbenzenul în prezența unui catalizator care conține oxid de fier; potasiul și un anumit stabilizator structural contribuie, de asemenea, la reacție. La scară industrială, propanul, butanul și alcani sunt dehidrogenați. Dehidrogenarea butanului în prezența unui catalizator de alumină-crom produce butene și butadienă.

cataliză acidă. Activitatea catalitică a unei clase mari de catalizatori se datorează proprietăților lor acide. Potrivit lui I. Bronsted și T. Lowry, un acid este un compus capabil să doneze un proton. Acizii puternici își donează cu ușurință protonii bazelor. Conceptul de aciditate a fost dezvoltat în continuare în lucrările lui G. Lewis, care a definit un acid ca o substanță capabilă să accepte o pereche de electroni dintr-o substanță donatoare cu formarea unei legături covalente datorită socializării acestei perechi de electroni. Aceste idei, împreună cu ideile despre reacțiile care formează ioni de carbeniu, au ajutat la înțelegerea mecanismului diferitelor reacții catalitice, în special a celor care implică hidrocarburi.

Puterea unui acid poate fi determinată folosind un set de baze care își schimbă culoarea atunci când se adaugă un proton. Se pare că unii catalizatori importanți din punct de vedere industrial se comportă ca acizi foarte puternici. Acestea includ un catalizator Friedel-Crafts, cum ar fi HCI-AlCl2O3 (sau HAlCl4) și aluminosilicați. Puterea acidului este o caracteristică foarte importantă, deoarece determină viteza de protonare, o etapă cheie în procesul de cataliză a acidului.

Activitatea catalizatorilor precum aluminosilicații utilizați în cracarea petrolului este determinată de prezența acizilor Bronsted și Lewis pe suprafața lor. Structura lor este similară cu cea a silicei (dioxid de siliciu), în care unii dintre atomii de Si4+ sunt înlocuiți cu atomi de Al3+. Excesul de sarcină negativă care apare în acest caz poate fi neutralizat de cationii corespunzători. Dacă cationii sunt protoni, atunci aluminosilicatul se comportă ca un acid Brønsted:

Activitatea catalizatorilor acizi este determinată de capacitatea lor de a reacționa cu hidrocarburile cu formarea unui ion carbeniu ca produs intermediar. Ionii de alchilcarbeniu conțin un atom de carbon încărcat pozitiv legat de trei grupări alchil și/sau atomi de hidrogen. Ele joacă un rol important ca intermediari formați în multe reacții care implică compuși organici. Mecanismul de acțiune al catalizatorilor acizi poate fi ilustrat prin exemplul de izomerizare a n-butanului la izobutan în prezența HCI-AlCl3 sau Pt-Cl-Al2O3. În primul rând, o cantitate mică de olefină C4H8 leagă ionul de hidrogen încărcat pozitiv al catalizatorului acid pentru a forma ionul terțiar de carbeniu. Apoi ionul hidrură încărcat negativ H- este scindat din n-butan pentru a forma izobutan și un ion secundar de butilcarbeniu. Acesta din urmă, ca urmare a rearanjarii, se transformă într-un ion terțiar de carbeniu. Acest lanț poate continua cu eliminarea ionului hidrură din următoarea moleculă de n-butan etc.:

În mod semnificativ, ionii terțiari de carbeniu sunt mai stabili decât cei primari sau secundari. Ca rezultat, sunt prezenți în principal pe suprafața catalizatorului și, prin urmare, principalul produs al izomerizării butanului este izobutanul.

Catalizatorii acizi sunt utilizați pe scară largă în rafinarea petrolului - cracare, alchilare, polimerizare și izomerizare a hidrocarburilor (vezi și CHIMIA ȘI METODE DE RAFINAREA ȚEIEI). A fost stabilit mecanismul de acțiune al ionilor de carbeniu, care joacă rolul de catalizatori în aceste procese. În același timp, ei participă la o serie de reacții, inclusiv formarea de molecule mici prin divizarea celor mari, combinarea de molecule (olefină cu olefină sau olefină cu izoparafină), rearanjarea structurală prin izomerizare, formarea de parafine și hidrocarburi aromatice. prin transfer de hidrogen.

Una dintre cele mai recente aplicații industriale ale catalizei acide este producerea de combustibili cu plumb prin adăugarea de alcooli la izobutilenă sau izoamilen. Adăugarea de compuși oxigenați la benzină reduce concentrația de monoxid de carbon din gazele de eșapament. Eterul metil terțiar butilic (MTBE) cu un număr octanic de amestec de 109 face, de asemenea, posibilă obținerea combustibilului cu octan ridicat necesar pentru a funcționa un motor de automobile cu compresie ridicată, fără a recurge la introducerea plumbului tetraetil în benzină. Se organizează și producția de combustibili cu cifre octanice 102 și 111.

cataliză principală. Activitatea catalizatorilor este determinată de proprietățile lor de bază. Un exemplu vechi și binecunoscut de astfel de catalizatori este hidroxidul de sodiu utilizat pentru hidroliza sau saponificarea grăsimilor în fabricarea săpunului, iar un exemplu recent îl reprezintă catalizatorii utilizați la producerea de materiale plastice și spume poliuretanice. Uretanul se formează prin interacțiunea alcoolului cu izocianatul, iar această reacție este accelerată în prezența aminelor bazice. În timpul reacției, baza este atașată la atomul de carbon din molecula de izocianat, în urma căreia apare o sarcină negativă asupra atomului de azot și crește activitatea acestuia față de alcool. Un catalizator deosebit de eficient este trietilendiamina. Materialele plastice poliuretanice se obțin prin reacția diizocianaților cu polioli (polialcooli). Când izocianatul reacţionează cu apa, uretanul format anterior se descompune eliberând CO2. Când un amestec de polialcooli și apă reacționează cu diizocianații, spuma poliuretanică rezultată se formează cu CO2 gazos.

Catalizatori cu acțiune dublă. Acești catalizatori accelerează două tipuri de reacții și dau rezultate mai bune decât trecerea reactanților în serie prin două reactoare care conțin fiecare un singur tip de catalizator. Acest lucru se datorează faptului că situsurile active ale catalizatorului cu dublă acțiune sunt foarte apropiate unele de altele, iar produsul intermediar format pe unul dintre ele se transformă imediat în produsul final pe celălalt.

Combinarea unui catalizator de activare a hidrogenului cu un catalizator de promovare a izomerizării hidrocarburilor dă un rezultat bun. Activarea hidrogenului este efectuată de unele metale, iar izomerizarea hidrocarburilor de către acizi. Un catalizator eficient cu dublă acțiune utilizat în rafinarea petrolului pentru a transforma nafta în benzină este platina fin dispersată depusă pe alumina acidă. Conversia componentelor naftei, cum ar fi metilciclopentanul (MCP) în benzen, crește numărul octanic al benzinei. În primul rând, MCP este dehidrogenat pe partea de platină a catalizatorului într-o olefină cu același schelet de carbon; apoi olefina trece în partea acidă a catalizatorului, unde izomerizează la ciclohexenă. Acesta din urmă trece în partea de platină și se dehidrogenează în benzen și hidrogen.

Catalizatorii cu acțiune dublă accelerează semnificativ reformarea uleiului. Ele sunt utilizate pentru izomerizarea parafinelor normale în izoparafine. Acestea din urmă, care fierb la aceleași temperaturi ca fracțiile de benzină, sunt valoroase deoarece au un număr octanic mai mare în comparație cu hidrocarburile simple. În plus, conversia n-butanului în izobutan este însoțită de dehidrogenare, contribuind la producerea de MTBE.

polimerizare stereospecifică. O etapă importantă în istoria catalizei a fost descoperirea polimerizării catalitice a α-olefinelor cu formarea de polimeri stereoregulați. Catalizatorii de polimerizare stereospecifici au fost descoperiți de K. Ziegler când a încercat să explice proprietățile neobișnuite ale polimerilor pe care i-a obținut. Un alt chimist, J. Natta, a sugerat că unicitatea polimerilor Ziegler este determinată de stereoregularitatea lor. Experimentele de difracție cu raze X au arătat că polimerii preparați din propilenă în prezența catalizatorilor Ziegler sunt foarte cristalini și au într-adevăr o structură stereoregulată. Natta a inventat termenii „izotactic” și „sindiotactic” pentru a descrie astfel de structuri ordonate. În cazul în care nu există ordine, se folosește termenul „atactic”:

O reacție stereospecifică are loc pe suprafața catalizatorilor solizi care conțin metale de tranziție din grupele IVA-VIII (cum ar fi Ti, V, Cr, Zr) într-o stare incomplet oxidată și orice compus care conține carbon sau hidrogen, care este asociat cu un metal din grupele I-III. Un exemplu clasic de astfel de catalizator este precipitatul format în timpul interacțiunii dintre TiCl4 și Al(C2H5)3 în heptan, unde titanul este redus la starea trivalentă. Acest sistem extrem de activ catalizează polimerizarea propilenei la temperatură și presiune normale.

oxidare catalitică. Utilizarea catalizatorilor pentru controlul chimiei proceselor de oxidare are o mare importanță științifică și practică. În unele cazuri, oxidarea trebuie să fie completă, de exemplu, la neutralizarea contaminanților cu CO și hidrocarburi din gazele de eșapament ale mașinii. Mai des, totuși, este de dorit ca oxidarea să fie incompletă, de exemplu în multe dintre procedeele utilizate pe scară largă în industrie pentru transformarea hidrocarburilor în intermediari valoroși care conțin astfel de grupări funcționale precum -CHO, -COOH, -C-CO, - CN. În acest caz, se folosesc atât catalizatori omogene, cât și eterogene. Un exemplu de catalizator omogen este un complex de metal de tranziție, care este utilizat pentru a oxida para-xilenul la acid tereftalic, ai cărui esteri sunt baza pentru producerea fibrelor de poliester.

Catalizatori pentru oxidarea eterogenă. Acești catalizatori sunt de obicei oxizi solizi complecși. Oxidarea catalitică are loc în două etape. În primul rând, oxidul de oxigen este captat de o moleculă de hidrocarbură adsorbită pe suprafața oxidului. Hidrocarbura este oxidată și oxidul este redus. Oxidul redus reacționează cu oxigenul și revine la starea inițială. Folosind un catalizator de vanadiu, anhidrida ftalică se obține prin oxidarea parțială a naftalinei sau butanului.

Producția de etilenă prin dehidrodimerizarea metanului. Sinteza etilenei prin dehidrodimerizare permite ca gazele naturale să fie transformate în hidrocarburi mai ușor transportabile. Reacția 2CH4 + 2O2 ? C2H4 + 2H2O se realizează la 850°C Cu utilizarea diverși catalizatori; cele mai bune rezultate se obțin cu catalizatorul Li-MgO. Probabil, reacția are loc prin formarea unui radical metil prin separarea unui atom de hidrogen dintr-o moleculă de metan. Scindarea este efectuată de oxigen incomplet redus, de exemplu, O22-. Radicalii metil din faza gazoasă se recombină pentru a forma o moleculă de etan și sunt transformați în etilenă în timpul dehidrogenării ulterioare. Un alt exemplu de oxidare incompletă este conversia metanolului în formaldehidă în prezența unui catalizator de argint sau fier-molibden.

Zeoliți. Zeoliții constituie o clasă specială de catalizatori eterogene. Aceștia sunt aluminosilicați cu o structură de fagure ordonată, a căror dimensiune celulară este comparabilă cu dimensiunea multor molecule organice. Se mai numesc si site moleculare. De cel mai mare interes sunt zeoliții, ai căror pori sunt formați din inele formate din 8-12 ioni de oxigen (Fig. 2). Uneori, porii se suprapun, ca în zeolitul ZSM-5 (Fig. 3), care este folosit pentru conversia foarte specifică a metanolului în hidrocarburi din fracția de benzină. Benzina conține cantități semnificative de hidrocarburi aromatice și, prin urmare, are un număr octanic ridicat. În Noua Zeelandă, de exemplu, o treime din toată benzina consumată este obținută folosind această tehnologie. Metanolul se obține din metanul importat.

Catalizatorii care alcătuiesc grupul de zeoliți Y măresc semnificativ eficiența cracarei catalitice datorită în primul rând proprietăților lor acide neobișnuite. Înlocuirea aluminosilicaților cu zeoliți face posibilă creșterea randamentului benzinei cu mai mult de 20%.

În plus, zeoliții sunt selectivi în ceea ce privește dimensiunea moleculelor care reacţionează. Selectivitatea lor se datorează mărimii porilor prin care pot trece molecule de numai anumite dimensiuni și forme. Acest lucru se aplică atât materiilor prime, cât și produselor de reacție. De exemplu, din cauza constrângerilor sterice, para-xilenul se formează mai ușor decât izomerii orto și meta mai voluminosi. Acestea din urmă sunt „blocate” în porii zeolitului (Fig. 4).

Utilizarea zeoliților a făcut o adevărată revoluție în unele tehnologii industriale – deparafinarea motorinei și a uleiului de mașini, obținerea intermediarilor chimici pentru producerea materialelor plastice prin alchilarea compușilor aromatici, izomerizarea xilenului, disproporționarea toluenului și cracarea catalitică a uleiului. Zeolit ​​ZSM-5 este deosebit de eficient aici.

Catalizatori și protecția mediului. Utilizarea catalizatorilor pentru reducerea poluării aerului a început la sfârșitul anilor 1940. În 1952, A. Hagen-Smith a descoperit că hidrocarburile și oxizii de azot, care fac parte din gazele de eșapament, reacționează la lumină pentru a forma oxidanți (în special, ozon), care irită ochii și dau alte efecte nedorite. Aproximativ în aceeași perioadă, J. Houdry a dezvoltat o metodă de purificare catalitică a gazelor de eșapament prin oxidarea CO și hidrocarburi la CO2 și H2O. În 1970, a fost formulată Declarația pentru aer curat (revizuită în 1977, extinsă în 1990), care impune ca toate mașinile noi din modelele din 1975 să fie echipate cu catalizatoare. Au fost stabilite norme pentru compoziția gazelor de eșapament. Deoarece compușii de plumb s-au adăugat la catalizatorii otrăvitori de benzină, a fost adoptat un program de eliminare treptată. S-a atras atenția și asupra necesității reducerii conținutului de oxizi de azot.

Catalizatorii au fost creați special pentru convertoarele auto, în care componentele active sunt depuse pe un substrat ceramic cu structură de fagure, prin celulele cărora trec gazele de eșapament. Substratul este acoperit cu un strat subțire de oxid metalic, de exemplu Al2O3, pe care se aplică un catalizator - platină, paladiu sau rodiu. Conținutul de oxizi de azot formați în timpul arderii combustibililor naturali la centralele termice poate fi redus prin adăugarea unor cantități mici de amoniac în gazele de ardere și trecerea acestora printr-un catalizator de titan-vanadiu.

Enzime. Enzimele sunt catalizatori naturali care reglează procesele biochimice dintr-o celulă vie. Ei participă la procesele de schimb de energie, defalcarea nutrienților, reacțiile de biosinteză. Multe reacții organice complexe nu pot avea loc fără ele. Enzimele funcționează la temperatură și presiune obișnuită, au o selectivitate foarte mare și sunt capabile să mărească viteza reacțiilor cu opt ordine de mărime. În ciuda acestor avantaje, doar cca. Din cele 15.000 de enzime cunoscute, 20 sunt folosite pe scară largă.

Omul folosește enzime de mii de ani pentru a coace pâine, a produce băuturi alcoolice, brânză și oțet. Acum enzimele sunt folosite și în industrie: în prelucrarea zahărului, în producția de antibiotice sintetice, aminoacizi și proteine. La detergenți se adaugă enzime proteolitice care accelerează procesele de hidroliză.

Cu ajutorul bacteriilor Clostridium acetobutylicum, H. Weizmann a realizat conversia enzimatică a amidonului în acetonă și alcool butilic. Această metodă de obținere a acetonei a fost folosită pe scară largă în Anglia în timpul Primului Război Mondial, iar în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, cauciucul butadienic a fost fabricat cu ajutorul său în URSS.

Un rol excepțional de mare l-a jucat utilizarea enzimelor produse de microorganisme pentru sinteza penicilinei, precum și a streptomicinei și a vitaminei B12.

Alcoolul etilic produs enzimatic este utilizat pe scară largă ca combustibil pentru automobile. În Brazilia, mai mult de o treime din cele aproximativ 10 milioane de mașini funcționează cu 96% alcool etilic derivat din trestie de zahăr, iar restul cu un amestec de benzină și alcool etilic (20%). Tehnologia de producere a combustibilului, care este un amestec de benzină și alcool, este bine dezvoltată în Statele Unite. În 1987, cca. 4 miliarde de litri de alcool, din care aproximativ 3,2 miliarde de litri au fost folosiți drept combustibil. Diverse aplicații se găsesc și în așa-numitul. enzime imobilizate. Aceste enzime sunt asociate cu un purtător solid, cum ar fi silicagel, peste care trec reactivii. Avantajul acestei metode este că asigură contactul eficient al substraturilor cu enzima, separarea produselor și conservarea enzimei. Un exemplu de utilizare industrială a enzimelor imobilizate este izomerizarea D-glucozei la fructoză.

Collier. Dicţionarul lui Collier. 2012

A se vedea, de asemenea, interpretări, sinonime, semnificații ale cuvântului și ce este CATALYSIS: APLICAREA CALIZEI ÎN INDUSTRIE în rusă în dicționare, enciclopedii și cărți de referință:

• CATALIZĂ în mare Enciclopedia sovietică, TSB:
  (din grecescul katalysis - distrugere), o modificare a vitezei reacțiilor chimice în prezența unor substanțe (catalizatori) care intră într-o interacțiune chimică intermediară cu ...
• APLICARE
  FORTA FIZICA - utilizare eligibila oficiali aplicarea legii Federația Rusă forța fizică în scopul suprimării, infracțiunilor, reținerii persoanelor, a acestora...
• APLICARE în Dicționarul de termeni economici:
  FORȚE - acțiuni violente contrare principiului interzicerii folosirii forței și a amenințării cu forța, încălcând, contrar Cartei ONU, integrității teritoriale sau politice...
• APLICARE în Dicționarul Enciclopedic Pedagogic:
  cunoștințe, abilități și abilități, stabilirea unei legături între teorie și practică în activitatea educațională. Cunoașterea devine un mijloc de influențare a obiectelor și fenomenelor...
• CATALIZĂ în Marele Dicționar Enciclopedic:
  (din greacă katalysis - distrugere) accelerarea unei reacții chimice în prezența unor substanțe - catalizatori care interacționează cu reactivii, dar în reacția ...
• CATALIZĂ în dicționarul enciclopedic modern:
  
• CATALIZĂ
  (din grecescul katalysis - distrugere), accelerarea unei reacții chimice în prezența unei substanțe - un catalizator care interacționează cu reactivii, dar în reacția ...
• CATALIZĂ în dicționarul enciclopedic:
  a, pl. nu, m. Excitarea unei reacții chimice sau o modificare a vitezei acesteia prin mici adaosuri de substanțe-catalizatori. catalitic - referitor la...
• CATALIZĂ
  INSTITUTUL DE CALIZĂ SB RAS, osn. în 1958 la Novosibirsk. Cercetare conform stiintifice elementele de bază ale cataliticului procese; dezvoltarea unui nou catalitic procese si...
• CATALIZĂ în Marele Dicționar Enciclopedic Rus:
  CATALIZĂ (din greacă. katalysis - distrugere), accelerare a chimiei. reacții în prezența catalizatorilor in-in, care interacționează cu reactivii, dar în ...
• CATALIZĂ în dicționarul lui Collier:
  accelerarea reacțiilor chimice sub acțiunea unor cantități mici de substanțe (catalizatori), care ele însele nu se modifică în timpul reacției. Procesele catalitice joacă un rol enorm...
• APLICARE
  aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, aplicație, ...
• CATALIZĂ în paradigma Full accentuată conform lui Zaliznyak:
  cata"liz, cata"liz, cata"liz, cata"liz, cata"liz, cata"liza, cata"liz, cata"liz, cata"liz, cata"liz, cata"liz, ...
• APLICARE în Tezaurul vocabularului de afaceri rusesc:
  
• CATALIZĂ în noul dicționar al cuvintelor străine:
  ((gr. distrugerea katalizei) excitarea unei reacții chimice sau o modificare a vitezei acesteia cu mici adaosuri de substanțe (catalizatori); industria chimică folosește pe scară largă k. ...
• CATALIZĂ în dicționarul expresiilor străine:
  [excitație chimică. reacții sau o modificare a vitezei acesteia prin mici adaosuri de substanțe (catalizatori); chimic. industria folosește pe scară largă k. (în producția de amoniac, ...
• APLICARE în tezaurul rus:
  Syn: folosire, folosire, aplicare, practică, acțiune; serviciu,...
• APLICARE în dicționarul de sinonime ale lui Abramov:
  || V…
• APLICARE
  Syn: folosire, folosire, aplicare, practică, acțiune; serviciu,...
• CATALIZĂ în dicționarul de Sinonime al limbii ruse:
  autocataliză, biocataliză, fotocataliză,...
• APLICARE
  cf. Procesul de acțiune după valoare. verb: aplica, aplica, aplica, ...
• CATALIZĂ în Noul dicționar explicativ și derivativ al limbii ruse Efremova:
  m. Accelerarea unei reacții chimice sub influența unor ...
• APLICARE în dicționarul limbii ruse Lopatin:
  aplicatie,...