شیمی - بازرسی فنی

وبلاگ هر هفته یک حدیث به آدرس www.hadis89.blogsky.com منتظر مشتاقان احادیث پیامبر و ائمه معصومین (ع) می باشد.

شیمی - بازرسی فنی

وبلاگ هر هفته یک حدیث به آدرس www.hadis89.blogsky.com منتظر مشتاقان احادیث پیامبر و ائمه معصومین (ع) می باشد.

کاتالیست های هیدروکراکینگ

کاتالیست های هیدروکراکینگ


تعدادی کاتالیست برای هیدروکراکینگ مورد استفاده قرار می گیرند که ترکیب آن ها با توجه به فرآیند مربوطه نوع خوراک و فرآورده های مورد نظر تهیه می شود. اکثر کاتالیست های هیدروکراکینگ مخلوط متبلور سیلیس – آلومین هستند که مقدار کمی از فلز خاک های کمیاب در داخل شبکه بلوری آن ها به طور یکنواخت توزیع شده است.
قسمت سیلیس – آلومین کاتالیست واکنش کراکینگ را فعال می کند در حالی که فلزات خاک های کمیاب واکنش هیدروژن دار شدن را فعال می کنند. در نتیجه استفاده از کاتالیست فعالیت آن کاهش می یابد و باید دمای واکنش گاه را در طول عمل افزایش داد تا سرعت واکنش افزایش یابد و میزان تبدیل حفظ شود. گزینش پذیری کاتالیست نیز با طول عمر آن تغییر می کند و افزایش دما برای حفظ میزان تبدیل باعث افزایش تولید گاز و کاهش نفتا می شود. چنانچه از خوراک های مرسوم استفاده شود دو تا چهار سال طول می کشد تا کاهش فعالیت کاتالیست بر اثر تجمع کک یا سایر رسوب ها به حدی برسد که نیاز به احیا داشته باشد. با سوزاندن رسوب های کک کاتالیست احیا می شود و فعالیت آن تقریبا به مقدار اولیه اش می رسد پیش از آن که تعویض کاتالیست لازم شود می توان چندین بار ان را احیا کرد. تقریبا تمامی کاتالیست های هیدرو کراکینگ از سیلیس – آلومین به عنوان پایه کراکینگ استفاده می کنند ولی فلزات خاک های کمیاب بر حسب کارخانه سازنده متفاوت اند. فلزاتی که بیشتر مصرف می شوند عبارتند از : پلاتین و پالادیم و تنگستن و نیکل می باشند.

سموم کاتالیزور

سموم کاتالیزور

سموم کاتالیزور
موادی هستند که کاتالیزورها را از فعالیت باز می‌دارند. مثلا مقدار کمی آرسنیک توانایی پلاتین را که کاتالیزور تبدیل سولفور دی‌اکسید ،به سولفور تری‌اکسید است، از بین می‌برد.

(SO2(g)----------->SO3(g


احتمالا در این عمل بر سطح پلاتین ، پلاتینم ارسیند تشکیل می‌شود و فعالیت کاتالیزوری از میان می‌رود. جذب اتیلن ، کاتالیزور را موقتا مسموم می‌کند، درحالیکه جذب پلاتین ، کاتالیزور را بطور دائم مسموم می‌کند.

اختصاصی بودن فعالیت کاتالیزور

فعالیت کاتالیزورها عمدتا بسیار اختصاصی است. در پاره‌ای موارد ، کاتالیزور معین موجب سنتز نوعی محصولات خاص از بعضی مواد می‌شود، حال آنکه کاتالیزور دیگر موجب سنتز محصولات کاملا متفاوت دیگری از همان مواد می‌شود. البته در این موارد امکان وقوع هر دو واکنش از لحاظ ترمودینامیکی میسر است. مثلاکربن مونوکسید و هیدروژن بر هم اثر می‌کنند و بسته به شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مصرف شده ، محصولات بسیار متنوعی ایجاد می‌کنند.

اگر کبالت یا نیکل بعنوان کاتالیزور بکاربرده شود، مخلوطی از هیدروکربنها بوجود می‌آورد. در این جا نیکل بعنوان یک کاتالیزور نامرغوب عمل می‌کند.

CO(g)+3H2(g)------------>CH4(g)+H2O


و اگر مخلوطی از روی و اکسید کرم بعنوان کاتالیزور مصرف شود، از واکنش متانول تولید می‌شود.

(CO(g)+2H2(g)------------>CH3OH(g


برای این واکنش ، نیکل یک کاتالیزور مرغوب است.کاتالیزور مرغوب کاتالیزوری است که انتخابی عمل کند.

غیر فعال شدن کاتالیزور

معمولا تمام کاتالیزورها دارای یک عمر معین هستند که پس از سپری شدن آن فعالیت موثر آنها کاهش می‌یابد که ممکن است بطور ناگهانی یا تدریجی باشد (افت فعالیت). در چنین مواقعی معمولا بسته به نوع و مکانیسم غیر فعال شدن ، باید کاتالیروز را بازیابی یا جایگزین کرد. در این مواقع باید تصمیم بگیریم که آن را تعویض یا احیا کنیم. تصمیم بر اساس مکانیسم های غیر فعال شدن است و مهمترین و متداولترین مکانیسم غیر فعال شدن عبارت است از:

  1. در کاتالیزورهای نفتی ، تجزیه هیدروکربن‌ها در دمای بالا موجب تشکیل لایه ضخیمی از کربن غیر فعال روی سطوح کاتالیزور می‌گردد که همین دوره باعث می‌شود که روی سایت کاتالیزور پوشیده و از کار می‌افتد.
  2. پدیده دوم مربوط به مسموم شدن کاتالیزور می‌باشد. این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که ماده جذب شونده باعث تعییر آرایش کاتالیزور می‌شود. آرایش بلوری در فعالیت کاتالیزور نقش اساسی دارد. تغییر آرایش بلوری باعث غیر فعال شدن آن می‌شود. عواملی مانند سولفور این پدیده را ایجاد می‌کند.
  3. عامل سوم مربوط به وجود ناخالصیهای فلزی در سطح کاتالیزور می‌باشد. این ناخالصیها در مناطق فعال ، جذب و فعالیت کاتالیزور را کاهش می‌دهند.
  4. اورگانومتالیکهای فلزی معمولا به مقدار بسیار به عنوان کاتالیستها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از تجزیه ناخواسته این کاتالیستها در دمای بالا اورگانومتالیکهای تیتانیم و وانادیم ایجاد شده، ضمن بلوکه کردن کانالهای کاتالیکی باعث کاهش فعالیت کاتالیزوری می‌شوند.
  5. معمولا ساختمان کاتالیزورها یک ساختمان متخلخل و پرزدار است. حفره‌ های میکرونی در روی کاتالیزور وجود دارد که شوکهای حرارتی باعث مسدود شدن این میکرو پرزها می‌گردد. بنابراین شوکهای حراراتی ممکن است فعالیت کاتالیزورها را کاهش دهد.

بازیابی کاتالیزور

  • کاتالیزور را می‌توان با عبور هوای گرم احیا کرد.
  • در مکانیسم های دیگر از وجود ناخالصیها که باعث مسموم شدن کاتالیزور می شود جلوگیری کرد.

طبقه بندی سیستم های کاتالیکی

عملکرد کاتالیزورها در دو فار هموژن و هتروژن انجام می‌گردد. فاز هموژن حالتی است که مواد واکنش‌دهنده و کاتالیزور در یک فاز قرار می‌گیرند. حال آنکه اگر عملکرد کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده در دو فاز مختلف باشد و مرز فیزیکی بین کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده وجود داشته باشد، چنین فازی را هتروژن می‌گویند.

کاتالیزورهای جامد

  1. جامد فلزی:

    مناسب واکنشهایی هستند که مواد واکنشی از هیدروژن و یا هیدرو کربن تشکیل شده‌اند. عمده کاتالیزورهای این دسته از عناصر واسطه تشکیل می‌گردد. مثل نقره ، پلاتین ، آهن و نیکل و پالادیم.

    معمولا ویژگی این فلزات و کاتالیزورها به گونه ای است که هم هیدروژن و هم هیدروکربن به راحتی در سطح این کاتالیزورها جذب می‌گردند. این کاتالیزورها برای واکنشهای هیدروژن و هیدروژن‌گیری مناسب است و برای واکنشهای اکسیداسیون مناسب نیست، چون احتمال اکسید شدن خود فلزات هم وجود دارد.
  2. کاتالیزورهای اکسید فلزی:

    اکسید روی ، اکسید نیکل ، اکسید منگنز ، اکسید کروم ، اکسید بیسموت ، اکسید مولیبدن. ویژگی این کاتالیزورها در این است که می‌توانند در واکنش ، اکسیژن مبادله کنند (یعنی می‌توانند اکسیژن را دوباره به حالت اول برگردانند).
  3. کاتالیزروهای اکسید فلزی _ عایق:

    اکسید منیزیم ، اکسید آلومینیم ، سیلیس. این کاتالیزورها بعنوان جاذبه الرطوبه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  4. کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا:

    در پلیمریزاسیون استفاده می‌شود. نسل جدیدی از کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا در متالوسیون استفاده می‌شود.

عوامل موثر در فعالیت کاتالیزور

  • سطح کاتالیزور
  • قدرت و استحکام پیوند جذبی

راههای افزایش سطح کاتالیزور

  • پودر کردن یعنی افزایش سطح کاتالیزور بطریق فیزیکی
  • ایجاد خلل و فرج و کانالهای بسیار ظریف میکروسکوپی در بدنه کاتالیزور
  • نشاندن کاتالیزور روی بستری از آلومینا و زئولیت
  • متخلخل کردن کاتالیزور

کاربرد کاتالیزور

کاتالیزور در سه بخش به کار می رود:

  1. صنعت اتومبیل:

    در این بخش کاتالیزورها بصورت مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شوند. در اگزوز اتومبیلها بستری از فلزات جامد مثل پلاتین روی پایه آلومینات قرار گرفته و هیدروکربنهای مضر مثل منوکسید کربن و غیره را جذب می‌کند.
  2. صنعت نفت و پالایش مواد نفتی:

    عمده ترین مصرف کاتالیزورها در صنعت نفت در دو پروسه کراکینگ (شکستن مولکولهای درشت به کوچک) و رفرمینگ (دوباره باز آرائی و ترکیب مولکولهایی برای تولید) می‌باشد.

    در صنعت نفت بیشتر کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا، کاتالیزورهای فلزی و اورگانومتالیک مثل رودیوم استفاده می‌شود.
  3. تولید مواد شیمیایی

کاتالیزور چیست؟


کاتالیزور ماده ای است که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می دهد. کاتالیزور در ابتدا با مواد اولیه تشکیل پیوند می دهد و آنها را به محصول تبدیل می کند. سپس محصول از سطح کاتالیزور جدا می شود و مواد واکنش نکرده برای ادامه واکنش روی سطح کاتالیزور باقی می مانند. در حقیقت، می توان واکنش های کاتالیزوری را به صورت یک سیکل بسته در نظر گرفت که در ابتدا کاتالیزور وارد واکنش می شود سپس در انتهای سیکل به شکل اولیه خود بازیابی می شود.

کاتالیزور به فرم های مختلفی وجود دارد، فرم های متنوع اتمی و مولکولی تا ساختار بزرگی نظیر زئولیت ها یا آنزیم ها در گستره کاتالیزور ها قرار می گیرند. علاوه براین آنها می توانند در محیط های مختلفی بکار بروند: در مایعات، گازها یادر سطح جامدات.
در یک نگاه کلی می توان کاتالیزور ها را به سه زیر مجموعه تقسیم کرد: کاتالیزور های همگن، کاتالیزورهای غیر همگن و کاتالیزور های حیاتی

کاتالیزور همگن
درکاتالیزور همگن ماده ای که به عنوان کاتالیزورکار می‌کند، با مواد واکنش‌دهنده در یک فاز گاز یا مایع باشند. واکنش های صنعتی مانند Hydroformylation و پلیمریزاسیون اولفین ها از کاتالیزور های همگن استفاده می کنند. یکی از واکنش هایی که در یک فاز انجام می شود، سنتز اسید استیک از متانول و مونوکسید کربن با استفاده از یک کمپلکس RH می باشد.

کاتالیزور ناهمگن
هنگامی که یک مرز مشترک فازی، کاتالیزور را از مواد واکنش دهنده جدا سازد، آنگاه کاتالیزور را ناهمگن می نامند. کاتالیزور ناهمگن عمدتاً از طریقجذب سطحیشیمیاییمواد واکنش دهنده روی سطح کاتالیزور صورت می‌گیرد.

کاتالیزور های حیاتی
بسیاری ازفرایندهای صنعتیبه اعمالی بستگی دارند که با کاتالیزور صورتمی‌گیرند. ولی کاتالیزورهایی که برای انسان مورد اهمیت بیشتری دارند، کاتالیزورهایطبیعی یعنی آنزیم‌ها هستند. این مواد فوق العاده پیچیده، پروتئین های بزرگی هستند که فرایندهای حیاتی مانندگوارشو سنتز سلولی را کاتالیز می‌کنند.

اجزاء مهم کاتالیزور
کاتالیزور ها می توانند بصورت اکسیدها، نیتریدها، اسیدها، نمک ها، بکار بروند. تهیه و آماده سازی کاتالیزور ها ترکیبی از علم و هنر است اما اساس آن بر مبنا ی آزمایش می باشد. کاتالیزور ها بر حسب نوع فرایندی که در آنها مورد استفاده قرار می گیرند به شکل ها و اندازه های متفاوتی (میکروسکوپیک، مزوسکوپیک و ماکروسکوپیک ساخته می شوند.
کاتالیزور های صنعتی به ندرت از یک ترکیب درست شده اند، اما معمولاً از دو جزء و یا بیشتر و به ندرت از اجزای بسیار زیاد تشکیل می شوند. در هر کاتالیزور مورد استفاده در صنایع مختلف، علاوه بر فاز فعال ترکیبات دیگری به منظور تغییر در خصوصیات کاتالیزور از قبیل فعالیت، گزینش پذیری، پایداری و غیره استفاده می شود.
کاتالیزور های جامد از سه جزء اصلی تشکیل شده اند:
·فاز فعال
·پروموتر
·پایه
مثلاً در کاتالیزور CuO/ZnO/Al2O3، که کاتالیزور سنتز متانول از گاز سنتز می باشد، CuO جزء فعال کاتالیزور ZnO پروموتر و Al2O3 نقش پایه کاتالیزور می باشد.

فاز فعال
انتخاب فاز فلز در تهیه کاتالیزور مورد نظر نقش بسیار مهمی دارد. فلز بایستی طوری انتخاب شود که واکنش های مورد نظر را به طور کامل انجام داده و قادر به انجام واکنش های ناخواسته نباشد. فاکتورهای مهم در انتخاب فاز فعال عبارتند از:
·فعالیت
·گزینش پذیری
·پایداری حرارتی و مکانیکی
·قابلیت باز یابی
·قیمت
·اندازه و شکل ذرات

پروموتر یا ارتقادهنده
پروموتر به موادی گفته می شود که به مقدار خیلی کم به کاتالیزور افزوده می گردد، تا فعالیت بهتر، گزینش پذیری یا پایداری بیشتری را در آن ایجاد کند این ترکیبات به دوصورت فلزی و اکسیدی در ساختار کاتالیزور می توانند وجود داشته باشند. مکانیسم عمل پروموتر ها به این صورت است که تقویت کننده ها با ایجاد نقص هایا بی‌نظمی های شبکه در سطح کاتالیزورکه باعث ناهمواری های سطحی (پله ها) می شود، نقش عمده ای در کنترل فعالیت و گزینش پذیری کاتالیزور دارند.
اغلب پروموتر ها را می توان به پروموتر های الیاف جلوگیری از جمع شدن و انباشتگی بلورهای فعال کاتالیزور) و پروموتر های ساختاری (اثرات شیمیایی و الکترونی بر روی ساختار کاتالیزور) تقسیم بندی نمود. یک تقویت کننده الیافی (پایدارکننده) اثرات فیزیکی دارد اما یک تقویت کننده ساختاری (الکترونی) اثرات شیمیایی به سیستم تحمیل می نماید.
اصطلاح پایه به موادی اطلاق می شود که قسمت بدنه کاتالیزور را تشکیل می دهند و جزء فعال کاتالیزور و تقویت کننده ها روی آن قرار می گیرند. پایه کاتالیزور در اغلب موارد اصلاً فعالیت کاتالیزوری ندارد. اولین خاصیتی که یک پایه کاتالیزور باید داشته باشد، خنثی بودن آن از نظر شیمیایی است.
پایه کاتالیزور باعث توزیع و پخش شدن کاتالیزورهای گران قیمت مانند پلاتین می گردد. در اصل پایه برای بهینه کردن بافت لازم کاتالیزور یا برای تقویت تشکیل یک فاز فعال ویژه انتخاب می گردد. پایه به کاتالیزور مقاومت مکانیکی و حرارتی لازم را می دهد و آن را در مقابل خرد شدن و کلوخه شدن محافظت می کند. برای این که بتوان کاتالیزور های ناهمگن را در اشل صنعتی مصرف کرد باید کاتالیزور در شرایط واکنش واکنش فعالیت، گزینش پذیری و بالایی داشته باشد. به این منظور در اغلب فرایند های کاتالیزوری برای رسیدن به کاتالیزوری با مساحت سطح ویژه بالا و حداکثر فعالیت ویژه، فاز فعال فلزی بر روی پایه پراکنده می شود.

فسفرسانس و فلوئورسانس

فسفرسانس و فلوئورسانس پدیده هایی هستند که در آنها یک ماده خاص که بطور عام به آن فسفر گفته میشود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئی یا غیر مرئی یا حرارت ( تحریک شده ) این انرژی را در خود ذخیره می کند و سپس آن انرژی را بصورت طیفی از امواج مرئی در طول مدت زمانی منتشر می کند .

 

اگر این بعنوان شباهت این دو پدیده باشد. تفاوت آنها در اختلاف زمانی بین این دو دریافت و تابش یا به عبارت گر دوام تابش است . اگر زمان تحریک کمتر از ۱۰ به توان ۸- ثانیه باشد، این پدیده را Fluorescent می نامیم و اگر زمان تحریک بیش از ۱۰ به توان ۸- ثانیه باشد آن را Phosphorescent می نامیم.به عبارتی در فسفرسنس تحریک طولانی تر و تشعشع طولانی تری..........


داریم و در فلوئورسانس تحریک کوتاهتر تر و تشعشع کوتاهتری تری داریم.در فلوئورسانس که نمونه آن نور مهتابی یا صفحه تلویزیون است تابش آنی است و تقریبا" بلافاصله بعد از قطع نور تمام میشود . در حالی که در فسفرسانس ماده بعد از قطع نور نیز تا مدتی به تابش ادامه میدهد که مقدار آن بسته به ماده مورد استفاده می تواند از چند ثانیه تا چندین روز طول بکشد . در فلوئورسانس برانگیختگی میان دو تراز اصلی با انرژی های E1,E2 اتفاق می افتد که جابجایی بین أنها کاملا" أزاد است .الکترون با دریافت انرژی بر انگیخته شده وبه تراز E2 می رود وپس از 8تا 10 ثانیه دوباره به تراز اول بر می گردد و فتونی با انرژی E2-E1 تابش می کند اما در فسفرسانس ماجرابدلیل وجود یک تراز میانی کمی پیچیده تر است این تراز که مابین تراز پایه و برانگیخته قرار دارد تراز نیمه پایدار می باشد و مانند یک دام برای الکترونها عمل میکند به خاطر شرایط خاص این تراز انتقال الکترون از أن به سایر ترازها ممنوع واحتمال أن بسیار کم است بنابراین چنانچه الکترونی پس از برانگیختگی از تراز E2 در دام تراز نیمه پایدار بیافتد انجا می ماند تا زمانی که به طریقی دیگر مجددا" برانگیخته شود وبه تراز E2 برگردداین اتفاق می تواند تحت تاثیر جنبشهای گرمایی اتمها یا مولکولهای مجاور ویا برانگیختگی نوری روی دهد اما احتمال وقوع أن بسیار کم است به همین دلیل چنین الکترونهایی تا مدتها در تراز میانی می مانند (بسته به ساختار اتمی ماده و شرایط محیطی) وهمین عامل تاخیر در باز تابش بخشی از انرژی دریافت شده است.تحریک این ماده ها به گونه های مختلف انجام می شوند: بمباران فوتونی، الکترونها، یونهای مثبت، واکنشهای شیمیایی، گرما و گاهی اوقات ( مخصوصاً در جانداران ) تنش های مکانیکی... راز کرمهای شب تاب در فسفرسانس است.
برای ساختن مواد درخشنده در تاریکی باید فسفری وجود داشته باشد که با استفاده از نور معمولی انرژی بگیرد و طول تابش ان زیاد باشد.برای مثال دو فسفری که این ویژگی ها را دارند مثل ( Zinc Sulfide ) و ( Strontium Aluminate ). که ( Strontium Aluminate ) بهتر است برای طول تابش بیشتر.
این مواد با پلاستیک مخلوط میکنند و مواد درخشنده در تاریکی را میسازند.
بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببینید که میدرخشند ولی به انرژی احتیاجی ندارند!یکی از ان مثالها بروی عقربه های ساعتهای گران قیمت است.درانها فسفر با یک عنصر رادیو اکتیو مخلوط شده (مثل رادیوم- radium) که ان عنصر با انتشار رادیو اکتیو فسفر را مرتبا با انرژی میکند.

لامپ های فلوئورسنت :

ادامه مطلب ...

مختصری از کاربردهایHF

بعضی از محققین امکان استفاده از گاز فلوئور خالص را به‌عنوان سوخت موشک بررسی کرده‌اند، چون این گاز دارای ضربه مخصوص بالائی می‌باشد.

- در تولید آلومینیوم فلورید(AlF3) که برای ساخت کریولیت بکار می رود.

- بعنوان رسوب‌زدا در اسیدشویی فولاد ضد زنگ.

 در فرآیندهای زیادی فلوئورید هیدروژن مورد استفاده میگیرد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره شده است.

- سنتز آمونیوم بی فلوراید از واکنش آمونیاک و هیدروژن فلوئورید.

- ساخت پلی تترا فلوئورو اتیلن از پلیمریزاسیون تترا فلوئورومتان،که از اسید کلریدریک گیری مونو کلرو دی فلوئورومتان تولید می شود وخود آن نیز از ترکیب کلروفرم و اسید فلوئوریدریک بدست می آید.

- برای حکاکی روی شیشه در لامپ و محصولات دیگر بکار می‌رود.

در تولید کریستال های تزئینی و مات کاری شیشه آلات ،مقررات محیط زیست در بسیاری از کشورها ایجاب می کند، میزان پخش فلوریدها در هر متر مکعب از هوای خروجی واحدهای صنعتی نبایستی بیشتر از 5 میلی گرم باشد.

ادامه مطلب ...

الماس از پیدایش تا گوهری گرانبها

 

الماس یکی از سخت ترین جامدات شناخته شده است. معروفترین معادن الماس دنیا در جنوب و غرب آفریقا قرار دارد. الماس این نواحی معمولاً در کندوکاو خاک آتشفشان های خاموش بدست می آید. دانشمندان معتقدند این الماس ها به کندی و اثر فشار و حرارت بسیار زیاد شکل گرفته اند. الماس ها به همان زیبایی و درخشندگی ای که درجواهر فروشی ها دیده می شوند نیستند بلکه هنر بریدن و تراش دادن، درخشندگی و تلألو آنها را آشکار می کند.

ادامه مطلب ...