خلاصه مطالب پروژه

سرعت بسیاری از واکنش ها بتوسط موادی که جزء ترکیب شوندگان و یا محصولات واکنش محسوب نمی شوند تحت تأثیر قرار می گیرد . این مواد که به کاتالیزر موسوم می باشند ممکن است سبب کاهش سرعت واکنشی شوند که در این صورت کاتالیزر منفی تلقی خواهند گردید . و یا برعکس ممکن است افزایش سرعت واکنشی را موجب شوند که در آنصورت کاتالیزر مثبت نامیده خواهند شد . کاتالیزرها به شکل جامد و یا سیال می باشند . طراحی واکنش هائی که با دخالت کاتالیزر سیال انجام می گیرند به سادگی میسر بوده . در این قسمت کاتالیزرهائی را در نظر خواهیم گرفت که فعالیت و اثر آنها بمرور زمان و یا بواسطه استعمال ، تغییری نمی کند .

واکنش های همراه با کاتالیزر جامد معمولاً شامل گسستگی و یا تولید ملکولهائی با انرژی زیاد می باشند . این قبیل واکنش ها نقش مهمی در بسیاری از فرایند های صنعتی مثل تولید متانول ، آمونیاک ، اسید سولفوریک و مواد پتروشیمی مختلف ایفاء می نمایند . اگر یک برش کوچک نفت طبیعی را در نظر بگیریم ، بعلت آنکه چنین برشی متشکل از مواد متنوعی است که مهمترین آنها ئیدروکربورها می باشد ، تجزیه و ترکیب آن در تحت شرایط حدی باعث بروز تغییرات مختلفی خواهد شد که بطور همزمان انجام گرفته و در اثر آن مواد گوناگونی ایجاد میگردند که بعضی مطلوب و برخی نا مطلوب هستند . با وجود آنکه یک کاتالیزر بسادگی می تواند سرعت واکنشی را هزار یا یک میلیون برابر سریعتر نماید ، معهذا هنگامی که با واکنش ها ی متنوعی سرو کار باشد مهمترین خاصیت کاتالیزر ، قدرت انتخاب آن (selectivity     ) خواهد بود و این بدان معنی است که کاتالیزر تنها سرعت  واکنش های خاصی را که اغلب منفرد هستند تحت تأثیر قرار داده و تغییری در سرعت بقیه واکنش ها ایجاد نخواهد کرد . بنابراین در صورت وجود یک کاتالیزر مناسب می توان از یک خوراک معلوم ، محصولاتی که محتوی مواد مطلوب  و مورد نظر می باشد حاصل نمود .

مطالب زیر کلیاتی درباره خاصیت کاتالیزر ها بدست می دهد :

۱)طرز انتخاب کاتالیزر برای تسریع در انجام واکنش خاصی هنوز به درستی مشخص نمی باشد . بنابرای برای تهیه یک کاتالیزر مناسب بایستی از طریق حدس و خطا اقدام کرد .

۲)تهیه مصنوعی یک کاتالیزر از مواد شیمیایی تشکیل دهنده آن الزاماً جامدی با خواص کاتالیزر اصلی ایجاد نخواهد نمود .

۳)از این مطلب چنین مستفاد می شود که ساختمان فیزیکی و یا بلوری کاتالیزر سبب فعالیت خاص آن است و نظر مذکور با توجه باینکه بالاتر بردن دمای کاتالیز از یک حد بهرانی ممکن است از بین رفتن موقت یا دائمی اثر آن را باعث شود تأیید می گردد. به این دلیل تحقیقات فعلی در مورد کاتالیزر ها روی ساختمان سطح جامد تمرکز یافته است .

۴)برای توضیح عمل کاتالیزر فرض شده است که ملکولهای ترکیب شونده به نوعی تغییر می نمایند ، مثلاً جذب انرژی می کنند و یا تحت تأثیر قرارمی گیرند و در نتیجه تولید مواد واسطه در نواحی نزدیک به سطح کاتالیزرمی گردد .

۵)از نظر تئوری حالت واسطه ، کاتالبیزر سبب کاهش انرژی پتانسیل در مسیری  می شود که تر کیب شونده ها برای تبدیل شدن به محصولات واکنش باید از آن عبور نمایند .

۶)با وجود آنکه یک کاتالیزر ممکن است باعث افزایش سرعت واکنشی گردد ، هیچ گاه نمی تواند حالت تعادلی و یا نقطه پایان واکنش را مشخص نماید .این مطلب فقط بتوسط قواعد ترمودینامیکی روشن می شود . بنابراین ثابت تعادل واکنش در هر حالت ثابت مانده و بستگی به حضور و یا عدم حضور کاتالیزر نخواهد داشت .

۷)نظر به اینکه سطح جامد موجد فعالیت کاتالیزری است ، موادی با سطح آزاد زیاد که بسادگی قابل استفاده باشند مورد نیاز خواهد بود . بوسیله روشهای مختلفی      می توان سطح فعالی بوسعت یک  میدان بازی در هر سانتیمتر مکعب از حجم کاتالیزر ایجاد کرد .

معادله سرعت 

در واکنش هایی که با دخالت کاتالیزر جامد صورت می گیرند ، وجود سطح کاتالیزر در مجاورت ملکولهای گاز بنحوی باعث افزایش سرعت واکنش می شود . اگر کاتالیزر بشکل دانه های متخلخل باشد ، واکنش در تمام سطح مشترک گاز ، جامد در خارج و نیز در داخل دانه ها انجام خواهد گردید . برای چنین سیستمهایی باید پذیرفت که واکنش کم و بیش در سراسر دانه ها یکاتالیزر انجام می گردد و این بر خلاف مدل هسته ترکیب نشده و جبهه پیشرونده واکنش است که مبین واکنش های گاز – جامد می باشد .

برای بدست آوردن معدلات سرعت واکنش های کاتالیستی بایستی پدیده های مختلفی را که بایستی پدیده های مختلفی را که ایجاد مقاومت در برابر واکنش      می نمایند در نظر گرفت . در مورد یک دانه متخلخل کاتالیزر این مراحل برقرار زیر می باشد .

مقاموت فیلم گاز – ترکیب شونده ها از قسمت اصلی سیال تا سطح خارجی کاتالیزر نفوذ می کنند .

مقاومت در برابر نفوذ بداخل حفره های کاتالیزر – بواسطه آنکه سطح داخلی کاتالیزر بسیار وسیعتر از سطح خارجی است ، قسمت اعظم واکنش در داخل دانه ها انجام     می گیرد و بنابراین ترکیب شونده اه از میان خلل و فرج بدرون دانه ها نفوذ          می نمایند .

مقاومت پدیده های سطحی ، ملکولهای ترکیب شونده در ضمن حرکات بدون نظم خود ، در نقطه ای با سطح کاتالیزر همبسته می شوند و پس از ترکیب محصولاتی ایجاد می نمایند که وارد فاز سیال موجود در خلل و فرج کاتالیزر می گردد .

مقاومت دربرابر نفوذ محصولات بخارج از خلل و فرج – محصولات واکنش سپس به بیرون از دانه های کاتالیزر نفوذ مینمایند .

مقاومت فیلم در برابر محصولات – محصولات واکنش از دهانه حفره های کاتالیزر وارد جریان اصلی گاز می شوند .

مقاومت در برابر جریان حرارت ، در مورد واکنش های تند که همراه با آزاد شدن و یا جذب  مقادیر قابل توجه حرارت می باشند ، ممکن است شدت جریان حرارت بداخل و یا به خارج از حوضه واکنش با اندازه لازم سریع نباشد تا دمای دانه کاتالیزر ثابت باقی بماند . در چنین حالتی دانه کاتالیزر سرد یا گرم شده و سرعت واکنش را تحت تأثیر قرار می دهند . باین ترتیب مقاومت در برابر انتقال حرارت در اطراف فیلم گاز و یا داخل دانه کاتالیزر می تواند در سرعت واکنش مؤثر باشد .