39. Қарапайым элементарсаты өзгерісіндегі катализатор активтілігі, селективтілік, талғауыштар.

Катализаторлар – реакцияның жылдамдығын өзгертетін, бірақ реакция нәтижесінде өздері химиялық тұрғыдан өзгеріссіз қалатын заттар. Катализатор көрсеткіштерінің негізгі көрсеткіштері: активтілігі, селективтілігі, уларға және температураға төзімділігі, механикалық беріктілігі т.б. Химиялық өзгерістің жылдамдығы уақыт бірлігінде, бірлік көлемде өзгерген әрекеттесуші зат мөлшерімен анықталады. Гетерогенді катализ үшін реакция жылдамдығын катализатор бетінің аудан бірлігіне (1 м²) шағып есептейді және оны катализатордың меншікті активтілігі – r_s - (удельная каталитическая активность-УКА) - деп атайды.

Мұндағы, S - катализатордың аудан беті.

Ғалым М.Будар «айналым саны» (turnover number t.n), яғни ферментті катализде пайдаланылған ұғымды жалпы катализге қолдануды ұсынды. Бұл ұғым - уақыт бірлігінде бір активті орталықта (активный центр) орын алатын элементар өзгерістер санын білдіреді, яғни:

Мысалы:

N - активті орталықтар саны.

r-реакция жылдамдығы.

Егер, «айналым саны» тіркесі сөзбе-сөз аударылса «айналыс саны» ал іс-әрекет мазмұнына қарасақ активті орталыктың меншікті жылдамдығы болады да, көп жағдайда с бірлігімен өлшенеді. Катализатор қатысында әрекеттесуші заттар бірнеше бағытта өзгеріске түсуі мүмкін. Әр бағыттың орын алуы санды тұрғыда селективтілік шамасы арқылы сипатталады.

Селективтілік – бірнеше бағыттан тұратын өзгерістердің біреуінің үлесін көрсететіншама. Селективтілік, негізінен қажетті өнім алуға керекті өзгеріс бағытының, қосымша жүретін өзгерістерден қаншалыкты басым екендігін сипаттайды. Мысалы, селективтілік 100 % болса, онда тек бір түрлі ғана реакция орын алғандығын білдіреді. Енді, бутанды катализатор бетінен өкізелік. Осы жағдайда бутан-бутенге, бутадиенге және изобутанға айналсын.

C₄H₈ + H₂

қ – C₄H₁₀ C₄H₈ + 2H₂

изобутан

Келтірілген жағдайда қ-бутан үш түрлі бағытта химиялық өзгеріске ұшырап отыр. Міне, осы өзгерістердің ішінде кажетті өнім түзілу бағытын, селективтілік шамасымен сипаттаған ыңғайлы.

Селективтілікті нақты бір өзгеріс жылдамдығының барлық өзгеріс жылдамдықтарының қосындысына қатынасымен анықтайды, яғни:

Селективтілік - қажеттіөнімшығымыбойыншадасипатталады. Бұлорайда, селективтілікқажеттітүзілетінөніммөлшерініңжалпыөзгеріскеұшырағанөніммөлшерінеқатынасыменсипатталады.

Демек, конверсияғаұшырағанзатмөлшерінселективтілікшамасынакөбейтетінболсақ, ондакеректіөнімшығымынанықтауғаболады:

Мысалы, бутен бойынша селективтілік:

38. Көмірсутек шикізаттарының теориялық негізі және оны химиялық өңдеуге дайындау.

Шикізат өндіріс өнімдерін өндіруге пайдаланатын табиғи заттар және жартылай өнімдер. Кейбір өндірістерде жартылай өнімді немесе өндіріс қалдықтарын пайдаланады. Шикізат және өндірілген өнім мемлекеттік немесе басқа стандарттың талабына сәйкес болуы керек.

Химиялық өндірістерінде өнімнің өзіндік құнын анықтағанда шикізаттың құны 60-70% шамасында болады. Сондықтан шикізат құнын төмендету керек. Оның:

1. Арзан бағалы бағалы шикізатты қолдану (жергілікті, өндіруге аз шығынмен);

2. Концентрленген шикізатты қолдану;

3. Шикізатты комплекс түрінде пайдалану;

4. Азық шикізаттың азық емес шикізатпен, өсімдік шикізатын минералдық шикізатпен алмастыру жоллдары бар.

Бірінші проблеманы шешу жолдары мынандай:

• Шикізат көздерін өндіріс орындарына жақындату, яғни жергілікті арзандау шикізатты пайдалану;

• өндіріс қалдықтардың пайдалану немесе қалдық шикізаттарды баытып негізгі шикізаттың концентрациясын арттыру.

• Шикізаттың бір түрін шикізаттың екінші түрімен алмастыру.

Байытылған шикізатты қолдану нәтижесінде 1) өнімнің өзіндік құны төмендейді; 2) сапасы артады; 3) техникалық процестердің интенсивтілігі артады; 4) отын шығыны кемиді.

Көмірсутектердің негізгі шикізаты болып мұнай саналады. Мұнайды біріншілік айдаудан алынған фракцияларын ары қара қңдеу барсында көмірсутек қоспаларын аламыз. Мысалы: каталитикалық реформинг барысында бензин фракциясынан ароматты көмірсутектер (бензол, толуол, ксилол) алуға болады. Ал пиролиз нәтижесінде олефиндерді, бутадиен, циклопентадиен, бензол, ксилол, циклопентен, стирол, нафталин және т.б. заттарды алуға болады.

Бензин фракциясынан пиролиз кезінде массаның 30% бензол, 6-7% толуол, 2-2,5 % ксилол, 1 % жуық стирол аламыз. С5 фракциясы 30%-ға дейінгі мөлшерде циклопентадиен мен димерлер, 10% жуық иизопрен болады. Ауыр шайыр (қайнау температурасы >200ºС) құрамында нафталин мен оның туындыларынан турады, және аздаған мөлшерде тетралин мен конденсерленген ароматты көмірсутектер болады.

Шайырдан пиролиз нәтижесінде көптеген химиялық қосылыстарды алуға болады. Олардың құны каталитикалық риформинг нәтижесінде алынған өнімнен 1,3-1,5 есе аз болады. Мысалы этилен бағасы 20 – 30 %-ға төмендейді.

Негізгі біріншілік реакция – бастапқы көмірсутектің сутек түзе ыдырауы, төменгі алканнан: этилен, пропилен, және де басқа олефиндер. Екіншілік – қажетсіз реакцияларға:

• алынған олефиндердің ыдырауы;

• олефиндердің парафин, диен, ацетилен және олардың туындыларын түзетін гидрлеу, дегидрлеу процестері;

• бөлек молекулалардың жоғары молекулалалы көмірсутектерді түзуі;

Барлық реакциялар пиролизда бі уақытта өтеді, сондықтан екіншілік реакциялар аз мөлшерде жүру жағдайлары жасалады.

Парафиндердің пиролизге түсу механизмін қарастырсақ. Иницирлеу С2Н6 молекуласының ыдырауымен жүреді:

1-7 реакциялардан этанның ыдырау нәтижесінде негізгі пиролиз қнімдерін көріп отырмыз.